冷轧冲压用钢SPHC热轧工艺研究

王静 李长春 田海涛 陈煜

(安阳钢铁股份有限公司)

冷轧冲压用钢SPHC热轧工艺研究

王静 李长春 田海涛 陈煜

(安阳钢铁股份有限公司)

SPHC作为冷轧冲压用钢的原料，要求良好的冲压成型性，拉伸和弯曲性能以及较低的屈服强度，主要通过控制AlN在热轧过程中的固溶和析出，在随后的退火再结晶过程中促进γ纤维织构(＜111＞∥ND)的发展从而获得良好的冲压性能。退火工艺不同，热轧工艺也有所不同，对罩式退火，采用“三高一低”温度制度，对于连续退火，则采取低温加热、高温终轧以及高温卷取的工艺制度。

SPHC 冷轧 织构

0 前言

SPHC作为冷轧基料主要用于制造加工易成型、强度要求不高的部件，所以要求其具有良好的冲压成形性、拉伸和弯曲性能。但要获得良好的成形性，其主要衡量性能好坏的指标是塑性应变比r值，冷轧退火后{111}织构越强，r值越大［1］，通过热轧、冷轧以及退火过程中对第二相AlN粒子的析出的控制可促进{111}织构的发展。安钢1780 mm热连轧开发SPHC品种应用于冷轧，冷轧成品组织出现大量的链状游离渗碳体，渗碳体组织来源于热轧组织中的珠光体和部分铁素体晶界上的三次渗碳体，而热轧工艺决定了热轧组织，其组织也会遗传或影响冷轧产品性能，因此对冷轧基料SPHC热轧工艺研究具有重要意义。

1 SPHC热轧及冷轧退火组织分析

SPHC热轧带钢组织为多边形铁素体加少量分布在铁素体晶界处珠光体，如图1所示。钢板1/4处晶粒度9级，边部为6.5～7级，晶粒度低于中心约2～2.5个级别，边部存在严重混晶现象。这主要是因为热轧过程中宽度方向上温度不均，边部温降快，在精轧轧制过程中边部进入两相区轧制，相变后由形变奥氏体转变的铁素体晶粒细小、等轴，而先共析铁素体晶粒被拉长，晶粒内位错密度升高，产生回复，形成亚结构。相变完成后，先共析铁素体晶粒内部存在大量的畸变能，同时，晶界拉长，晶界比面积增加，晶界能较高，为降低体系界面能，将自发发生晶界迁移，大晶粒吞并小晶粒而长大［2］，这样先共析铁素体就会吞并由形变奥氏体转变的细小铁素体，从而造成混晶组织。

图1 SPHC热轧板钢板组织形貌

SPHC钢的冷轧组织为变形铁素体和沿晶界分布的珠光体，如图2所示。罩式退火板组织为再结晶铁素体，呈饼形(长轴/短轴＞2)，较大的饼形晶粒对深冲性能是有利的;图中黑色点状物为游离渗碳体，这种点状分布的游离渗碳体是冷轧退火后形成。这种渗碳体来自于热轧组织中的珠光体和部分铁素体晶界上的三次渗碳体。据研究表明［3］，热轧后的组织越细小均匀，冷轧后组织越细小，破碎程度大，储能越高，退火后组织晶粒尺寸越大，再结晶织构越易发展。因此，获得均匀的热轧组织是获得优良冷轧成品组织的关键。

图2 SPHC钢冷轧板及退火成品组织形貌

2 SPHC热轧过程工艺研究

热轧过程中SPHC的材料组织主要发生第二相AlN粒子的固溶和析出、奥氏体的形变和再结晶、γ→α相变。热轧工艺主要围绕AlN的固溶与析出来制定。其主要工艺参数包括加热温度、终轧温度和卷取温度。

2.1 加热温度的影响

在传统热连轧生产中，因铸坯冷却速度慢，到室温时铸坯中的Als大部分以AlN的形式沉淀析出，并以相对集中、粗大的形态存在。对于罩式退火工艺，热轧加热过程就是将铸坯中粗大的AlN粒子重新固溶到钢中，便于退火再结晶前细小析出。加热温度的制定与C、N、Al的含量有关，由固溶度积计算得出。加热温度越高，AlN粒子溶解的越细小、弥散。对连续退火工艺，则应避免AlN粒子重新固溶回钢中，保持AlN粒子的粗大形态，防止退火再结晶时阻碍晶粒长大，并产生不利织构，因此在轧机设备允许范围内加热温度应尽量低，但应保证必须的终轧温度。

2.2 终轧温度对热轧组织的影响

许多研究表明，低碳钢的热轧带组织与终轧温度密切相关，高的终轧温度对后序工艺中AlN的析出、理想的晶粒尺寸以及有利的冲压织构都是有好处的。对两种不同热轧终轧温度(860℃和890℃)和相同卷取温度下得到的SPHC钢板热轧组织和性能进行了试验研究，如图3所示。

图3 不同终轧温度下金相组织

在890℃终轧时，组织等轴、均匀，力学性能好;而在860℃终轧时，组织不均匀，织构特征差。这是因为终轧温度低时，带钢在终轧时进入两相区轧制，这样由形变奥氏体相变后铁素体和先共析铁素体得到的晶粒大小不同造成热轧带钢后出现混晶组织;但终轧温度高，产品晶粒尺寸减小，SPHC屈服平台增长，开卷后易出现腰折。因此，终轧温度应稍高于Ar3温度。

2.3 卷取温度的影响

不同卷取温度下得到的冷轧罩式退火板性能的影响如图4所示。

图4 卷取温度对屈强比和延伸率的影响

图4表明，随卷取温度的降低，冷轧退火板成品屈强比性能逐渐降低，延伸性能逐渐增大，较低的卷取温度得到冷轧退火组织为明显的饼形晶粒组织，从而得到较强的{111}织构。这是因为低温卷取，高的冷却速率使AlN粒子在冷却过程中来不及析出［4］，并在热轧板中保持固溶状态，在罩式退火缓慢升温过程中AlN在亚晶界上细小析出，使{111}晶核消除受限的{100}亚晶而长大，得到较大的饼形晶粒［5］，从而得到较强的{111}织构，有利于钢板的深冲性能。资料显示［6］，AlN在800℃开始析出，600℃下几乎不析出，因此对罩式退火工艺，卷取温度应低于600℃。如果卷取温度过高，渗碳体容易在晶界析出，而且较为粗大，在再结晶罩式退火过程中慢的加热速度，将促使粗大的碳化物溶解并扩散到铁素体基体中，之后铁素体才发生再结晶，再结晶晶粒细小，且碳化物周围的再结晶晶粒易于长大，产生不利织构。

对于连续退火工艺，由于加热速度快，保温时间短，与罩式退火工艺区别较大，一般采用高温卷取(700℃ ～750℃)，由于高温卷取，钢中铁素体晶粒粗大，碳化物以及第二相粒子AlN因聚集而粗化，因连续退火加热速度快，粗大的碳化物来不及溶解与扩散，铁素体即发生再结晶，同时由于再结晶时间短，碳化物周围的再结晶晶粒不易长大，易形成有利织构。

3 应用实践

3.1 热轧工艺的制定

安钢冷轧基料SPHC产品冷轧后多采用罩式退火工艺，要求热轧过程控制AlN析出，其原理是在铸坯加热阶段使AlN粒子完全溶解在钢中，最好将这一状态保留到终轧道次，然后快速冷却使AlN粒子来不及析出，低温卷取后AlN便以过饱和状态固溶在钢中，以便在冷轧板罩式退火的慢速升温或低温段保温过程中AlN选择析出从而有利于{111}织构的形成。因此，热轧工艺宜采用“三高一低”的温度制度。

根据SPHC的成分体系，已知AlN溶解温度约为1100℃［7］，AlN的溶解度曲线如图5所示。以此为依据，SPHC的开轧温度不能低于1100℃，加热温度控制在1200℃ ～1260℃。同时，为防止因终轧温度过低造成终轧两相区轧制而造成混晶组织，以及卷取过程中AlN析出使冷轧退火后r值过低，安钢冷轧基料SPHC钢终轧温度目标为890℃，卷取温度目标为600℃。

图5 AlN的溶解温度曲线

3.2 热轧和冷轧退火板组织性能分析

该轧制工艺下热轧产品金相显微组织为等轴铁素体加少量珠光体，晶粒度8.5～9级，热轧产品纵横向性能见表1。

表1 热轧产品纵横向性能比较

由表1可以看出，三个方向上屈服强度差值15 MPa以内，组织性能均匀，45°方向上屈强比较低，延伸性能好。

改进热轧工艺后的热轧带钢在相同冷轧退火工艺下得到的退火板产品金相组织为铁素体饼形晶粒，基体上无规则分布点状渗碳体，比较高温卷取工艺下得到的渗碳体数量少，并且尺寸小，产品晶粒度9级，产品性能好，塑性应变比r值达1.6以上，具有良好的深冲性能，该工艺产品得到冷轧工序用户的一致认可。SPHC冷轧退火后产品金相组织如图6所示。

图6 SPHC冷轧退火后产品金相组织

4 结论

1)热轧板组织为铁素体+少量珠光体，冷轧退火板中的游离渗碳体与热轧板组织密切相关，热轧后的组织越均匀，冷轧后组织越细小均匀，储能越高，退火后组织晶粒尺寸越大，再结晶织构越易发展。因此，获得均匀的热轧组织是获得优良冷轧成品组织性能的关键。

2)热轧过程主要控制AlN的固溶和析出而促进退火工艺中{111}织构的发展，提高深冲性能。退火工艺不同，AlN粒子的固溶和析出行为不同。对于罩式退火，高加热温度使AlN粒子固溶，低温卷取控制其析出，保持固溶状态;对于连续退火，低加热温度和高温卷取都是为了使AlN聚集粗化，避免在连续退火过程中阻碍再结晶晶粒长大而影响性能。

3)冷轧后无论是罩式退火还是连续退火工艺，采用高的终轧温度，都是获得均匀热轧组织的关键。避免出现混晶组织，从而有利于产品冲压性能的提高。

［1］ 胡恒法，裴新华.热轧薄板冲压性能研究.轧钢，2004，21(3):4－7.

［2］ 石德珂.材料科学基础.北京:机械工业出版社，2011:132－133.

［3］ 佟强.钢板深冲性能的实验研究.［硕士论文］.沈阳:东北大学，2003.

［4］ 杜昕，康永林，关建东.冷轧总变形量、卷取温度对SPHC钢力学性能的影响.山东冶金，2008，30(2):46 －48.

［5］ 陈磊.CSP和传统热连轧生产的冷轧深冲板性能研究.［硕士论文］.武汉:武汉科技大学，2011.

［6］ 黄杰，徐洲.微合金钢碳、氮化物平衡析出温度的迭代计算.上海金属，2005，27(3):9 －12.

［7］ 刘清友，梁小恺，王雪莲，等.薄板坯连铸连轧流程低碳铝镇静钢组织细化的原因.钢铁研究学报，2005，17:91－95.

STUDY ON HOT ROLLING PROCESS OF SPHC COLD STAMPING STEEL

Wang Jing Li Changchun Tian Haitao Chen Yu

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

SPHC for cold stamping requires good formability，tensile and bending properties，as well as lower yield stress.Good formability can be achieved through controlling AlN solid solution and precipitation during hot rolling，promoting theγfiber texture(＜111＞∥ND)development in the subsequent annealing recrystallization.Different annealing process requires different hot rolling process e.g.the three high and one low temperature system for batch annealing and the low heating，high － temperature finishing rolling and coiling process system for continuous annealing.

SPHC cold rolling texture

*

联系人:李长春，高级工程师，副厂长，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂;

2012—3—4