退火及光整工艺对IF钢组织性能的影响

纪明龙，王 耐，王言峰，李建英

（河钢集团唐山钢铁集团有限责任公司，河北063000）

0 引言

IF钢全称Interstitial-Free Steel，即无间隙原子钢，有时也称超低碳钢。因IF钢超低的碳含量，决定了其伸长率和塑性应变比较高，具有非常优异的深冲加工性能，伸长率和r值可达40%和2.0以上。因此作为冲压用钢广泛应用于汽车行业，常用于汽车外板和内板等高表面级别和高复杂程度的零部件[1]，如汽车的四门、两盖或翼子板等。但由于各生产厂的各部件功能和成形难度的要求差异性，对IF钢的性能也提出了不同的要求，这对我们的生产也提出了多样化的要求。退火及光整工艺是冷轧带钢性能控制的关键工艺[2-4]，可以通过调整带钢的退火和光整工序，控制带钢的机械性能和粗糙度，满足不同客户的需求。

本文通过生产实践研究了退火和光整工艺对IF钢组织及性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

（1）试验用钢采用唐钢公司生产的超低碳IF钢。冶炼工艺路线为：铁水预处理→顶底复吹转炉→RH精炼-板坯连铸。转炉为具有LOMAS烟气分析自动化炼钢系统的顶底复吹转炉[5-6]，连铸机为直弧形板坯连铸机，铸坯厚度200 mm。为降低化学成分差异导致的组织及性能的影响，本次试验采用同一炉冶炼浇注而成的多根铸坯作为原料进行试验。化学成分如表1所示。

表1 试验IF用钢化学成分 /%

（2）铸坯经热轧→酸洗冷轧→退火工序处理，最终成品为退火态的DC04。铸坯采用低温加热，加热炉出炉温度1 150℃，经往返5道次粗轧轧制，中间坯厚度47 mm，后经7架精轧机轧制成4.0 mm热卷，终轧温度设定930℃，冷却模式采用前段冷却，卷取温度设定730℃，热轧组织如图1所示，组织类型为铁素体，晶粒度8.0级。

图1 IF钢热轧组织

（3）4.0 mm的IF钢热卷经酸洗冷轧，轧制成0.7 mm规格的冷硬卷，冷轧压下率82.5%左右，然后在连续退火生产线探究退火和光整工艺对性能的影响。

1.2 试验方案

工艺试验方案：在光整机延伸率0.9%、带钢退火工艺速度185±10 m/min的条件下，研究退火温度对IF钢性能的影响，具体连续退火工艺曲线如图2所示。在退火温度825℃、带钢退火工艺速度185±10 m/min的条件下，研究光整机延伸率对性能的影响，光整机延伸率目标值分别设定为0.3%、0.6%、0.9%。

图2 IF钢连续退火工艺

对各试验条件下退火、光整后的IF的钢进行取样，在AXIO Imager型号光学显微镜下进行组织观察。并制取标距80 mm的拉伸试样，在Z100型号拉伸试验机下进行力学性能检测。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

不同试验方案下钢板的力学性能检测结果如表2所示。根据表2数据，可以得到退火温度和光整机延伸率对力学性能的影响关系。

表2 不同试验方案下钢板力学性能

2.2 试验结果分析

2.2.1 退火温度对IF钢组织和力学性能的影响

不同温度退火试验钢的力学性能如图3所示，在光整机延伸率0.9%、带钢退火工艺速度185±10 m/min的条件下，退火温度在780～830℃范围内，随着退火温度升高，Rm和Rp0.2值呈下降趋势，延伸率、n值和r值呈上升趋势，其中退火温度对Rp0.2影响较为显著，退火温度每升高20℃，屈服强度降低4～8 MPa。由此可见，随退火温度升高，冷硬带钢再结晶和晶粒长大的动力被加速，所需要完成再结晶的时间变短，再结晶完成更加充分，由上道工序冷轧轧制导致的形变强化逐渐减弱，因此钢材的强度逐渐降低、伸长率逐渐升高，产品的强度和r值均朝着对加工性能有利的方向发展[7]。

图3 退火温度对IF钢力学性能的影响

不同退火温度下的显微组织如图4所示，由图4可知，780℃、800℃、825℃三种退火温度下的显微组织无明显差异，均为退火完全的等轴铁素体，晶粒度8.5～9.0级左右，随着退火温度的升高，等轴铁素体晶粒呈长大趋势，退火温度的升高使再结晶的时间变短，导致晶粒逐渐长大。

图4 退火温度对IF钢组织的影响

2.2.2 光整工艺对IF钢组织和力学性能的影响

光整机延伸率对IF钢性能的影响如图5所示，由图5可知，在退火温度825℃、带钢退火工艺速度185±10 m/min的条件下，随着光整机延伸率的增加，钢板的抗拉强度和屈服强度呈上升趋势，光整机延伸率对屈服强度影响显著，光整机延伸率增加0.3%，屈服强度增加9～11 MPa；在延伸率0.3～0.9%范围内，光整机延伸率对钢板伸长率影响较小；r值随光整机延伸率增加而增加，光整机延伸率增加0.3%，r值增加0.04～0.13；n值随光整机延伸率增加变化较小。

图5 光整机延伸率对试验钢性能的影响

光整延伸率的增加使得钢材的位错密度加大，因而材料的变形抗力提高，导致屈服强度升高。由于位错密度对破断抗力影响不大，所以光整延伸率对钢材的抗拉强度影响较小[8-9]，本次试验也验证了该结论。

不同光整机延伸率下钢板显微组织如图6所示，由图6可知，0.3%、0.6%、0.9%三种光整机延伸率下的显微组织无明显差异，均为等轴晶粒，晶粒大小均匀。光整延伸率0.9%的组织与延伸率0.3%的相比较，晶粒延轧制方向稍显拉长，晶粒结构和晶界没有被破坏，晶粒度8.5级左右，无明显差异。

图6 光整机延伸率对IF钢组织的影响

3 结语

为了研究在实际生产中退火温度和光整工艺对IF钢性能的影响，本文介绍了不同退火温度和光整延伸率下的实验方案。通过对IF试样的金相组织观察和力学性能测试，获得了退火温度和光整延伸率对IF钢力学性能的影响规律。

（1）厚度0.7 mm规格IF钢，退火温度从780℃升到830℃，钢板的屈服强度、抗拉强度逐渐降低，延伸率、n值和r值整体呈升高趋势，退火温度对屈服强度影响显著，温度升高20℃屈服强度降低4～8 MPa；退火组织均为退火完全的等轴铁素体，随退火温度的升高，晶粒逐渐长大，晶粒度在8.5～9.0级。

（2）在退火温度825℃情况下，光整机延伸率对屈服强度影响显著，光整机延伸率每增加0.3%，屈服强度增加9～11 MPa，r值增加0.04～0.13，伸长率和n值随光整机延伸率的增加变化较小；不同光整机延伸率下的显微组织无明显差异，均为等轴晶粒，光整延伸率为0.9%时的组织较0.3%时晶粒延轧制方向稍显拉长，晶粒度8.5级左右。