卷取温度对冷轧DC01钢板显微组织与成形性能的影响

艾兵权, 侯明山, 李兴华, 王玉慧, 逯志强, 赵 光, 张靖雨

(唐山钢铁集团有限责任公司, 唐山 063000)

DC01钢作为一种典型的冷轧低碳钢，因其良好的焊接、冷成形及机械加工性能，被广泛用于汽车、家电等行业。热轧工艺可以控制钢中第二相完全均匀固溶，其工艺制度的好坏对冷轧薄板组织与性能的影响很大，其中，终轧温度和卷取温度是最主要的影响因素。低碳深冲钢主要实行三高一低的热轧制度，即高温加热、高温开轧、高温终轧和低温卷取，目的是让AlN在高温时固溶，在快速低温卷取中避免析出，而在冷轧后退火时缓慢析出[1]。目前，部分冷轧厂采取以高质量产品代替低质量产品的供货方式来抢占市场，这不仅增加了企业的运行成本，还对DC01钢产品的成形性能提出了更高要求[2]。

笔者采用力学性能测试、金相检验和成形试验，分析了热轧工艺中的卷取温度对冷轧DC01钢板显微组织和成形性能的影响，以期为该类钢板的应用与发展提供参考依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为DC01钢，其化学成分见表1。常规DC01钢板的生产工艺流程为高炉→转炉→连铸→热连轧→冷连轧→退火，最终产品的厚度为1 mm。

表1 DC01钢的化学成分

1.2 试验方法

热轧工艺、酸洗后轧制压下率及冷轧工艺参数如表2所示。在冷轧DC01钢板上沿与轧制方向成0°，45°，90°等3个方向分别取样。经罩式退火处理后的DC01钢板(简称罩退DC01钢板)作为对比试样。采用Zwick-Roell/Z100型拉伸机进行力学性能测试。采用OLYMPUS-PMG3型光学显微镜，对试样的显微组织进行观察。成形试验采用145-60-ERICHSEN型板材成形试验机，包括冲杯试验、胀高试验和锥杯试验。冲杯试验评价指标为最大成形力条件下的冲杯高度，该值与塑性应变比密切相关。胀高试验用于评价材料的胀形性能，评价指标为胀形高度，主要受加工硬化指数影响。锥杯试验可用于评价金属板材拉深和胀形两种成形性能，评价指标选用相对锥杯值，以避免对数据离散度的影响，该值与加工硬化指数、塑性应变比密切相关。

表2 DC01钢板的热轧工艺、酸洗后轧制及冷轧工艺参数

2 试验结果与分析

2.1 卷取温度对试样力学性能的影响

由表3可见：随卷取温度的升高，两种DC01钢板的屈服强度和抗拉强度均呈下降趋势，下降幅度在20～30 MPa，断面收缩率A80上升约2%，塑性应变比r提升约0.4，加工硬化指数n变化不大；在730 ℃卷取温度条件下，冷轧DC01钢板的大部分力学性能都比罩退DC01钢板好，这表明在该卷取温度下，冷轧DC01钢板的胀形性能、翻边性能和弯曲性能较好，同时具有一定的拉深性能和抗起皱性能，拉深冲杯过程中，拉深件的制耳高度较小[3]。

表3 冷轧DC01钢板和罩退DC01钢板的力学性能

2.2 卷取温度对试样显微组织的影响

由图1可见：DC01钢板热轧和冷轧后的组织均为铁素体+少量珠光体；在相同卷取温度下，与DC01钢板热轧组织相比，DC01钢板冷轧组织较细小；依据GB/T 6394-2002《金属平均晶粒度测定法》标准，对不同卷取温度下DC01钢板热轧组织的晶粒度进行评级，结果均为8.5级，表明在680～710 ℃卷取温度条件下，热轧DC01钢板均已完成再结晶过程，仅部分碳元素的固溶程度和AlN的析出程度不同[4]；对比不同卷取温度下DC01钢板的冷轧组织，卷取温度为680 ℃时，DC01钢板冷轧组织晶粒尺寸较细小，晶粒度评级为10.0 级；710 ℃和730 ℃卷取温度条件下DC01钢板冷轧组织的晶粒尺寸差别不大，晶粒度评级均为9.0级，这与罩退DC01钢板晶粒度评级相等，仅在珠光体分布形态上存在差异，分析主要是因为在较高的卷取温度下，珠光体转变充分，DC01钢板冷轧组织中少量偏聚的珠光体形成于热轧工艺阶段[5-6]。另外，高卷取温度下，AlN充分析出，珠光体转变充分使得铁素体基体纯净度大大提升，在后续退火过程中再结晶晶粒长大阻力减小。退火工艺具有加热速率快、均热时间短的特点，这使得再结晶过程比AlN析出优先发生，有利于γ纤维织构(〈111〉‖法向ND)的形成，材料的塑性应变比r大幅提高，从而改善材料的冲压成形性能[4-6]。

图1 不同卷取温度下热轧及冷轧后DC01钢板及罩退DC01钢板的显微组织

2.3 卷取温度对试样冲压成形性能的影响

由图2可见：随卷取温度的升高，冷轧DC01钢板的冲杯高度H、相对锥杯值η逐渐增大，胀形高度h先增大后减小；在卷取温度为730 ℃时，冷轧DC01钢板的相对锥杯值和胀形高度与罩退DC01钢板的相当，其冲杯高度达到了罩退DC01冲杯高度的86%，这与高温卷取条件下铁素体基体纯净度更高、退火过程中再结晶晶粒长大阻力更小、更利于形成γ纤维织构密切相关[5-6]。γ纤维织构越多，塑性应变比r越大，在冲压成形过程，材料越容易在宽度方向上发生变形，厚度方向上越不容易发生变形或减薄。综上所述，高卷取温度条件下，冷轧DC01钢板具有优良的冲压成形性能。

3 结论

(1) 随卷取温度的升高，冷轧DC01钢板的屈服强度和抗拉强度均呈不同程度下降趋势，下降幅度在20～30 MPa，断面收缩率A80提升约2%，最高可达41.5，塑性应变比r提升约0.4，最高可达2.05，加工硬化指数n变化不大。冷轧DC01钢板的综合成形性能与罩退DC01钢板的相当。

(2) 在730 ℃高温卷取条件下，DC01钢板的热轧组织和冷轧组织均为铁素体+少量珠光体，冷轧过程中再结晶阻力较小，有利于γ纤维织构的形成，使材料的塑性应变比r大幅提高，从而改善材料的冲压成形性能。

(3) 在730 ℃高温卷取条件下，冷轧DC01钢板的相对锥杯值和胀形高度与罩退DC01钢板的相当，其冲杯高度达到了罩退DC01钢板冲杯高度的86%，表明综合成形性能良好。