摘 要:通过拉伸试验、金相检验和成形试验,分析了热轧卷取温度对冷轧 DC01钢板显微组织 和成形性能的影响。结果表明:随卷取温度由680 ℃升高至730 ℃,冷轧 DC01钢板的屈服强度和 抗拉强度均呈不同程度的下降趋势,下降幅度在20~30MPa,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 合成形性能与罩式退火 DC01钢板的相当;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;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式退火 DC01钢板的相当,其冲杯高度达到了罩式退火 DC01 钢板的86%,综合成形性能良好。
关键词:DC01钢;卷取温度;显微组织;塑性应变比;成形性能
中图分类号:TG115 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)03-0023-03
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1mm。
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。
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20~30MPa,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]。
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/T6394-2002《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]。
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。
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