退火工藝對(duì)低碳BH鋼力學(xué)性能和深沖性能的影響 - 王麗萍 - 圖文-

1、熱加工工藝2013年5月第42卷第10期烘烤硬化汽車板(簡(jiǎn)稱BH板是以低碳鋼或超低碳鋼為基礎(chǔ),通過添加微量合金元素而制成的烘烤硬化冷軋鋼板,也是兼有優(yōu)良深沖性能和高烘烤硬化性能的新型優(yōu)質(zhì)汽車用板1。由于沖壓成形前較軟,易成形加工,通過沖壓成型后的涂漆烘烤過程使屈服強(qiáng)度提高,BH鋼作為轎車外覆蓋件得到了廣泛應(yīng)用2。高強(qiáng)汽車板不僅需要具有較高強(qiáng)度,還要具有優(yōu)良的深沖性能。沖壓鋼板的深沖性能取決于111織構(gòu)的發(fā)展,111織構(gòu)的發(fā)展與退火工藝密切相關(guān)3。所以對(duì)BH鋼而言,研究退火工藝與退火織構(gòu)形成之間的關(guān)系尤為重要。通常采用EBSD技術(shù)來研究材料的織構(gòu)和晶粒取向差等基本性能及特征4。本文研究不同退火工

2、藝下BH鋼的力學(xué)性能及織構(gòu)形成情況,目的是獲得退火工藝對(duì)BH值和織構(gòu)形成的影響規(guī)律,從而對(duì)生產(chǎn)工藝的制定提供指導(dǎo)。1實(shí)驗(yàn)方法1.1實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)采用冷軋低碳BH鋼,其化學(xué)成分見表1。1.2實(shí)驗(yàn)方案對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行模擬連續(xù)退火,退火溫度825和850,退火保溫時(shí)間分別為60、120和180s,冷卻速度10/s。為論述方便,不同退火工藝下實(shí)驗(yàn)鋼用編號(hào)見表2。采用MTS810拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性應(yīng)變比(r值和應(yīng)變硬化指數(shù)(n值。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進(jìn)行2%單向拉伸預(yù)變形后,在烘烤箱內(nèi)170保溫20min,測(cè)試烘烤后的屈服退火工藝對(duì)低碳BH鋼力學(xué)性能和深沖性能的影響王麗萍,李維娟,刁羽,聶

3、麗麗,曹彥朋(遼寧科技大學(xué)材冶學(xué)院,遼寧鞍山114000摘要:針對(duì)低碳BH鋼,測(cè)試不同退火工藝下的力學(xué)性能及BH值,并采用電子背散射衍射方法研究退火工藝對(duì)再結(jié)晶織構(gòu)的影響。結(jié)果表明:850保溫120s的退火工藝所獲得的力學(xué)性能和BH值優(yōu)異,且深沖性能良好。關(guān)鍵詞:低碳鋼;退火;BH值;織構(gòu);EBSD中圖分類號(hào):TG156.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3814(201310-0233-04 Influence of Annealing Process on Mechanical Property andDeep-drawing of Low-carbon BH SteelWANG Lip

4、ing,LI Weijuan,DIAO Yu,NIE Lili,CAO Yanpeng (Department of Materials and Metallurgy,University of Science and Technology Liaoning,Anshan114000,China Abstract:The mechanical properties and BH value of low-carbon BH steel were tested under different annealing conditions.The effects of annealing proces

5、s on the recrystallization texture were studied by EBSD method.The results indicate that excellent mechanical property and BH value are gained with a good deep-drawing performance when the temperature and holding time are850and120s.Key words:low-carbon steel;annealing;bake-hardening value;texture;el

6、ectron back-scattered diffraction(EBSD收稿日期:2012-09-14作者簡(jiǎn)介:王麗萍(1986-,女,遼寧遼陽(yáng)人,碩士,主要研究方向?yàn)榈吞糂H鋼烘烤硬化機(jī)理;電話:158*;E-mail:563309634表2試驗(yàn)鋼的退火工藝Tab.2Annealing process of test steel試樣編號(hào)A1A2A3B1B2B3退火溫度/825825825850850850退火時(shí)間/s6012018060120180表1實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),% Tab.1The chemical composition of test steel(wt%C N P

7、Mn S Si Al0.210.0020.0110.210.00750.010.019233DOI:10.14158/ki.1001-3814.2013.10.068Hot Working Technology 2013,Vol.42,No.10強(qiáng)度,計(jì)算烘烤硬化值(BH 值。BH ='0.2-x ,其中x 為達(dá)到規(guī)定預(yù)應(yīng)變時(shí)所對(duì)應(yīng)的流變應(yīng)力,'0.2表示烘烤后再次拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度。采用電子背散射衍射技術(shù)(EBSD觀測(cè)不同退火工藝下的織構(gòu)形態(tài)。將退火處理后的鋼板切割成12mm(軋向×10mm 試樣,考慮到沿板厚方向織構(gòu)有所不同,測(cè)試面為平行實(shí)驗(yàn)板面且距離為1/4板厚的

8、截平面,試樣打磨后經(jīng)25s 電解拋光,再用4%硝酸酒精腐蝕25s ,測(cè)定再結(jié)晶織構(gòu)并利用OIM 軟件對(duì)再結(jié)晶織構(gòu)進(jìn)行分析。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1不同退火工藝下力學(xué)性能和BH 值對(duì)不同退火工藝下的BH 鋼板進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表3所示?？芍?退火溫度及保溫時(shí)間影響著晶粒大小,進(jìn)而影響力學(xué)性能和BH 值。退火溫度相同時(shí),保溫時(shí)間的延長(zhǎng)有利于再結(jié)晶晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大,導(dǎo)致屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低,但伸長(zhǎng)率沒有明顯變化。退火溫度為825時(shí),隨退火時(shí)間延長(zhǎng),n 值、r 值降低,BH 值增大;退火溫度為850時(shí),隨退火時(shí)間延長(zhǎng),r 值增大,n 值先增大后減小,BH 先增大后減小。退火時(shí)間為60s 時(shí),隨

9、退火溫度升高,平均晶粒尺寸變化不明顯,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度升高,BH 值增大,n 值、r 值降低;退火時(shí)間為120s 時(shí),隨退火溫度升高,平均晶粒尺寸增大,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度升高,BH 值增大,n 值、r 值增大;退火時(shí)間為180s 時(shí),隨退火溫度升高,平均晶粒尺寸明顯增大,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低,BH 值降低,n 值減小、r 值增大。2.2不同退火工藝下的織構(gòu)圖1中晶粒顏色不同代表晶粒的取向不同,由圖可看出晶粒都發(fā)生了再結(jié)晶,在相同的退火溫度下,隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒沿某些方向長(zhǎng)大(B3。退火溫度為825時(shí),隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),111織構(gòu)逐漸向001織構(gòu)轉(zhuǎn)變,退火溫度為850時(shí),織構(gòu)變化不明顯。

10、圖2為不同退火工藝下試樣的取向分布ODF(2=45°圖。由圖2分析知道,經(jīng)退火后試樣中-纖維織構(gòu)表3不同退火工藝下實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能和晶粒尺寸Tab.3The mechanical properties and grain sizes of teststeel under different annealing conditions試樣屈服強(qiáng)度/MPa 抗拉強(qiáng)度/MPa 伸長(zhǎng)率(%n 值r 值BH 值/MPa 平均晶粒尺寸/mA1320351400.17 1.65-2810.2A2305348380.14 1.41-1210.6A3300343380.13 1.431110.0B132

11、9361380.14 1.38-109.7B2317349410.15 1.542111.5B3296335410.121.68-1818.0圖1不同退火工藝下的取向成像圖Fig.1Orientation imaging map under different annealing process(eB3(fB2(cA3(dB1(aA1(bA2100m 100m 100m100m100m100m234熱加工工藝2013年5月第42卷第10期A2B3為主要的織構(gòu)組分?？梢钥闯?A 組試樣織構(gòu)強(qiáng)度的變化為:A1試樣較強(qiáng),A2、A3較弱。A1試樣具有較強(qiáng)的111<112>織構(gòu),且其最大密度

12、為5.136。試樣A2具有較弱的111<112>和112<110>織構(gòu),試樣A3也有111<112>和112<110>織構(gòu),但相比試樣A2,試樣A3的111<112>和112<110>織構(gòu)有所增強(qiáng)。由此可知,試樣在825溫度下發(fā)生再結(jié)晶,并且隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),111<112>織構(gòu)向112<110>織構(gòu)轉(zhuǎn)變,織構(gòu)的強(qiáng)度在降低。B 組試樣織構(gòu)強(qiáng)度的變化為:B3試樣最強(qiáng),B1試樣最弱,B2介于兩者之間。B1試樣只有111<110>織構(gòu),強(qiáng)度較弱,最大密度為3.568。B2試樣有較強(qiáng)的111&l

13、t;110>織構(gòu),最大密度為4.976,且出現(xiàn)了較弱的110<011>織構(gòu)和100<011>織構(gòu)。B3試樣有較強(qiáng)的111<112>織構(gòu),織構(gòu)強(qiáng)度比B2試樣強(qiáng),最大密度為5.508,且也有較弱的110<011>織構(gòu)和100<011>織構(gòu)?？芍?試樣在850下退火,隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),-纖維織構(gòu)織構(gòu)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),111<110>織構(gòu)向111<112>織構(gòu)轉(zhuǎn)變。圖3為不同退火工藝下取向線對(duì)比圖。由圖3(a可以看出,A1試樣中111<112>織構(gòu)密度最大,A1和A2試樣的織構(gòu)均很弱?？梢哉fA1試樣具有較

14、高的111織構(gòu),即纖維織構(gòu)。從圖3(b 可以看出,B2試樣中的111<112>織構(gòu)密度最大,B1有較強(qiáng)的111<110>織構(gòu),B3有較強(qiáng)的111<110>和111<112>織構(gòu)。取111面上織構(gòu)的平均值,B2實(shí)驗(yàn)鋼具有較高的111織構(gòu),即-纖維織構(gòu)。從圖2和圖3可以分析出:A1、B2和B3實(shí)驗(yàn)鋼具有較強(qiáng)的-纖維織構(gòu),即有利于鋼板深沖性能的織構(gòu)。但由表1知,A1實(shí)驗(yàn)鋼的BH 值為負(fù),其退火工藝不宜應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn);B3實(shí)驗(yàn)鋼晶粒再結(jié)晶長(zhǎng)大,晶粒過于粗大,影響力學(xué)性能。B2實(shí)驗(yàn)鋼退火再結(jié)晶后晶粒較細(xì)小,BH 值為21MPa ,且具有較強(qiáng)的-纖維織構(gòu)。因

15、此實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)850保溫120s 退火(eB3(fB2(cA3(dB1(aA1(bA2圖2不同退火工藝下試樣的ODF(2=45°圖Fig.2ODF sectional views (2=45°under different annealing process5.04.54.03.53.02.52.060657075808590O D F 織構(gòu)強(qiáng)度準(zhǔn)/(°(a825A1A3B2B15.04.54.03.53.02.52.01.51.00.560657075808590準(zhǔn)/(°O D F 織構(gòu)強(qiáng)度(b850圖3不同退火工藝下沿取向線的取向密度變化Fig.3Ori

16、entation density of -fiber under differentannealing process235Hot Working Technology2013,Vol.42,No.10處理后具有良好的力學(xué)性能和深沖性能。3討論由于薄鋼板的塑性應(yīng)變比(r是衡量其深沖性能優(yōu)劣的重要指標(biāo),它的大小取決于鋼板的織構(gòu)特征和強(qiáng)度,111織構(gòu)愈強(qiáng),r值愈高,深沖性能愈好。因此,退火后BH鋼板中-纖維織構(gòu)的強(qiáng)弱就成為決定r值大小的關(guān)鍵因素。保溫時(shí)間相同時(shí),鋼板在850下退火比825時(shí)織構(gòu)更強(qiáng),同時(shí)r值也更大。阻礙111再結(jié)晶織構(gòu)發(fā)展的主要機(jī)制是細(xì)小彌散分布的第二相粒子對(duì)晶界遷移的釘扎作用,分

17、布在晶界上的這些粒子所產(chǎn)生的釘扎力同樣會(huì)阻礙晶粒的長(zhǎng)大。退火溫度的升高,一方面加熱速度增快,再結(jié)晶提前發(fā)生和完成,晶粒長(zhǎng)大過程相對(duì)延長(zhǎng);另一方面,熱激活條件改善,特別是再結(jié)晶完成后繼續(xù)升溫、保溫過程中晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大,第二相粒子溶解數(shù)量也增多,對(duì)織構(gòu)發(fā)展的阻礙作用減弱,進(jìn)而促進(jìn)111再結(jié)晶織構(gòu)的發(fā)展,所以高溫退火最終得到較高的r值3。退火溫度不同時(shí),隨退火時(shí)間的延長(zhǎng),再結(jié)晶晶粒尺寸和織構(gòu)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)不同。825退火由于溫度較低,第二相粒子溶解的很少,隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),析出相對(duì)晶界的釘扎作用沒有明顯變化,晶粒尺寸變化不明顯,對(duì)再結(jié)晶織構(gòu)發(fā)展的阻礙作用也沒有明顯變化,同時(shí)r值沒有增大的趨勢(shì)。850

18、退火時(shí)再結(jié)晶晶粒中析出物溶解數(shù)量增多,隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),析出相對(duì)晶界遷移的釘扎作用減弱,晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)明顯,退火再結(jié)晶織構(gòu)發(fā)展的阻礙作用減弱,r值逐漸增大。4結(jié)論(1實(shí)驗(yàn)用低碳BH鋼825溫度退火時(shí)就發(fā)生了再結(jié)晶,并隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒長(zhǎng)大不明顯,-纖維織構(gòu)強(qiáng)度逐漸減弱;850退火時(shí),隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒長(zhǎng)大,-纖維織構(gòu)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng), 111<110>織構(gòu)向111<112>織構(gòu)轉(zhuǎn)變。(2退火工藝為850保溫120s時(shí),實(shí)驗(yàn)鋼具有較好的力學(xué)性能、BH值和深沖性能,綜合性能良好。參考文獻(xiàn):1康永林.現(xiàn)代汽車板工藝及成形理論與技術(shù)M.北京:冶金工業(yè)出版社,2009.2孫方義

19、,吳青松.Nb超低碳烘烤硬化鋼的組織和性能研究J.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,22(3:17-19.3馮月雪,康永林,劉光明.ULC-BH鋼連續(xù)退火過程織構(gòu)的演變規(guī)律研究J.熱加工工藝,2011,40(16:164-167.4Adams B L,Dingley D I,Lunze K,et al.Orientation imagingmicroscopy:new possibilities for micostructural investigations using auto mated BKD analysisJ.Materials Science Forum, 1994,(157

20、-162:31-42.(上接第34頁(yè)4金自力,任慧平,張紅杰.無取向硅鋼退火織構(gòu)的演變與磁性能關(guān)系的研究J.材料熱處理學(xué)報(bào),2007,28(2:77-80. 5吳樹建,余偉.連退工藝對(duì)冷軋無取向電工鋼性能的影響A.2009年全國(guó)冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)文集C.北京:冶金工業(yè)出版社,2009.276-283.6朱濤,施立發(fā),陳其安.組織與織構(gòu)對(duì)CSP工藝生產(chǎn)冷軋無取向電工鋼磁性能的影響J.鋼鐵釩鈦,2008,29(4:48-52. 7Li Min,Xiao Yude,Wang Wei,et al.Effect of annealingparameter on microstructure and magnetic properties of cold rolled non-oriented non-oriented electrical steelsJ.Transaction Nonferrous Metal Society of China,2007,17: 74-78.8王峰濤,王波.低硅無取向電工鋼退火過程中晶粒組織變化對(duì)磁性的影響J.金屬功能材料,2009,16(4:8-12.9賈儒松,周旭東,李俊.連續(xù)退火爐內(nèi)