1、熱加工工藝2013年5月第42卷第10期烘烤硬化汽車板(簡稱BH板是以低碳鋼或超低碳鋼為基礎,通過添加微量合金元素而制成的烘烤硬化冷軋鋼板,也是兼有優良深沖性能和高烘烤硬化性能的新型優質汽車用板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度提高,BH鋼作為轎車外覆蓋件得到了廣泛應用2。高強汽車板不僅需要具有較高強度,還要具有優良的深沖性能。沖壓鋼板的深沖性能取決于111織構的發展,111織構的發展與退火工藝密切相關3。所以對BH鋼而言,研究退火工藝與退火織構形成之間的關系尤為重要。通常采用EBSD技術來研究材料的織構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鋼的力學性能及織構形成情況,目的是獲得退火工藝對BH值和織構形成的影響規律,從而對生產工藝的制定提供指導。1實驗方法1.1實驗材料實驗采用冷軋低碳BH鋼,其化學成分見表1。1.2實驗方案對實驗鋼進行模擬連續退火,退火溫度825和850,退火保溫時間分別為60、120和180s,冷卻速度10/s。為論述方便,不同退火工藝下實驗鋼用編號見表2。采用MTS810拉伸試驗機測試試樣的屈服強度、抗拉強度、塑性應變比(r值和應變硬化指數(n值。對標準拉伸試樣進行2%單向拉伸預變形后,在烘烤箱內170保溫20min,測試烘烤后的屈服退火工藝對低碳BH鋼力學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(遼寧科技大學材冶學院,遼寧鞍山114000摘要:針對低碳BH鋼,測試不同退火工藝下的力學性能及BH值,并采用電子背散射衍射方法研究退火工藝對再結晶織構的影響。結果表明:850保溫120s的退火工藝所獲得的力學性能和BH值優異,且深沖性能良好。關鍵詞:低碳鋼;退火;BH值;織構;EBSD中圖分類號:TG156.2文獻標識碼:A文章編號: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作者簡介:王麗萍(1986-,女,遼寧遼陽人,碩士,主要研究方向為低碳BH鋼烘烤硬化機理;電話:158*;E-mail:563309634表2試驗鋼的退火工藝Tab.2Annealing process of test steel試樣編號A1A2A3B1B2B3退火溫度/825825825850850850退火時間/s6012018060120180表1實驗鋼的化學成分(質量分數,% 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強度,計算烘烤硬化值(BH 值。BH ='0.2-x ,其中x 為達到規定預應變時所對應的流變應力,'0.2表示烘烤后再次拉伸時的屈服強度。采用電子背散射衍射技術(EBSD觀測不同退火工藝下的織構形態。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有所不同,測試面為平行實驗板面且距離為1/4板厚的

8、截平面,試樣打磨后經25s 電解拋光,再用4%硝酸酒精腐蝕25s ,測定再結晶織構并利用OIM 軟件對再結晶織構進行分析。2實驗結果與分析2.1不同退火工藝下力學性能和BH 值對不同退火工藝下的BH 鋼板進行了力學性能測試,測試結果如表3所示。可知,退火溫度及保溫時間影響著晶粒大小,進而影響力學性能和BH 值。退火溫度相同時,保溫時間的延長有利于再結晶晶粒繼續長大,導致屈服強度和抗拉強度降低,但伸長率沒有明顯變化。退火溫度為825時,隨退火時間延長,n 值、r 值降低,BH 值增大;退火溫度為850時,隨退火時間延長,r 值增大,n 值先增大后減小,BH 先增大后減小。退火時間為60s 時,隨

9、退火溫度升高,平均晶粒尺寸變化不明顯,屈服強度和抗拉強度升高,BH 值增大,n 值、r 值降低;退火時間為120s 時,隨退火溫度升高,平均晶粒尺寸增大,屈服強度和抗拉強度升高,BH 值增大,n 值、r 值增大;退火時間為180s 時,隨退火溫度升高,平均晶粒尺寸明顯增大,屈服強度和抗拉強度降低,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生了再結晶,在相同的退火溫度下,隨保溫時間的延長,晶粒沿某些方向長大(B3。退火溫度為825時,隨保溫時間的延長,111織構逐漸向001織構轉變,退火溫度為850時,織構變化不明顯。

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,經退火后試樣中-纖維織構表3不同退火工藝下實驗鋼的力學性能和晶粒尺寸Tab.3The mechanical properties and grain sizes of teststeel under different annealing conditions試樣屈服強度/MPa 抗拉強度/MPa 伸長率(%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為主要的織構組分。可以看出,A 組試樣織構強度的變化為:A1試樣較強,A2、A3較弱。A1試樣具有較強的111<112>織構,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,試樣A3也有111<112>和112<110>織構,但相比試樣A2,試樣A3的111<112>和112<110>織構有所增強。由此可知,試樣在825溫度下發生再結晶,并且隨保溫時間的延長,111<112>織構向112<110>織構轉變,織構的強度在降低。B 組試樣織構強度的變化為:B3試樣最強,B1試樣最弱,B2介于兩者之間。B1試樣只有111<110>織構,強度較弱,最大密度為3.568。B2試樣有較強的111&l

13、t;110>織構,最大密度為4.976,且出現了較弱的110<011>織構和100<011>織構。B3試樣有較強的111<112>織構,織構強度比B2試樣強,最大密度為5.508,且也有較弱的110<011>織構和100<011>織構。可知,試樣在850下退火,隨保溫時間的延長,-纖維織構織構強度逐漸增強,111<110>織構向111<112>織構轉變。圖3為不同退火工藝下取向線對比圖。由圖3(a可以看出,A1試樣中111<112>織構密度最大,A1和A2試樣的織構均很弱。可以說A1試樣具有較

14、高的111織構,即纖維織構。從圖3(b 可以看出,B2試樣中的111<112>織構密度最大,B1有較強的111<110>織構,B3有較強的111<110>和111<112>織構。取111面上織構的平均值,B2實驗鋼具有較高的111織構,即-纖維織構。從圖2和圖3可以分析出:A1、B2和B3實驗鋼具有較強的-纖維織構,即有利于鋼板深沖性能的織構。但由表1知,A1實驗鋼的BH 值為負,其退火工藝不宜應用于實際生產;B3實驗鋼晶粒再結晶長大,晶粒過于粗大,影響力學性能。B2實驗鋼退火再結晶后晶粒較細小,BH 值為21MPa ,且具有較強的-纖維織構。因

15、此實驗鋼經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 織構強度準/(°(a825A1A3B2B15.04.54.03.53.02.52.01.51.00.560657075808590準/(°O D F 織構強度(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性能和深沖性能。3討論由于薄鋼板的塑性應變比(r是衡量其深沖性能優劣的重要指標,它的大小取決于鋼板的織構特征和強度,111織構愈強,r值愈高,深沖性能愈好。因此,退火后BH鋼板中-纖維織構的強弱就成為決定r值大小的關鍵因素。保溫時間相同時,鋼板在850下退火比825時織構更強,同時r值也更大。阻礙111再結晶織構發展的主要機制是細小彌散分布的第二相粒子對晶界遷移的釘扎作用,分

17、布在晶界上的這些粒子所產生的釘扎力同樣會阻礙晶粒的長大。退火溫度的升高,一方面加熱速度增快,再結晶提前發生和完成,晶粒長大過程相對延長;另一方面,熱激活條件改善,特別是再結晶完成后繼續升溫、保溫過程中晶粒進一步長大,第二相粒子溶解數量也增多,對織構發展的阻礙作用減弱,進而促進111再結晶織構的發展,所以高溫退火最終得到較高的r值3。退火溫度不同時,隨退火時間的延長,再結晶晶粒尺寸和織構強度的變化趨勢不同。825退火由于溫度較低,第二相粒子溶解的很少,隨保溫時間的延長,析出相對晶界的釘扎作用沒有明顯變化,晶粒尺寸變化不明顯,對再結晶織構發展的阻礙作用也沒有明顯變化,同時r值沒有增大的趨勢。850

18、退火時再結晶晶粒中析出物溶解數量增多,隨保溫時間的延長,析出相對晶界遷移的釘扎作用減弱,晶粒長大趨勢明顯,退火再結晶織構發展的阻礙作用減弱,r值逐漸增大。4結論(1實驗用低碳BH鋼825溫度退火時就發生了再結晶,并隨保溫時間的延長,晶粒長大不明顯,-纖維織構強度逐漸減弱;850退火時,隨保溫時間的延長,晶粒長大,-纖維織構強度逐漸增強, 111<110>織構向111<112>織構轉變。(2退火工藝為850保溫120s時,實驗鋼具有較好的力學性能、BH值和深沖性能,綜合性能良好。參考文獻:1康永林.現代汽車板工藝及成形理論與技術M.北京:冶金工業出版社,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.武漢工程職業技術學院學報,2010,22(3:17-19.3馮月雪,康永林,劉光明.ULC-BH鋼連續退火過程織構的演變規律研究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4金自力,任慧平,張紅杰.無取向硅鋼退火織構的演變與磁性能關系的研究J.材料熱處理學報,2007,28(2:77-80. 5吳樹建,余偉.連退工藝對冷軋無取向電工鋼性能的影響A.2009年全國冷軋板帶生產技術交流會文集C.北京:冶金工業出版社,2009.276-283.6朱濤,施立發,陳其安.組織與織構對CSP工藝生產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.連續退火爐內