超低碳高强度烘烤硬化钢板退火组织及性能

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.06.008 第15卷第6期 北京科技大学学报 Vol.15N0.6 1993年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1993 超低碳高强度烘烤硬化钢板退火组织及性能 关小军* 王先进“ 摘要：采用金相观察和极图分析方法进行了研究。研究表明，回复阶段，再结品品粒和结构均 术出现：再结品完成阶段，由下具有较高的冷轧变形储能，{I11}取向的品粒优先形核、长 大：晶粒长大阶段，{11}取向的品粒吞并其他取向的品粒而继续长人并趋于均小：通过增大 退火均热温度和均热时间来延长品粒长人阶段是提高深冲性的有效措施。 关键词：超低碳钢、钢板，高强度/烘烤硬化、再结品结构、冉结品组织 中图分类号：TG113.12.TG111.7 The Annealing Microstructure and Properties in Extra Low-Carbon and High Strength Bake-Hardening Sheet Steel Guan Xiaojun Wang Xian jin ABSTRACT:Through metallographical observation and pole figure analysis.the changes of recrystallization microstructure and texture have been studied in this paper in order to discover the influence mechanism of annealing process parameters on the properties of extra low-car- bon and high strength bake-hardening sheet steel (ELC-BH sheet )Experimental results are shown as follows:1)Recrystallization microstructure and texture weren't discovered at re- covery stage;2 Forming nucleus and growth of (111 orientation grains were more prece- dent than that of other orientation grains at finished recrystallization stage because of its rel- atively high storage energy in cold-rolled deformation microstructure;3{111)textures were sharpened by annexing other orientation grains at grain growth stage:The process of grain growth was prolonged with the increase of soaking temperature and soaking time so that deep drawability was improved. KEY WORDS:super-low canbon steels,steel plates,high strength,recrystallization texture. bake-hardening,recrystallization microstructure 超低碳高强度烘烤硬化钢板是第三代汽车冲压钢板一超低碳系列钢板的产品之一。由 1993-06-21收稿第一作者：月.41岁.工程师.博士生 *k力加工系(Department of Materials Formings）

第 巧 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 以 【为比 。 超低碳 高强度 烘烤 硬 化钢板退火组织及性能 关小 军 签 王 先进 补 摘要 采用 金 相 观 察 和极 图分 析方法 进 行 了研究 。 研 究 表 明 ， 回 复 阶段 ， 再 结 晶 晶 粒 和 结 构均 未 出 现 再 结 晶 完 成 阶 段 ， 由 于 具 有 较 高 的 冷 轧 变 形 储 能 ， 川 取 向 的 晶 粒 优 先 形核 、 长 大 晶 粒 长大 阶段 ， 取 向的 晶 粒吞 并 其他取 向的 晶 拉 而 继 续 长 大 并 趋 于 均 匀 通 过 增 大 退 火均 热温 度 和 均 热时 间 来延 长晶 粒 长大阶段 是提 高深 冲性 的有效措施 关键词 超 低碳 钢 ， 钢板 ， 高强 度 ‘ 烘烤硬 化 ， 再结 晶 结 构 ， 再结晶组 织 中图分 类号 一 一 川 比 一 代 ‘ 月 ‘，〔 附“ ‘ ” 万 飞 ， 代℃ 邝 跳 而 卜沈 记 丫军 邸 屺 巴 一 政 一 一 喊 屹 粥 邝 及 ’ ℃ 代 卿 ② 川 代们 二 叹 及 伙肠 一 ③ 氏 ④ 粼 此 让 万 一 以 ， 代 ， 代泊 ， 代℃砂 及 眠 ， 一 ， 代兄月邝 及 而 超 低 碳 高强 度烘烤 硬 化钢 板 是 第 三 代 汽 车 冲 压 钢 板一 超 低 碳 系 列 钢 板 的 产 品 之 一 。 由 侧目 】 卯 一 伪 一 收 稿 第 一 作 者 男 ， 引 岁 程 师 博 士 产 肤力 加 几系 众 刚 罗 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．06．008

Vol.15 No.6 关小军等：超低碳高强度烘烤硬化钢板退火组织及性能 581· 于它兼容了IF钢的超深冲性、加磷钢板的高强度以及烘烤硬化钢板的优良抗凹陷性，因而 具有良好的综合性能，并日益受到世界汽车工业的青睐。我们曾就再结晶退火工艺对其 性能的影响做过系统地研究)，然而对于这些影响规律的产生机理还未进行深人地研究。为 此，我们从微观机理的演变过程揭示了退火工艺参数对性能影响的必然性。 1实验材料和方法 1.1实验材料 本实验用钢系经实验室50kg真空感应炉熔炼的加Nb处理的ELC一BH钢（超低碳高 强度烘烤硬化钢板)，它的化学成分为：0.0023%C,0.0030%N,0.029%Si,0.20%Mn. 0.098%P,0.0070%S.0.0025%A1,0.045%Nb。 将30kg钢锭锻成220mm宽、30mm厚的热轧坯料，重新加热到1150℃保温1h后， 热轧至4m和2.7mm两种厚度的板料、热轧板卷取温度为750℃。卷取后的热轧板经疏松、 酸洗后，再冷轧成0.8mm厚的薄板。 1.2实验方法和过程 1.2.1退火期间硬度、组织和结构的铡试 由初始厚度为4mm的冷轧薄板上剪取试样，尺寸为30mm×25mm。为保证3种测试 结果进行对照的可靠性，应在同一块试样上进行测试。 本实验侧重于连续退火工艺、采用了表1所示的实验条件。 表」连续退火试样的实验条件 Table 1 Experimental condition for continuous annealing samples No. 6 7 8 9 10 退火温 度（℃） 660 710 760 810 860910 910 910 910 910 均热时 0 0 0 场 60 90 120 间(s) 将试样分别送人恒温的管式炉中，待其达到各自所设定的实验条件后应即取出，空冷至 室温 硬度测试在HD9-一45型光学表面洛氏硬度计上进行、所测得硬度值系试样表面上4个 不同点对应硬度值的平均值。金相观察样品沿轧向截取。极图测试在Rigaku一3014型X射 线衍射仪上进行，选用Mo一Kx靶，管电压为40kV.管电流为35mA.采用反射法测绘 不完整极图。鉴于同一样品从表面到中心的织构分布可能不同，对所有样品只测试距表面 114厚度的截面上的织构。 】.2.2退火均热温度和时间对性能影响规律 采用均热温度分别为850℃、880℃、910℃，均热时间为60s的3种退火参数对初始厚 度为4m的冷轧薄板退火，考察均热温度对性能的影响。 采用均热温度为880℃，均热时间分别为90s和120s的2种退火参数对初始厚度为

巧 关小 军等 二 超 低碳 高强 度烘烤硬 化钢 板退 火组 织 及性能 ’ 跳 · 于 它兼容 了 正 钢 的超深 冲性 、 加 磷 钢 板 的 高 强度 以 及 烘烤硬 化钢板 的优 良抗 凹 陷性 ， 因 而 具有 良好 的综 合性能 ， 并 日益受到 世 界 汽车工 业 的 青 睐 ’ · 。 我们 曾就再结 晶退 火工 艺 对其 性 能 的影 响做过 系统地研究 〕 ， 然而 对于 这些 影 响 规律 的产生机理还 未进行 深 人地研究 。 为 此 ， 我 们 从微观 机理 的 演变过程 揭示 了退 火工艺 参 数对性 能影 响 的 必 然性 。 实验材料和方法 实验材料 本 实 验 用 钢 系 经 实验室 真 空 感 应炉熔炼 的加 处理 的 一 钢 超 低 碳 高 强度烘烤 硬 化钢板 ， 它 的化学成分 为 ， ， ， ， ， ， 月 。 ， ， 似 。 将 钢 锭 锻 成 宽 、 厚 的 热 轧 坯 料 ， 重 新 加 热 到 ℃ 保 温 比 后 ， 热 轧至 刀刀 和 如 两 种厚度的 板料 ， 热轧板卷取温 度为 ℃ 。 卷取 后 的 热 轧 板 经 疏 松 、 酸 洗后 ， 再 冷轧成 厚 的薄板 。 实验方法和过程 ， 退 火期 间硬 度 、 组织 和 结构 的测试 由初始 厚 度 为 爪 的冷轧薄 板上 剪 取 试样 ， 尺 寸 为 孔 。 。 为保 证 种 测试 结果进 行 对照 的 可 靠性 ， 应在 同一块 试样上 进行测 试 。 本 实验 侧重 于 连续退 火工 艺 ， 采 用 了表 所示 的实验条 件 。 表 连续退 火试样的实验条件 块 尤碑 匕 田傲 位刃 “ 旧 以巧 含 吨 圈 泌昭 退 火 温 度 ℃ 团 团 印 】 均 热时 间 卯 将试样 分 别送 人 恒 温 的管式炉 中 ， 待其达到各 自所 设定 的实验条 件后 应 即取 出 ， 空 冷至 室 温 。 硬度测 试在 一 型光 学表 面洛 氏硬 度 计上 进行 ， 所测 得硬 度 值 系 试 样 表 面 上 个 不 同点 对应硬 度值的 平均 值 。 金 相观 察样 品沿轧 向截取 。 极 图测 试在 一 型 射 线衍射仪 上 进 行 ， 选 用 一 靶 ， 管 电压 为 ， 管 电 流 为 ， 采 用 反 射 法 测 绘 不 完整极 图 。 鉴 于 同一 样 品从表 面 到 中心 的织 构 分 布 可 能 不 同 ， 对所 有 样 品 只 测 试距表 面 厚 度 的 截 面上 的织构 。 退 火均 热温 度 和 时 间 对性能影 响规律 采 用 均 热温 度分别 为 沁 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ， 均 热 时 间为 的 种退火参数对 初 始 厚 度 为 的 冷轧薄 板退 火 ， 考 察均 热 温 度 对性 能 的影 响 。 采 用均 热 温 度 为 亡 ， 均 热 时 间 分 别 为 和 的 种退 火 参 数 对 初 始厚 度 为

.582 北京科技大学学报 1993年No.6 2.7mm的冷轧薄板退火，考察均热时间对性能的影响。 退火在盐浴炉中进行，机械性能和r、n值的测试分别按照GB3076-82、GB5027- 85、GB5028-85进行。A1值对应7.5%预应变后的流变应力与经100℃、30min烘烤后屈 服应力的差值，BH值对应3%预应变后的流变应力与经170℃，20mi烘烤后屈服应力的差值， 2实验结果 2.1硬度和组织变化规律 图1和图2分别给出了再结晶退火期间表面硬度和组织的变化。为研究方便起见，将硬 度下降为总下降幅度的50%处所对应的加热温度作为再结晶开始温度（记作T),硬度下降为总 下降幅度的80%处所对应的加热温度作为再结晶完成温度（记作T)。这里，硬度的总下降 幅度为冷轧板硬度与再结晶完成后逐渐趋于稳定的硬度值的差值。可见，再结晶退火过程存 在回复、再结晶和晶粒长大等3个阶段，T,为788℃，T为810℃，图2b和图2c所对应的金 相组织也证实了T和T确定的正确。 uI000 800 B C 600 400 回复 结鼻 昌粒长大 200/ 90 70- 恒 50 020406080100120140160180200220 ts 图】再结属退火期间的硬度变化 Fig.I The change of hardness during recrystallication amnealing 回复阶段(A一B),金相组织(B)与冷轧组织(A)相比基本无差别，同为饼形的沿轧向 伸长的变形晶粒.表面硬度约下降了总下降幅度的一半，无凝这是点、线缺陷重排和消失的 宏观反映。 再结晶阶段(B一C）所经历的时间最短，但是表面硬度下降速率最快，形变组织 (A)完全被呈细小等轴晶粒的再结晶组织(C)所取代，再结晶晶粒中点、线缺陷已完全 消除，特别是位错的消除反映了表面硬度的急剧下降。 晶粒长大阶段（C一F)经历了退火历史的最长时间，再结晶晶粒不断长大，导致屈服 强度诚小，引起表面硬度缓慢地降低直至稳定， 2.2织构的变化规律 从图1选取A、B、C、F4点进行极图测试，它们分别对应着冷轧、回复、再结晶完成

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 ‘ 妞 的 冷 轧 薄板退 火 ， 考 察均 热时 间对性 能 的影 响 。 退 火在 盐浴 炉 中进行 ， 机械性 能 和 卜 值 的测 试分 别 按 照 一 、 一 、 一 进行 值 对 应 预 应 变 后 的 流 变 应 力 与 经 ℃ 、 刀 烘 烤后 屈 服 应力 的差 值 ， 值 对应 预 应变后 的流 变应力与 经 ℃ 、 功 烘烤后屈 服 应力的差 值 。 实验结果 硬度和组织变化 规律 图 和 图 分别 给出 了再结晶退火期间表面硬 度 和组织 的变化 。 为研究 方便起 见 ， 将 硬 度下 降 为总下 降幅 度的 处所 对应 的加热温度 作 为再结晶 开始温度 记作 几 ， 硬度下降为总 下 降 幅度 的 处所对应的 加 热 温度作 为再结 晶完成温度 记作 劝 这 里 ， 硬度 的总下 降 幅度 为冷 轧板硬度 与再结晶完成后 逐渐趋 于稳定 的硬度值的差值 。 可见 ， 再结 晶退 火过程存 在 回复 、 再结 晶 和 晶粒 长大 等 个阶段 ， 孔 为 ℃ ， 不 为 ℃ ， 图 和 图 所 对应的金 相 组织也证 实 了 几 和 界 确定 的正 确 。 丫 卜 犷 ， 。 〕 二试卜一一一一琴 一一 ￡ “ 叹 口二二〕 － － － 一 一 一 一 一 ， 目 口 〔 卜 侧日从喇︸ 咬兀旧 娜厄侧阳 的 即 印 加 的 圈 再结晶退火期间的硬度变化 瑰 、 巴 砚笋 加” 加祀胭 山的招 泊力曲洲妞垃阅 一 丘招 回 复 阶段 一 ， 金 相 组织 与冷 轧组 织 相 比基 本 无 差 别 ， 同 为 饼 形 的 沿 轧 向 伸 长的 变形晶 粒 表 面硬 度 约下 降 了总下 降幅 度 的 一半 ， 无 凝 这是 点 、 线 缺 陷重 排 和消 失 的 宏 观反 映 。 再 结 晶 阶段 一 所 经 历 的 时 间 最 短 ， 但 是 表 面 硬 度 下 降 速 率 最 快 ， 形 变 组 织 完全被呈 细 小等 轴 晶粒 的再结 晶组织 所取代 再结晶晶 粒 中 点 、 线缺 陷 已 完 全 消除 ， 特 别是位错的 消除 反 映 了表 面硬 度 的急剧 下降 晶粒 长大阶段 一 经 历 了退火历 史 的最 长 时 间 ， 再结 晶 晶粒 不 断 长大 ， 导致 屈 服 强 度减小 ， 引起 表 面硬 度 缓慢地降低直至稳定 。 织构的变化规律 从 图 选取 、 、 、 点 进行 极 图测 试 ， 它 们分 别对应着冷轧 、 回复 、 再结 晶完 成

Vol.15 No.6 关小军等：超低碳高强度烘烤硬化钢板退火组织及性能 583 和晶粒长大4种状态，测试结果见图3。 (b) e, 图2退火期间的金相组织变化 Fig.2 The change of metallographical microstruture during recrystallization annealing (c) (d) (554) 225) (111) i21 ● (111) [ITo] A,(001) 110】 图3退火期间的(110)极图 (a)冷轧态 (b)回复态(c)再结晶完成态 (d)晶粒长大态 Fig.3 (110)pole figures during recrystallization anoealing

、 关小军等 超低碳高强度供烤硬化钢 板退火组织及性能 和 晶 粒 长大 种状 态 ， 测 试结果 见 图 。 图 退火期间的金相组织变化 瑰 毛比 琪笋 哈加甄卵曲汹】 沁锐勿血冲 面垃奄 花。 笋翻班口山翔 址 由嗯 「 、、 弘 一 图 退 火期 间的 极 图 冷轧态 回复态 再结晶完成态 晶粒长大态 瑰 侧山 飞” 旧 山耐嗯 洲匀曲浏油位犯 口 恤笔

.584 北京科技大学学报 1993年No.6 由图3可知，再结晶织构(c)和(d)与冷轧织构(a)具有相似性，它们的织构主 要组分都是{554}<225>、{111}<112>、{111}<110>和{001}<110>，由于 {554}<225>取向与{111}<112>取向非常接近，为讨论方便起见，本文不作区分 而统一视为{111}<112>取向。其中，{111}取向的极密度较{100}取向强烈。在退 火过程中，织构主要组分的极密度发生了不同程度变化。回复阶段晶粒取向没有发生变化， 如()和(b)所示，两图上各极密度等值线、大小和它们所围成的区域基本相同。再结 晶阶段{1Ⅱ}取向的极密度较冷轧织构相比增强，如(c)所示，（11I)【112】的某些极 点问冷轧态极图()）相比落人较高极密度区。随着晶粒继续长大，{1I】}织构增强趋势继 续存在、(d)表明，(111)【11U】取向的极密度增大。在整个退火期间，{001}<1I0> 取向基本上没有变化。 2.3退火均热温度和均热时间对性能的影响 图4表明随着退火均热温度的升高，F、A时效指数和BH烘烤硬化值增加，n和EL。 延伸率值先下降然后趋于稳定、其余性能变化不大。 若均热时间从905延长到120s时，F值提高，其余性能变化不大， 3讨论 3.1退火组织和织构的变化机理 回复阶段组织和织构均未发生变化，这是由于该阶段中，只发生了点、线缺陷的重排和部 分消失，品粒内存在一些结构变化，但 晶粒的总体形状和取向仍然保持不变。 再结晶阶段标志着新的低能量晶粒 0.26m 400 025 E 380 取代原始形变晶粒的完成。具有较高 0.24 360 2 能量状态的冷轧变形晶粒在热激活条 0.23 340 件下处于不稳定状态，再结晶晶粒的 1.9 190 1.6 形核和长大一般沿其品界和亚晶界进 170 1.3 150 行。因此，再结晶织构和冷轧织构具 30 有遗传性。此阶段中，{111}织构增 15 30 强表明再结晶晶粒具有“定向形核”的 令 0 0.6 机制。由于再结品形核的驱动力来自 4 0.5 g0.4 冷轧变形储能，而不同取向品粒的冷 850880910850880910 轧变形储能是不同的。已知，{111}取 均热湿度/℃ 向的品粒储能大于{100}取向的品粒 储能、因而再结晶阶段{111}取向胡 图4退火均热温度对性能的影响规律 粒的形核率相对较大，特别是{1I1} Fig.4 Effects of soaking temperature on propertis <I12>织构组分冷轧织构相比得到增强

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 由 图 可 知 ， 再 结 晶 织 构 和 与 冷 轧 织 构 具 有 相 似 性 ， 它 们 的 织 构 主 要组分 都是 、 一 、 左一 一 和 ， 由于 雀 取 向 与 取 向非常接 近 ， 为讨论 方 便起 见 ， 本 文 不 作 区 分 而 统 一 视 为 取 向 。 其 中 ， 取 向的 极 密度 较 取 向 强 烈 。 在 退 火过 程 中 ， 织构 主要组 分 的极 密度 发 生 了不 同程 度 变化 。 回 复 阶段 晶 粒 取 向没 有 发 生 变 化 ， 如 和 所 示 ， 两 图 上 各 极 密 度 等 值 线 、 大 小 和 它 们 所 围 成 的 区 域 基 本 相 同 。 再 结 晶 阶段 夏 取 向的 极 密 度较冷 轧织构 相 比 增 强 ， 如 所 示 ， 【 的 某 些 极 点 同冷 轧态极 图 相 比落 人 较 高极 密 度 区 。 随 着 晶粒继 续 长大 ， 毛 织构增 强 趋 势 继 续 存在 ， 表 明 ， 取 向 的 极 密 度 增 大 在 整 个 退 火 期 间 ， 取 向基 本 上 没有 变 化 。 退 火均 热温度 和均热 时 间对性能的影 响 图 表 明随 着退 火 均热 温 度 的 升高 ， 万 、 时 效指 数 和 烘 烤 硬 化 值 增 加 ， 万和 延 伸 率 值 先 下 降 然 后 趋 于 稳 定 ， 其 余 性 能 变 化 不 大 。 若均 热 时 间从 延 长到 时 ， 于 值提 高 ， 其余性 能变 化 不 大 。 讨 论 这是由于该 阶段 中 ， 只 发 产 几了点 、 线 缺 陷的 重排 和 部 留芝︸氏 三峥一，︸、 、口产 沈闰国芝沪产一 钱 、 ‘ 。 产沪产 。 一 。 ’ 〔卜一阅一 二二 二二 一 。 一 。 ，一 入 。 。 贬 ‘母 次闷山﹃ 江山决芝己 巧。 退 火组织 和织构的变化机理 回复 阶段 组织 和织 构均 未 发 生 变化 ， 分消失 ， 晶粒内存在 一些 结构变化 、 但 晶 粒 的 总体 形状 和 取 向仍 然保持 不变 。 再结晶阶段标志 着新 的低能量 晶粒 取代 原始形 变 晶 粒 的 完 成 。 具 有 较高 能量 状 态 的 冷 轧 变形 晶 粒 在 热激活 条 件 下 处 于 不 稳 定状 态 ， 再结 晶 晶 粒 的 形 核 和 长大 一般沿 其 晶界 和 亚 晶 界 进 行 。 因此 ， 再结 晶织 构和 冷 轧织 构具 有 遗 传性 。 此 阶段 中 ， 织 构增 强 表 明再结 晶 晶粒 具 有 “ 定向形 核 ’ 的 机 制 。 山 于 再结 晶 形 核的 驱 动 力 来 自 冷轧 变形储能 ， 而 不 同取 向晶 粒 的冷 轧 变 形 储能 是 不 同的 。 已 知 ， 毛 取 向 的 晶粒储能大于 取 向的 晶粒 储 能 ， 因 而 再 结 晶 阶 段 玛 取 向品 粒 的形 核 率相 对较 大 ， 特别 是 允 劝 均热 沮 度 ℃ 峙月尸︸，﹃ 纷留、 图 退 火 均 热 温 度 对 性能 的影 响 规 律 电 示烈 ‘ ” 币 织 构 组 分 与冷轧织 构 相 比 得 到 增 强