高品质冷轧汽车钢退火工艺与组织性能控制

摘要

为适应新能源、轻量化、长生命周期的汽车产品发展需要，提升钢铁产品竞争力，亟待开发高品质汽车用钢。其中，冷轧钢进行退火后被广泛应用于汽车上，特别是以冷轧双相钢、热镀锌双相钢等冷轧钢为代表。如何对冷轧双相和和热镀锌双相钢的退火工艺进行优化，改善钢板表面质量、提高双相钢的强度和塑性之间的匹配还有待深入研究;另外对镀层的质量控制，如镀层的剥落机制、抗粉化性能也需要开展进一步的工作。 本文以Fe-0.15C-1.78Mn-0.1Si-0.08Ti成分双相钢为实验材料利用热模拟实验机研究了其连续冷却转变行为。结合显微组织分析，建立了实验钢的连续冷却转变曲线;利用带钢连续退火模拟实验机研究了冷轧双相钢和热镀锌双相钢的连续退火工艺、组织和性能之间关系，探讨了连续退火工艺对实验钢组织与性能的影响规律及其机理。以DC51D+ZF钢和SCG270钢为实验材料，系统研究了合金化镀层的剥落机制、抗粉化性能和相结构。本文的主要工作及结果如下: 1.获得了Fe-0.15C-1.78Mn-0.1Si-0.08Ti实验钢的连续冷却转变曲线，明确了不同连续冷却转变条件下的微观组织演变规律，并获得了实验钢的临界冷却转变温度Ac1(720℃)和Ac3(870℃)以及获得马氏体的最小临界冷却速率(＞5℃/s)。该结果可为冷轧双相钢和热镀锌双相钢连续退火工艺参数的制订提供理论依据。 2.明确了退火温度、保温时间、冷却速率对热镀锌双相钢连续退火后组织与性能的影响规律。 (i)当退火温度较低时(如790℃或820℃)，马氏体主要分布在铁素体晶粒内部，且马氏体岛多呈带状分布;当退火温度增至850℃时，促进了孪晶马氏体的形成，且带状组织分布不明显，同时马氏体的体积分数增加（约为19.6％）。综合分析，当退火温度为850℃时，实验钢具有良好的综合性能:Rm=840MPa;A=18％;Rp0.2/Rm=0.55。 (ii)在一定的退火温度(850℃)条件下，随着退火时间的延长，铁素体的平均晶粒尺寸变大，马氏体的体积分数先增加后减少;当退火时间为100s时，马氏体的含量较多，且分布较为均匀。随着退火时间的延长，实验钢的抗拉强度和屈服强度均呈现先上升后下降的趋势，但延伸率的变化较小。 (iii)通过改变冷却速率，可以对铁素体和马氏体的体积分数进行有效控制，获得低屈服、高强度的热镀锌双相钢。在850℃退火后，随着冷却速率的变化，抗拉强度略有增加，这主要归因于铁素体、马氏体及两者之间的交互作用;随着冷却速率的增加，实验钢的屈服强度呈先上升后下降的趋势。 3.阐明了加热速率、加热温度及缓冷温度等工艺参数对冷轧双相钢连续退火过程中组织演变的影响规律。 (i)在一定的退火温度(810℃)条件下，随着加热速率的提高，马氏体岛的体积分数增加，其形貌由长条状变为等轴状分布，其平均尺寸减小;当加热速率为70℃/s时，马氏体岛的分布更为细小、弥散，且尺寸接近1μm。随着加热速率的提高，实验钢的屈服和抗拉强度均有不同程度的改善，但延伸速率略有下降;当采用较高的加热速率(如70℃/s)时，实验钢的抗拉强度级别可达920MPa，且综合性能良好，例如强塑积达16.4GPa·％。 (ii)当加热温度从780℃增至810℃时，实验钢中马氏体的体积分数由29.5％增至37％，且马氏体板条的尺寸增加，晶界由清晰变得模糊;随着进一步提高加热温度，马氏体的相分数变化趋势有所减缓。随着加热温度的升高，实验钢的抗拉强度和延伸率均呈现先增大后减小趋势，而屈服强度有所增加。 (iii)随着缓冷温度的降低，生成的取向附生铁素体的体积分数增多，马氏体的体积分数减少，取向附生铁素体的固溶碳含量较低，使实验钢兼具较低的屈服强度和良好的塑性。 4.明确了合金化镀锌板基板表面粗糙度、晶体学织构和镀层相结构对合金化镀层性能的影响。 (i)针对DC51D+ZF基板表面晶体学织构研究表明，基板表面的{001}-{101}取向更有利于合金化镀层中δ相的生成，基板表面的{111}-{113}-{313}更容使镀层中形成Γ相。合金化镀层的抗粉化性能随着镀层中Fe含量和Γ相层厚度的增加而减弱，然而其剥离性能却随着Γ相层厚度增加得到了改善。锌层本身的织构和基板的成形能力也是影响镀层抗粉化性能的原因。 (ii)针对两个厚度(0.7mm/1.6mm)SCG270合金化镀锌板不同的抗粉化性能进行分析，结果表明，镀层的Fe含量不同，导致了镀层不同的相结构;基板的粗糙度的不同，合金化程度不同，厚基板的粗糙度要大于薄基板的粗糙度，粗糙度大，其合金化程度加快，最后导致了镀层中Fe含量的不同;随着基板厚度的增加合金化镀层的厚度也增加，而更厚的镀层其抗粉化能力越差;镀层厚度的不均匀性也是导致镀层粉化性不同的因素。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2高强钢的概况

1．2．1高强钢的强化机制

1．2．2高强钢的韧化机制

1．2．3高强钢的发展

1．3双相钢概述

1．3．1双相钢的发展简介

1．3．2双相钢生产工艺简介

1．3．3双相钢的力学性能

1．3．4双相钢的应用

1．4热镀锌双相钢

1．4．1热镀锌

1．4．2连续热镀锌

1．4．3连续热镀锌双相钢

1．4．4热镀锌双相钢的发展

1．5热镀锌镀层质量研究现状

1．5．1基板化学成分

1．5．2．退火温度及时间

1．5．3露点温度

1．5．4退火气氛

1．5．5镀锌工艺对抗粉化性能的影响

1．5．6合金化工艺对镀层抗粉化的影响

1．5．7镀层抗粉化性能的其他影响因素

1．5．8镀锌板成形性能研究

1．6汽车用钢存在的主要问题

1．7研究背景、目的及内容

1．7．1研究背景

1．7．2论文研究目的

1．7．3研究内容

第2章实验钢连续冷却转变行为研究

2．1前言

2．2冷轧态CCT曲线

2．2．1实验材料和方法

2．2．2实验结果

2．2．3讨论

2．3临界区加热时组织变化

2．3．1实验工艺

2．3．2临界区加热时组织变化

2．4本章小结

第3章退火工艺对热镀锌双相钢组织与性能的影响

3．1前言

3．2实验材料与方法

3．3．1显微组织

3．3．2力学性能

3．4分析讨论

3．4．1退火温度的影响

3．4．2冷却速率的影响

3．4．3退火时间的影响

3．5应力—应变曲线与微观组织特征

3．5．1不同退火温度下的应力—应变曲线特征

3．5．2微观组织特征

3．6本章小结

第4章退火工艺对冷轧双相钢组织和性能的影响

4．1前言

4．2．1实验材料

4．2．2实验钢的微观组织表征

4．2．3实验钢的力学性能测试

4．3加热速率对冷轧双相钢组织和性能的影响

4．3．1加热速率对冷轧双相钢连续退火过程中组织演变的影响

4．3．2加热速率对冷轧双相钢连续退火后力学性能的影响

4．4退火温度对冷轧双相钢组织和性能的影响

4．4．1退火温度对冷轧双相钢显微组织的影响

4．4．2退火温度对冷轧双相钢力学性能的影响

4．5缓冷温度对冷轧双相钢组织性能的影响

4．5．1缓冷温度对冷轧双相钢微观组织演变的影响

4．5．2缓冷温度对冷轧双相钢力学性能的影响

4．6本章小结

第5章热镀锌合金化镀层抗粉化性能研究

5．1前言

5．2合金化镀层粉化与剥落机制

5．2．1实验方法

5．2．2实验结果

5．2．3分析与讨论

5．3基板表面晶体学织构对合金化镀层抗粉化性能的影响

5．3．1实验方法

5．3．2实验结果

5．3．3分析与讨论

5．4合金化镀层相结构及抗粉化性能研究

5．4．1实验材料及方法

5．4．2实验结果及分析

5．5本章小结

第6章结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

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