铁素体区轧制含磷高强IF钢组织与深冲性能的研究

摘要

高强度无间隙原子钢(简称HIF)由于其具有优异的深冲性能和较高的强度，它在轿车覆盖件上的使用，可以显著降低汽车重量，降低生产成本，节能环保，近二十年来，受到汽车工业的青睐。高强IF钢在普通IF钢成分的基础上添加了P、Si和Mn等固溶强化元素。有成熟的研究表明，P的固溶强化作用最强，对深冲性能的损害最小。P元素以置换固溶的形式固溶在Fe基体中，由于P原子半径比Fe原子要大，P原子置换固溶时会引起基体晶格畸变，其应力场与位错应力场发生交互作用，阻碍钢板变形时的位错运动，从而提高强度。
　　 有研究发现，在铁素体区轧制IF钢可以获得较强的可以与冷轧态相媲美的{111}//RD织构类型。铁素体区轧制工艺简化了传统的冷轧深冲钢板的工艺流程，降低了生产成本，从而使热轧板具有深冲性能。因此，铁素体区轧制生产高强IF钢具有明显的技术先进性和显著的经济效益，开展铁素体区轧制高强IF钢的开发研制工作具有重要的理论意义和实用价值。
　　 本文所用实验钢由宝钢CONSARC500公斤真空感应炉冶炼，并在钢铁研究总院进行铁素体区轧制实验。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、硬度测定以及单向拉伸实验等测试方法，系统深入了研究了冶金因素以及铁素体区轧制工艺参数对含P高强IF钢微观组织和力学性能的影响。
　　 研究了P元素对铁素体区轧制含P高强IF钢组织性能的影响。结果表明：P元素的加入使钢板深冲性能略有下降，并显著提高了钢板的强度。P元素在钢中以两种形式存在：置换固溶的P原子和形成FeTiP化合物。置换固溶的P原子使Fe基体晶格发生畸变，并阻碍位错运动，这是钢板强度提高的主要因素。退火时FeTiP粒子对有利织构的发展起到抑制作用，同时，FeTiP的形成会消耗钢中用于消除C、N间隙原子的Ti原子，使得钢中的二相粒子除TiN、TiC、TiS和Ti4C2S2外，还有少量的Fe4N、Fe3C、AlN，钢中C、N间隙原子的存在是高强IF钢深冲性能降低的另一个原因。
　　 铁素体区轧制时设计了不同的开轧温度(ST)、终轧温度(FT)和轧制压下率(RED)，通过对不同轧制参数的含P高强IF钢组织、织构和力学性能的对比研究发现，铁素体区轧制温度和压下率对含P高强IF钢的屈服强度(YS)、抗拉强度(TS)、总伸长率(El)和n值的影响较小。开轧温度为840℃时，钢板深冲性能较差，r<1，开轧温度为700℃和750℃时，钢板深冲性能较好，r>1；终轧温度和轧制压下率对r值影响较大，随终轧温度逐渐上升，r值呈上升趋势；随轧制压下率逐渐增大，r值呈下降趋势；同时，交叉比较发现，当终轧温度较低时，如540℃，可在较小的轧制压下率下获得较高的r值，较好的深冲性能；当终轧温度较高时，如660℃，则可在较大的轧制压下率下获得较高的r值，较好的深冲性能。
　　 通过对比润滑轧制和不润滑轧制的含P高强IF钢的组织、织构和力学性能发现，良好的润滑条件是使钢板轧后获得较好的深冲性能的必要条件。未润滑轧制使含P高强IF钢沿板厚方向产生严重的不均匀变形，钢板与轧辊的摩擦使钢板表层发生剪切变形产生大量取向为<110>//ND的等轴细晶粒，这些细小的等轴晶在退火后发生晶粒长大，最终形成漫散织构状态，而中心层退火后形成少量{111}再结晶晶粒，表层和中心层晶粒取向差接近随机分布。这种板厚方向上织构的不均匀分布是r值大幅降低的本质原因。润滑轧制使钢板沿厚方向变形均匀，均为压缩变形。表层和中心层均形成长纤维状的{001)、{112}和{111}变形晶粒，退火后形成大量{111}再结晶晶粒，具有优异的深冲性能。因此，热轧IF钢为获得优异的深冲性能，良好的润滑条件是必须的。