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第34卷第6期 锻 ,技 2009年12月 Vo1.34 No.6 FORGING&STAMPING TECHNOLOGY Dec. 2009 铁素体区热轧工艺对THF钢深冲性能的影响 李云 (山东广播电视大学经济管理学院,山东济南250014) 摘要:利用光学显微镜、扫描电镜以及电子探针,研究了TI_IF钢在铁素体区轧制时不同的轧制温度、压下量以及 润滑条件对钢板的组织结构以及析出物析出方式的影响。结果表明,轧制温度的降低和变形量的增加,都会导致形 核率增大,晶粒尺寸减小,并且使晶体结构中{111)取向加强。润滑条件主要影响试样的表面晶粒尺寸,润滑条 件越好,表面晶粒尺寸越接近于中心晶粒尺寸。析出物多以单独析出为主,Ti(c,N)一A12O。由外延生长机制复合 而成。 关键词:Ti_IF钢;铁素体轧制;深冲性能 DOI:10.3969 ̄.issn.1000-3940.2009.06.021 中图分类号:TG142 文献标识码:A 文章编号:1000-3940(2009)06—0080-04 Effect of ferritic region hot-rolling on deep draw ability of Ti—IF steel LIYun (School of Economics and Mangement,Shandong TV University,Jinan 250014,China) Abstract:The effect of the different rolling temperature,reduction and lubrication conditions on the microstructure and the way of precipitation of Ti—IF steel rolled in the ferrite zone were studied using optical microscope,scanning electron microscope and electron probe.The results show that with the rolling temperature increasing and reduction decrea— sing,the nucleation rate increases which refines the grain size,and the orientation of{1 1 1)in the crystal structure is strengthened.The lubrication conditions mostly influece the surface grain size of the samples,and the better the lubri— cation conditions are,the closer the surface grain size is to the center grain size.The precipitation mainly appears inde— pendently,and the formation mechanism of Ti(C,N)一AL()3 is epitaxial growth. Keywords:Ti IF steel;hot-rolled in ferritic region;deep draw ability IF钢是无间隙原子(Interstitial Free)钢的简 工艺技术,并且取得了初步的应用 。 称,IF钢以其优异的深冲性能一经出现,就引起了 IF钢的深冲性能不仅取决于冷轧和退火工艺, 众多汽车制造厂家的极大兴趣和关注。各大冶金企 而且和热轧工艺也有很大的关系。研究发现[4 ],采 业和研究学者为此进行了广泛的研究与开发,以期 用铁素体热轧工艺不仅可以降低成本、简化工序、 改变我国汽车工业用钢板品种少,质量差的不利局 节约能源与提高生产效率,而且可以生产具有优异 面,适应汽车工业高速发展的需求。 成形性能的热轧IF钢深冲板。 铁素体轧制是目前世界钢铁行业在热轧领域中 板材的深冲性能与其力学性能的各向异性密切 的一种前沿工艺。这一工艺的最大特点就是,由于 相关,即力图使其在板平面内具有高塑性流动性, 中间坯进入精轧机前完成了7一 的相变,使精轧过 同时在板厚方向具有足够的抵抗塑性流动的能力。 程完全在铁素体区内进行,而粗轧仍在奥氏体的状 材料的这一性质可用塑性应变比r来定量表示:r一 态下完成。目前,这一工艺在欧洲一些国家比较流 旦行,其中,日本、美国等国的一些钢铁生产企业已 。而决定r值的内在因素是金属内部的晶粒取向, eN 经将铁素体区轧制技术成功地应用于工业生产 取向为{111)的深冲性能最好,{110)取向次之, 中_】 ],同时我国的鞍钢和宝钢也开发了铁素体轧制 而{100)取向的深冲性能最差。因此,对于IF 钢而言,为了得到高的r值,就要保证{111)织 收稿日期:2009—04~09;修订日期:2009—07—09 基金项目:山东省计划项目(99);山东省优秀中青年科学家奖 构的充分发展。而大量研究表明[7-83,粗大稀疏的 励基金(9925) 二相粒子形态及均匀细小的铁素体晶粒是保证IF 作者简介:李云(1976一),女,硕士,讲师 钢{111)织构充分发展,获得优异成形性能的重要 电子信箱:annie7088@sina.corn.cn 条件。
第6期 李云:铁素体区热轧工艺对THF钢深冲性能的影响 81 1 实验材料和方法 1.1实验材料 1.2实验方法 对试样用200倍光学显微镜进行金相组织观察, 用扫描电镜、电子探针对实验钢板中析出物进行了 实验用钢为武钢现场生产的rri处理IF钢的热 轧板坯,其化学成分为(质量分数, ):0.oo52C, o.0031N,0.0065S,0.007P,0.0150Mn,0.021Si, 观察和分析。其中扫描电镜的型号为S-57o,测试 条件电压为60 kV。电子探针的型号为JXA-8800。 0.053A1,0.070Ti,其余为Fe。 实验板坯经实验室加热炉加热至1000℃、均热 1 h,从炉中取出待温至设定温度,轧制温度基本设 2 实验结果 2.1微观组织 在200倍光学显微镜下对试样的金相组织进行 定两种,在铁素体区精轧4道次,得到厚度为4 mm 了观察,结果如图1所示。可见,3种试验钢板的 的实验板。同时,为了研究润滑条件的影响,除了 金相组织特征基本相同,都是等轴铁素体晶粒,不 无润滑轧制外,还使用了现场常用的润滑油进行润 同的是它们的晶粒大小及其均匀度。通过对3个试 滑轧制。最后在实验室的保护气氛箱式退火炉中进 样心部的金相组织观察可以得到:2号试样的铁素 行模拟罩式退火,得到所需的3种实验钢板。具体 体晶粒尺寸最大且均匀,3号试样的晶粒尺寸居中 的热轧及轧后卷曲处理工艺见表1。 且均匀,而1号试样的晶粒尺寸最小且不均匀。并 且无润滑轧制的1号试样表面的晶粒尺寸要小于心 表1热轧及轧后卷曲处理工艺 Table 1 Technology of hot rolling and curl 部的晶粒尺寸,而其余的两个试样表面和心部的晶 粒尺寸差别不大。 编号 卷曲工艺润滑遭 ̄次压下…开轧温度终轧温度s/ ……… fd/mm 2.2析出物的扫描观察 图2为Ti(C,N)和A1zO。复合析出的面分布 和电子探针分析。由形貌图可以看出,Ti(C,N) 是由析出物TiC和TiN之间的共溶所致。而Ti(C, N)一A1zO。的复合析出属于外延生长机制。 (a) (b) (c) (d) ‘图1 3种试样的金相组织图 (a)1号试样表面的金相组织 (b)1号试样心部的金相组织 (c)2号试样表面的金相组织 (d)2号试样心部的金相组织 (e)3号试样表面的金相组织 (f)3号试样心部的金相组织 Fig.1 Microstructure of 3 kinds of investigated samples (a) Surface microstructure of sample 1 (b)Centre mierostrueture of sample 1 (c)Surface microstrueture of sample 2 (d)Centre microstructure of sample 2 (e)Surface microstructure of sample 3 (f)Centre microstructure of sample 3 ■■一■■嘲 C6 Ti7l N16 A118 图2 Ti(C,N)和Al203复合析出的面分布和电子探针分析 Fig.2 SEM image and electron probe of complex precipitation
82 锻 压 技 术 第34卷 3 讨论 3.1热轧温度对热轧IF钢组织的影响 切力使材料在热轧之后产生的变形带越密集,退火 时产生的再结晶晶粒的尺寸越细小。从而使得无润 滑轧制试样的表面晶粒尺寸要显著小于心部的晶粒 尺寸。 随着轧制温度的降低,基体组织一铁素体的晶粒 尺寸变小。铁素体热轧时最为突出的微观组织特征 就是变形带的形成,其产生是在铁素体区轧制时, 严重的塑性流变首先诱发晶粒在轧制方向的拉长。 在这个阶段,随位错密度的增加,位错也聚集在某 众所周知,驱动形核和长大的储存能会随着变 形量的增大而增大,从而使得再结晶晶粒的形核率 和长大速度都随之增大。但是,形核率相对于长大 速度来讲,增大的速度要大,所以使得晶粒的尺寸 些区域,形成变形带组织。由于变形带对变形温度 十分敏感,随着轧制温度的降低,IF钢的变形带随 之增加。而热轧后再结晶退火的晶粒尺寸受到变形 带的影响很大,因为再结晶的成核大部分发生在晶 界和变形带处,如果变形带密集,则再结晶成核数 量就多,晶粒长大相对受到限制,晶粒尺寸变小; 变形带少,则成核数量少,晶粒有充分长大的余地, 晶粒尺寸大。所以,随着铁素体区轧制温度的降低, 变形带增加,退火时再结晶提前发生,再结晶晶粒 的形核率随之增大,晶粒长大速度减少,从而使得 再结晶晶粒的形核率与长大速度之比增加,于是表 现为晶粒尺寸随着轧制温度的降低而减小。 3.2压下量和润滑状态对组织晶粒的综合影响 由3个试样的表面和心部晶粒尺寸可以看出: 无润滑轧制的l号试样的表面晶粒尺寸显著小于心 部的晶粒尺寸,而采用润滑轧制的其他两个试样的 表面和心部晶粒尺寸变化不大。这足以说明润滑对 于铁素体晶粒尺寸的影响。 在热轧生产中,一般采用润滑轧制,可大大减 小变形区接触弧面上的摩擦系数和摩擦力,从而降 低SLN压力,保证生产顺利进行;可防止氧化铁皮 对轧辊的磨损,提高轧辊的使用寿命,改善带钢的 表面质量;可使轧件表面保持良好的润湿状态,防 止金属间黏着,从而提高压延效率;并且利用润滑 剂的冷却作用可使轧件最终获得符合质量要求的表 面形状,因此在轧制过程中采用润滑是必须的。研 究结果表明[9],在低温( ̄800℃)铁素体轧制时, 采用有效的润滑可以生产出r值达到2.9的热轧深 冲板。如果没有润滑条件,即使在铁素体区轧制, 热轧板的r值也在1以下。 采用无润滑轧制过程,轧辊和带钢的摩擦使得 带钢表面的变形模式改变,由润滑轧制的纯压缩变 形转变为压缩和剪切变形,从而使得材料的表面产 生剪切织构,降低带钢的r值。并且由于接触表面 上存在很大的剪切力使得轧件表面变形大于心部的 变形,因此表面的晶粒受到较大的剪切力,大的剪 变小。铁素体区轧制产品中最为突出的微观组织特 征就是轧制方向上的变形带,而热轧后的再结晶退 火的晶粒尺寸受变形带的影响很大,所以,变形量 越大,轧制过程中产生的变形带越密集,从而使得 退火再结晶成核数量多,晶粒长大受到限制,使得 晶粒尺寸变小。研究结果表明lg ,在较大压下量时, 热轧板的织构明显以{111)取向为主,{111)织构 取向密度达到了3.29,并且随着轧制温度的降低, {111)织构明显得到加强。 3.3析出物的析出机制 通过扫描电镜和电子探针成分分析发现,析出 物的析出方式有两种,一种为大多数析出物表现的 单独析出,另一种为极少数析出物表现的复合析出。 由形貌和电子探针分析可得,图2为由TiC和 TiN共溶形成的Ti(C,N)内含有一个暗色的“核 心”Al2O3,这说明A1zOs是Ti(C,N)的异质形 核核心。这是由于Al O。是脱氧产物,在炼钢的时 候就已经产生,在它周围由于晶体缺陷多,表面能 大,于是成为优先的形核位置,使得Ti(C,N)在 它周围形核长大。因此结合具体的炼钢和轧制过程 分析,Ti(C,N)粒子可在更早析出的氧化铝外延 生长析出。这种复合析出物,无论是2种或是3种 化合物复合析出,尺寸都较大,由单位晶界面积上 析出物粒子质点对晶界运动的阻力公式F=K・f・ /r(K为常数,_厂为析出物粒子质点体积分数, 为界面能,r为析出物粒子质点半径)可知,这种 尺寸较大的析出物,在再结晶退火过程中对晶界运 动产生的钉扎力减小,不会对{111)取向晶粒的再 结晶长大产生大的阻碍作用。 4 结论 (1)随着铁素体区轧制温度的降低,变形带增 加,退火时再结晶提前发生,再结晶晶粒的形核率 随之增大,晶粒长大速度减少,从而使得再结晶晶 粒的形核率与长大速度之比增加,于是表现为晶粒 尺寸随着轧制温度的降低而减少。
第34卷第6期 锻 /{[、技 ’ 2009年12月 Vo1.34 No.6 FORGlNG&STAMPING TECHNOLOGY Dee. 2009 汽车覆盖件内凹圆弧翻边仿真与变形控制研究 韩东风 ,林建平 。陈水生 ,管华军 (1.同济大学机械工程学院,上海201804;2.上海大众汽车有限公司,上海201805) 摘要:分析了汽车覆盖件圆弧曲面不光顺发生区域的几何特征,指出内凹型翻边是缺陷产生的原因。提取了内凹翻 边的几何模型并利用板料成形仿真软件ETA/Dynafotin对翻边成形过程进行仿真,结果表明,翻边时圆弧过渡区 受周向的剪应力,这个剪应力是圆弧不光顺产生的诱因。通过改变翻边几何参数和工艺参数得到了这些因素对圆 弧不光顺的影响规律,结果表明:随着动模圆角半径和翻边高度的增大,圆弧不光顺有加重的趋势;减小定模圆角 半径、动定模间隙、翻边轮廓圆弧半径和摩擦系数可以改善圆弧不光顺。 关键词:翻边;圆弧曲面不光顺;工艺参数 DOI:10.3969/j.issn.1000—3940.2009.06.022 中图分类号:TG386.3 文献标识码:A 文章编号:1000-3940(2009)06-0083-05 Numerical simulation and deforming control of concave curvature flanging in automobile panels HAN Dong-feng ,LIN Jiawping ,CHEN Shui-sheng ,GUAN Hua-jun2 (1.College of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China; 2.Shanghai Volkswagen Co.,Ltd.,Shanghai 201805,China) Abstract:By analyzing the geometry of the forming part,it is figured out that concave curvature flanging causes the uneven arris.The geometry of concave curvature flanging in flat plane was abstracted and the flanging process was sim— ulated with sheet-metal forming FED codes ETA/Dynaforr ̄Result shows that the circumferential shearing stress in the arris region causes the defect.Then the process parameters were studied and several rules were concluded that une— yen tendency increases with increasing radius of punch and the flanging height,while the defect can be reduced by de— creasing the radius of die,clearance,flanging contour curvature and the friction coefficient. Keywords:deforming control;uneven flanging arris;process parameter 汽车覆盖件包括拉深、切边、翻边3个基本工 序,其中翻边工序一般位于成形的最后阶段,对零 件的最终质量有重要的影响。汽车外覆盖件上具有 收稿日期:2009—04—18;修订日期:2009—06-18 大量的翻边特征,对零件进行翻边一方面可以获得 作者简介:韩东风(1984一),男,硕士 较光顺的边缘,另一方面能够提高零件的刚度,使 电子信箱:yhhandf@yahoo.com.cn 其在复杂的工作条件下有足够的刚性来抵御塑性变 (2)由于接触表面上存在很大的剪切力使得轧 艺试验研究l_J].轧钢,2004,21(2):7—9. 件表面变形大于心部的变形,从而使得无润滑轧制 [4] Martinez V J,Verdeja J I,Pero-Banz J A.Interstitial free steel:influence of phase hot—rolling and cold-rolling reduction 试样的表面晶粒尺寸要显著小于心部的晶粒尺寸。 to obtain extra-deep drawing quality.Materials Characteriza— (3)析出物的析出方式有两种,一种是单独析 tion,2001,46:45—53. 出,另一种是复合析出。而Ti(C,N)一AIzOs的复 [5] Perry A C,Thompson W,Speer J G.Physical metallurgy of ferritic hot rolled low carbon steel EJ;.Iron and Steel 合析出属于外延生长机制。 Maker,2000,27(9):47—57. [6] 王昭东,郭艳辉,赵忠,等.应用铁素体区热轧工艺开发超 参考文献 低碳热轧深冲板FJ].东北大学学报:自然科学版,2005, 26(8):747—750. [1] McManus GJ,Writer F.Ferrite rolling of hot rolled sheet: [7] 商建辉,王先进,蒋冬梅,等,卷取温度对Ti-IF钢第二相 successful use of new technology could open doors EJ2.Steel 粒子及晶粒尺寸的影响LJ].钢铁,2O02,37(3):43. Engineer,l995,72(8):53—54. [8] Barnett M R,Jonas J J.Influence of ferrite rolling tempera— [2] De Paepe A,Herman J C,Vincent I .Deep drawable ultra ture in microstructure and texture in deformed low C and IF 1OW carbon Ti IF steels hot rolled in the ferrite region I J 1. steels J.ISU Int.1997,37(7):697. Steel Researeh,l997,68(¨):479—486. [9] 王作成,关小军.轧制温度对热轧无问隙原子钢性能与织构 [3] 宁宇,王昭东,王国栋,等,Nb+Ti IF钢铁索体区热轧【 的影响EJ].山东工业大学学报,1999,8(4):360—365.
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