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CSP流程铁素体轧制关键技术及材料软化机理研究

胡学文  
【摘要】:薄板坯连铸连轧技术(CSP,Compact Strip Production)以短流程、自动化水平高、节能减排、产量高以及生产稳定等特点在国内外钢铁企业得到广泛应用。低碳钢SPHC产品通过热轧、冷轧以及后续的退火工艺生产,可以用作冲压件的材料。而目前该钢种的热轧板在CSP生产线上的生产主要采用奥氏体轧制,用作冷轧基料具有相对高的屈服强度,限制了其应用的范围。本文基于CSP流程生产低碳钢SPHC,研究铁素体轧制工艺在热轧中的应用,针对材料在铁素体轧制条件下的基本特性规律以及铁素体轧制和奥氏体轧制热轧、冷轧、罩式炉退火(罩退)和连续炉退火(连退)工艺条件下的组织性能对比开展研究,揭示铁素体轧制的关键技术以及其软化机理,实现低碳钢SPHC铁素体轧制在CSP流程上的应用。材料的基本特性参数是指导热轧过程中工艺参数制定的主要依据。本文通过SPHC低碳钢热模拟实验模拟奥氏体区粗轧后的冷却过程以及变形过程,得到SPHC钢的Ar3和Ar1分别为873℃和796℃,变形抗力达到最低点温度为820℃。SPHC钢在850℃~775℃的温度区间内,即两相区的低温区和铁素体单相区的高温区,铁素体难以发生动态再结晶,晶粒明显粗化。通过对比分析SPHC钢铁素体轧制和奥氏体轧制的热轧、冷轧和退火产品组织性能特点得出,采用铁素体轧制工艺,终轧温度为780℃左右时,相比于奥氏体轧制,热轧板的屈服强度降低了 72MPa,伸长率和n值略有增加。铁素体轧制罩退板的屈服强度均值和抗拉强度均值比奥氏体轧制的罩退板分别降低了 44MPa和28MPa,伸长率和n值差异不大,强度的差异主要来源于晶粒尺寸大小的不同。相对于奥氏体轧制连退板,铁素体轧制连退板屈服强度均值和抗拉强度均值分别低了 15MPa和4MPa;伸长率和n值两者均差异不大,强度差异的减小主要来源于晶粒尺寸大小差异的减小。铁素体轧制后SPHC热轧板中形成了较强的{001}110织构,相对于奥氏体轧制,r值从0.96降低至0.67。冷轧后有利织构{112}110和不利织构{001}110的取向分布密度比热轧时均明显提高,热轧的不利织构在冷轧后得到遗传。经冷轧罩退后两种热轧工艺下获得罩退板的取向均以{111}110为主,奥氏体轧制罩退板的织构比铁素体轧制的更强,因此r值高于铁素体轧制罩退板,热轧不利织构在罩退后遗传较少。相对于罩退板,连退板中存在较弱的{111}织构,铁素体轧制连退板中依然存在{001}不利织构,使其r值低于奥氏体轧制连退板。通过对铁素体轧制工艺条件下热轧和冷轧退火产品的研究,阐明了铁素体轧制对材料的软化作用机理:通过理论计算可知,铁素体轧制热轧板屈服强度降低的主要贡献为晶粒尺寸的粗化,达到86%,其次是位错密度的降低,占14%。铁素体轧制时,应控制精轧处于两相区低温区及铁素体单相的较高温度区。在此温度下,晶粒难以通过动态再结晶细化,铁素体晶粒尺寸明显变粗,在该温度下变形时的变形抗力也显著降低。经过高温卷取,轧后形成的形变铁素体晶粒发生回复或静态再结晶和晶粒长大,使晶粒尺寸进一步增大,同时位错密度降低。阐明了铁素体轧制对成形性降低的作用机理:SPHC钢要900℃和870℃变形织构主要为{111}有利织构和奥氏体动态再结晶产生的{001}不利织构;在850~800℃区间变形为较强的{001}不利织构;在750℃变形时,存在少量的{001}不利织构,由于铁素体发生了部分动态再结晶,形成了较多{111}有利织构。热轧不利织构的存在导致产品r值的降低,并且会遗传到后续冷轧、退火过程。提出了铁素体轧制工艺参数的优化工艺关键参数为铁素体轧制工艺的终轧温度,应保证精轧过程处于两相区和铁素体单相区的高温段。SPHC钢铁素体轧制工艺实践效果表明,SPHC钢铁素体轧制热轧板相对于奥氏体轧制热轧板,强度下降明显,平均Rp0.2=29MPa,降低24%;平均Rm=331MPa,降低15%;平均伸长率为33%,提高20%;平均n值为0.22,提高20%;平均r值为0.72,降低32%,同时,氧化铁皮厚度降低31~35%。铁素体轧制热轧板屈服强度的降低,使冷轧过程的轧制力明显减小,冷轧极限压下率高于奥氏体轧制热轧板,可轧厚度由0.44mm降低至0.33mm以下。


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