韩孝永
(宝钢集团梅山钢铁公司技术中心，江苏南京210039)
摘要：介绍了超低碳IF钢中合金元素的作用、铁素体区轧制的优点，并对铁素体区轧制时变形温度、压下量、润滑条件及退火工艺对板卷深冲性能的影响进行了分析。
关键词：铁素体区轧制；IF钢；深冲性能
中图分类号：TG335．56 文献标识码：A 文章编号：1003-9996(2007)04-0048-03
Rolling of IF Steel in Ferrite Region
HAN Xiao-yong
(Meishan Iron and Steel Corp．，Baosteel Group，Nanjing 210039，China)
Abstract：Functions of alloying elements in ultra low carbon IF steel and advantage of ferrite rolling are introduced．The influences of deformation temperature、rolling reduction、lubrication and annealing process on
deep stamping property of coil are analyzed．
Key words：ferrite rolling；IF steel；deep stamping property
1 前言
IF钢又称“无间隙原子钢”，由于钢中没有间隙固溶的C、N原子存在，因此该钢具有优良的深冲性能和非时效性。IF钢在成分上的特点是超低碳，微合金化，基本无C、N间隙原子，钢质纯净。按添加元素的不同，IF钢被分为3种：单一添加钛的Ti-IF钢，单一添加铌的Nb—IF钢和同时添加钛和铌的Nb+Ti-IF钢。
铁素体区轧制，就是利用带钢在铁素体区变形抗力较小的特点，进行低温轧制，近距离卷取。在铁素体区轧制的带钢抗拉强度和屈服强度低，伸长率高，而且因其要求的轧制温度低，非常有利于生产薄规格的对深冲性能要求较高的产品。
2 IF钢中合金元素的作用
IF钢中，C、N含量对IF钢的性能尤其是深冲性能影响较大，降低钢中的C、N含量可提高IF钢的塑性应变比r值。若C原子间隙固溶在钢中，将会严重损害IF钢的r值，而钢中固溶的N原子不仅损害IF钢的r值，而且会引起明显的应变时效，所以在生产IF钢时应尽量降低钢中的C、N含量。
Ti、Nb在IF钢中，通过与C、N结合形成弥散分布的细小化合物，降低固溶状态存在的C、N原子，从而提高r值。但Ti、Nb加入过多时，除形成C、N化合物外9多余的Ti、Nb则作为置换原子固溶于IF钢的基体中，从而对晶界产生拖拽作用阻碍再结晶进行，使r值下降。
Mn、Si、P等元素在IF钢中通过固溶强化可提高钢的强度，其中P是强化效果好、价格低廉的添加元素；但其含量较高时，超低碳钢有发生冷加工脆性的倾向，由于P易在晶界发生偏析使晶界脆化，因此，可向钢中加入B，B将在晶界处快速偏析而引起强化，同时可抑制P的晶界偏析。
3 铁素体区轧制的优点
IF钢相变点很高，Ar3超过900℃。为避免在两相区终轧对板卷的性能造成不利影响，粗、精轧都必须控制在奥氏体区。为此，必须采用较高的开轧温度以保证终轧温度在Ar3以上，但较高的终轧温度又会降低IF钢的塑性应变比r。而采用铁素体区轧制技术，粗轧虽然在奥氏体区，但精轧则控制在铁素体区，因而可以大幅度地降低开轧温度和终轧温度，从而提高钢的各项性能指标。与传统轧制工艺相比，铁素体区轧制的优点主要有：
(1)可避免在两相区终轧，从而提高板卷的综合性能。
(2)可降低板坯的加热温度，这不仅节约能源，还可提高产品质量。因为铁素体区轧制比常规轧制的开轧温度低，从而可降低板坯的加热温度。低的加热温度能减少细小弥散的第二相粒子的形成，从而降低再结晶温度，对产品性能有利。
(3)可提高成材率。因为较低的板坯加热温度，可使板坯的烧损和氧化铁皮量减少，从而提高了成材率。
(4)精轧温度控制在铁素体区，降低了轧制负荷。因为铁素体和奥氏体的晶体结构不同，体心立方结构的铁素体晶体滑移系较面心立方的奥氏体晶体滑移系多，因而在一定温度范围内容易变形，从而降低了变形抗力。
(5)可提高轧辊的使用寿命。较低的轧制温度可降低轧辊的热负荷。另外，变形抗力减小和润滑措施等也减轻了轧辊的磨损，从而延长了轧辊的使用寿命。
(6)可提高板卷的深冲性能，部分取代冷轧板。传统生产工艺热轧后因相变过程的存在无法形成有利于深冲性能的{111)／／ND织构，而铁素体区轧制精轧在相变后进行，因而能在热轧板中形成对深冲性能有利的{111}／／ND织构，从而使热轧板具有良好的冲压性能。
4 铁素体区轧制工艺对深冲性能的影响
4．1变形温度
在铁素体区轧制IF钢时，降低轧制温度，有利于{111)织构形成，从而可提高r值，因为较低的变形温度会减小应变硬化指数和应变速率敏感指数，有利于晶内剪切带形成，而晶内剪切带有利于{111)织构的再结晶形核。
变形温度对{111)／／ND织构的影响与C的固溶量及第二相粒子的状态有关，IF钢的铁素体区温度小于850℃，在该温度以下的不同温度范围内，C的固溶量不同，从而对{111)／／ND织构的形成有不同的影响。
在850～750℃内，IF钢中有固溶的C存在，其对晶界的移动具有较强的钉扎作用，不利于晶界附近滑移系的滑动和晶界附近晶体的转动，进而影响(111)／／ND织构的形成，从而影响板卷的深冲性能。
当温度降到750℃以下时，IF钢中的C以第二相碳化物的形态存在，此时不存在固溶状态的C，但是以碳化物形式存在的第二相的类型、大小、数量、分布状态等对{111)／／ND再结晶织构的形成又有重要影响。为使IF钢轧后获得均匀、细小的铁素体晶粒和稀疏、粗大的第二相粒子，可采用低的轧制温度，因其有利于IF钢第二相粒子的析出，促进晶粒细化及第二相粒子在卷取后粗化；具有粗大第二相粒子的IF钢晶界较易迁移，因而容易形成{111)／／ND织构，从而提高了r值。所以，IF钢的终轧温度应控制在750℃以下。
4．2压下量
在轧制IF钢的过程中，有利于深冲性能的{111}取向织构随轧制压下率的增大变化不太明显，再结晶后，随轧制压下率的增加{111)织构则迅速增加。因为经铁素体区变形后IF钢的再结晶过程中，在{11t}(112)附近的{111)／／ND取向织构会显著加强。另外，变形量增加，会产生尺寸更加细小的铁素体组织，可以显著提高r值。为此，一般认为，要得到良好的深冲性能，铁素体精轧压下率应大于75％，因为大的压下量能促进铁素体的再结晶形核，所以大压下量轧制时{111)织构密度增加。
4．3润滑条件
轧辊和轧材之间的摩擦系数相对较大，从而在轧材表面形成剪切应变，二者的摩擦系数越大，轧材表面形成的剪切应变越大。大的剪切应变导致生成平行于轧材表面的{110}织构，从而降低板卷的r值。这种剪切应变在板卷整个厚度方向上呈不均匀分布，因而生成的织构分布也不均匀，越接近板卷表面，平行于表面的{110)织构越多。这种板卷厚度方向上的织构不一致，将对板卷的r值产生不利影响。为此，轧制时必须加以润滑，以减小轧辊和轧材之间的摩擦，从而降低剪切应变和不均匀变形的产生，以保证整个板卷板厚方向上的织构均匀一致。
4．4 退火
铁素体区精轧后得到有利取向的晶粒通过退火再结晶可生成有利于r值的{111)织构，退火过程中，必须保证充分的再结晶。如果不进行退火处理，在铁素体区精轧时不管是否有润滑，板卷的r值均较低，但退火再结晶后。r值则有较大提高，并且精轧时经过润滑的板卷其r值明星较高。
5 应用实例[1]
鞍钢利用铁素体区轧制技术生产超深冲Nb+Ti—IF钢，轧制在热轧带钢厂1780mm机组上进行，化学成分见表1，板坯规格为：230mm×1280mm×9600mm，成品规格为：5mm×1265mm。
5．1工艺控制
主要工艺参数的确定；出炉温度(1070±20)℃，粗轧出口温度(900±20)℃，精轧入口温度(840±20)℃，终轧温度(760±20)℃，卷取温度≥670℃，加热时间为170min。中间坯在延迟辊道上摆动待温，达到开轧设定温度后进入精轧，7机架热轧润滑全部投入，精轧结束后不进行退火直接卷取，待钢卷冷却后，在其头、中、尾部分别取样进行力学性能、金相组织等检验。
尽管铁素体区轧制比常规轧制的轧制温度低，但在压下率相差不大情况下，由现场实测数据可看出，在铁素体区轧制时，精轧各机架的轧制力、扭矩、功率均小于常规轧制的测定值，现有的机械设备完全可满足铁素体区轧制的工艺要求。
5．2力学性能和金相组织
轧制后分别对卷取温度较高(720℃)的2号卷和卷取温度较低(670℃)的4号卷的头、中、尾部取样，进行常规力学性能检验，结果见表2。卷取温度较低的4号卷全卷性能均匀，但强度偏高，伸长率偏低；而卷取温度较高的2号卷，其中部的性能较好，而头、尾部性能偏差较大，这是由于带卷头尾在卷取过程中冷却速度过快所致。
对应力学性能检验部位取样，进行金相组织检验。结果表明：卷取温度较高的2号卷，其中部的显微组织为晶粒较大的再结晶铁素体；而卷取温度较低的4号卷，其显微组织为纤维状铁素体+少量再结晶铁素体。这说明卷取温度低时，卷取后的钢卷内部组织大部分呈轧制态，没有发生完全再结晶，而低的板坯加热温度和轧后高温卷取则有利于得到粗大的再结晶铁素体晶粒，从而提高深冲性能。
由检验结果可以得出：IF钢铁素体区轧制后直接高温卷取有利于提高钢材的伸长率，并且卷取温度对产品性能的影响相当显著，卷取温度高的2号卷中部具有粗大的晶粒和很高的伸长率(达53％)，因此必须对精轧过程的速度制度、冷却工艺等进行合理控制，尽可能地提高板卷的卷取温度。
6 结语
近年来超薄规格的热轧板卷在汽车等行业得到了广泛应用，人们迫切需要生产更多更薄的热轧板卷，并要求其具有冷轧板卷的性能。为此，对铁素体区轧制进行了广泛研究，尤其是用来生产超低碳的IF钢。IF钢铁素体区轧制，不仅可以降低成本、简化程序、节约能源，而且可以提高生产效率及其产品质量，产品可以部分替代或完全替代冷轧产品。因此，IF钢铁素体区轧制工艺将获得广泛的应用。
[参考文献]
[1]宁宇，王昭东，王国栋，等．Nb+Ti-IF钢铁素体区热轧工艺试验研究[J]．轧钢，2004，21(2)：7—9．
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