IF钢的生产现状 吴志巍 0876105342副本Word文档格式.docx

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Keyword：

IFsteel;

productiontechnology;

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Existingproblem;

Development

目录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

1IF钢的简介1

2IF钢的生产工艺1

2.1冶炼2

2.2热轧工艺2

2.3冷轧工艺3

2.4退火工艺4

2.5平整4

3IF钢国内外生产研发和发展状况4

4生产过程中的不足6

4.1二次加工的脆性问题未能很好的解决6

4.2IF钢的性能稳定性和性能分散度的不足7

5结语7

参考文献8

1IF钢简介

IF钢（InterstitialFreeSteel），又叫无间隙原子钢，是继沸腾钢和铝镇静钢之后自动化工业广泛应用的又一代深冲用钢。

IF钢的出现最早可追溯到1960年，日本的一位薄板研究员在一个很偶然的机会成功的开发了这种特殊结构的钢。

IF钢的特点是含碳量很低，加入Ti和Nb之后，形成Ti和Nb的C、N化合物。

由于钢中无间隙原子，而使其具有优异的深冲性能：

高塑性应变比、高延伸率、高硬化指数，以及较低的屈强比，并具有优异的非时效性。

因此被誉为第三代超深重用钢。

深冲钢按冲压级别可分为商用级（CQ）、普通冲钢级（DQ）、深冲压级（DDQ）、特深冲压级（EDDQ）和超深冲压级（SUPER-EDDQ）。

他们分别同深冲钢的几个发展阶段相对应。

深冲钢的第一代产品的开发和应用时20世纪50-60年代的普通沸腾钢，只能用于普通深冲件；

低碳铝镇静钢为第二代产品，产生于20世纪60-80年代，具有较好的深冲性能；

20世纪80年代以后出现了以IF钢为代表的第三代超低碳超深冲钢。

另外IF钢也可以根据屈服强度来划分：

第一类为高成型性软钢，其屈服强度接近150Mpa；

另一类为高强度型IF，其屈服强度约为20Mpa。

获得较高强度的方法有两种：

一种通常基于磷的固溶强化，而第二种则是未稳定化的涂漆烘烤硬化钢[1]。

目前，世界上许多的著名的钢铁公司对IF钢的研究和生产技术都很重视，如：

日本的川崎、新日铁美国的Armco.Inland，德国的Thysscn.Hmch等。

IF钢的生产已成为一个国家汽车用钢板水平的标志。

IF钢的年世界产量已经超过1500万t。

外国的经典牌号如SPCE及STL4也采用了IF钢。

我国宝钢于1990年试制成功IF钢。

截至2003年，我国的IF钢的产量已达到50万t。

虽然我国的IF钢的生产总量在逐步增加，但性能于日本、比利时等西方国家相比，还有很大的差距。

2IF钢的生产技术

与一般的深冲钢相比，IF钢的含碳量极低，使钢中难以出现渗碳体，保证了IF钢的基体为单一的铁素体。

铁素体有很好的塑性，从而保证了IF钢具有优良的深冲性能。

一般的深冲钢的时效期为3个月，主要是这种钢中存在着碳、氮等间隙固溶体，而IF钢的组织中存在着微量的碳氮化合物，避免了间隙固溶原子，因此IF钢中没有时效性。

IF钢组织中的碳氮化合物是由加入微量的钛和铌而形成的，所以从分类上说，IF钢是微合金化超深冲钢。

为了获得优异的深冲性能。

IF钢三个因素最为关键：

①发展强的{111}退火织构，以获得高的深冲性（r）；

获得足够粗大均匀的铁素体晶粒，以获得低的RsRb和高的加工硬化指数（n）；

③控制第二相粒子（碳、氮化物）的析出。

以控制时效效应，改善塑性。

每个工艺过程对IF钢性能的影响也是不同的，按影响的大小依次是冶炼、退火、热轧、冷轧。

各个过程的技术要点如表1所示[2]。

表1IF钢的生产工艺要点

Table1IFsteelproductiontechnology

影响程度

冶炼

→热轧

→冷轧

→退火

技术要点

超低碳钢

微合金化

钢质纯净

均匀细小的铁素体晶粒

粗大稀疏的二相粒子

尽可能大的冷轧压下率

再结晶晶粒粗大

发展再结晶织构

IF钢的生产工艺流程为冶炼（铁水脱硫→复吹转炉→RH/TB真空精炼→板坯连铸）→热轧→冷轧→退火→平整。

生产过程的每一步工序，都对IF钢的性能产生影响，为了获得优异的深冲性能，应对每一步工序进行严格的控制[11]。

2.1冶炼

目前，IF钢的冶炼主要遵循铁水脱硫→复吹转炉→RH/TB真空精炼→板坯连铸的工艺路线进行。

采用钝化的活性炭和喷吹金属镁粉进行脱硫，经脱硫后的铁水送进转炉时的要求S＜0.003％。

采用全过程底吹氩气，采用精料废钢及活性炭冶炼。

出钢过程不脱氧，只进行锰合金化处理并用无碳包衬的钢包装钢水。

精炼工序的最主要任务是使钢水清洁化，对钢水的夹杂物形态以及偏析进行控制。

我国IF钢的生产企业通常采用顶吹氧循环式真空脱气，并施以轻处理和深度处理形结合的方法。

脱碳过程中，钢水在RH真空精炼后采用大泵抽真空，之后采取进一步降低真空PCo分压以及钢液循环等方法进行深度脱碳[4]。

2.2热轧工艺

热轧工艺的选定应利于热轧板中Ti、Nb碳氮化合物的析出，粗化及热轧板铁素体晶粒的长大。

由于在铸坯冷却过程中就可能有Ti、Nb碳氮化物析出，因此热轧均热温度不宜过高，以免他们重新溶解。

相反，低的均热温度会使Ti、Nb碳氮化物在热轧前和热轧过程中进一步析出或粗化，从而有利于热轧板铁素体晶粒的长大。

但若钢中Al含量在0.02-0.07wt％范围内，且不希望热轧板中析出AIN粒子，则均热温度应高些。

前者的均热温度可选为1050-1100℃，后者的均热温度可选为1100-1200℃。

若热轧终轧温度选在奥氏体区，则因轧制过程中间隙原子未被充分固定，所以一般应采取高温卷取，以做到这一点。

若终轧温度较低，则卷曲温度也可以相对降低。

含磷的IF钢，一般采用低温卷曲，以免磷粒子析出；

加Al在0.02-0.07wt％的IF钢，如冷轧后采用罩式炉退火，热轧时也宜低温卷曲，以免ALN在热轧板中析出。

增大热轧压下量和变形速率，都可使Ti、Nb碳氮化物加速析出与粗化。

热轧板的组织和析出物的形态对IF钢的最终性能有很大的影响。

热轧得到细小均匀的铁素体组织和粗大的析出物有利于r值和塑性的提高；

细小弥散的晶粒阻碍再结晶和晶粒长大，对r值不利。

当成分不变时，热轧板的组织和析出物形貌取决于热轧参数。

坯加热沮度、高温终轧、终轧后快冷、增大热轧压下率、增大变形速率、高温卷曲等都有利于提高IF钢的深冲性能[3]。

2.3冷轧工艺

一次冷轧主要控制总压下率。

随着冷轧总压下率的增加,塑性应变比r值增加,但当总压下率达到75%左右时,r值不增加反而下降,即IF钢的r值随冷变形量的增加会达到一个峰值,随后加大冷变形率,将使r值降低。

所以,一次冷轧的总变形率应控制在80%以内[5]。

采用两次冷轧技术,在总压下率一定的情况下,两次冷轧压下率的分配是影响IF钢深冲性能的关键。

实测轧制试件的r值,得出在总压下率一定时,两次冷轧比一次冷轧的塑性应变比r值要高;

同时得出二次冷轧生产时,一次冷轧阶段的压下率较小,二次冷轧阶段的压下率较大时,可使r值提高;

如果冷轧总压下率适当提高,也可使r值提高;

两次冷轧压下率均为75%时,r值可达3_2以上。

经两次冷轧及两次退火后,IF钢的深冲性能获得了明显的良性遗传,在应变硬化指数n有所提高的情况下,塑性应变比r超出一次冷轧工艺相应值的30%左右[6]。

冷轧工艺中影响最终性能的是冷轧压下率。

若没有冷扎变形，就不会有退火过程的再结晶。

从而也就无法获得较强的{111}有利织构和高的r值。

因此，在适当的成分和合理的热轧之后。

保证充分的冷轧压下量是获得高的r值的重要条件。

IF钢r值随冷轧压下率的增加而单调增加。

直至压下率高达90%在实际生产中，为了获得高的r值普遍采用大于75％的冷轧压下率。

但由于设备能力所限，压下率一般不超过85％[7]。

2.4退火工艺

退火对IF钢最终的成形性能产生关键的影响。

因为退火工艺参数的变化对再结晶织构的演变起关键的作用。

目前冷轧后可通过3种途径实现IF钢的再结晶退火：

（1）连续热镀锌；

（2）连续退火；

（3）罩式退火。

早期IF钢主要采用罩式退火,随着连续退火和连续热镀锌技术的发展,目前国外IF钢趋向于采用连续退火,特别在日本。

采用连续退火或连续热镀锌,可使IF钢各部分组织性能均匀,表面质量更好,并能很方便地控制退火工艺参数,但由于其初期投资大,因此目前国内主要以罩式退火为主[9]。

退火工艺对IF钢的性能有重要的决定性影响。

由于在退火过程中要完成铁索体再结晶及晶粒长大和发展再结晶织构。

所以退火直接决定了钢板的深冲性能。

大部分的研究表明：

随着退火温度的提高。

IF钢的r值升高。

北京科技大学马衍伟教授等研究发现：

退火不充分时。

IF钢的深冲性能指标r值较低。

提高均热温度均热时同都使r值增加。

其中，温度影响更为明显。

在一定成分、冷轧组织条件下控制退火工艺是获得{111}〈110〉，{111}<

112>

织构．以获得最佳深冲性能的最重要的也是最后一个环节。

冷轧以后的IF钢可以经过三种途径完成再结晶：

连续热镀锌、连续退火、罩式退火。

不论采用什么样的退火工艺制度，必须保证再结晶的充分[8]。

2.5平整

由于IF钢中的C、N间隙原子已被固定住，所以钢板不存在屈服点延伸，也无应变时效，本不需要平整，但实际进行0.5％的轻微平整（比低碳铝镇静钢的0.8-1.5％平整量小），以改善冷轧板的粗糙度和平直度[8]。

3IF钢的国内外生产研发和发展概况

超低碳无间隙原子钢（IF钢）中的C、N被超过化学当量比的Ti和Nb稳定，所以IF钢不但具有优良的拉伸性能和优异的成型性能，而且还具有无时效性能，非常适合用作汽车的钢板。

IF钢覆盖了目前汽车用钢板强度的大部分级别。

IF钢的出现扩大了深冲钢板的使用范围，归纳起来其发展方向为：

以减重节能为目标的高强度钢板系列；

以提高成型性能为目标的深冲钢板系列；

以提高防腐能力为目标的镀层钢板系列[8]。

表2列出了IF钢应用的例子。

表2IF钢的应用举例

Table2　ApplicationexamplesofIFsteel

汽车

组别

暴露部分

非暴露部分

其他

软钢

高强度

深冲压

冲压级

深冲级

优良冲压级

超深冲压级

35K

40K

45K

车顶、外门、外挡板

后躯、车顶

后躯、正挡板

外侧梁

外车盖、外挡板

前保护板

后覆盖件

内热板、内车盖

尾断板、侧梁

油底壳、挡泥板

油底壳、内轮箱

横梁

加强板

加强板、侧梁

音频设备

室内泵

微波炉

发动机盖

音响座架

世界上许多大钢铁公司都对IF钢进行研究和开发。

例如，日本的川崎、新日铁；

美国的Armco.Inlan；

德国的Thyssen.Hoesch等。

研究的主要内容有：

IF钢的化学成分、轧制工艺、退火制度对深冲性能的影响，组织结构形成机理、强化机理、析出物形态、加工脆性、相变机理等，计算机模拟IF钢加工过程的性能及组织结构，这些研究工作对IF钢生产具有重要的指导作用。

在日本、北美和欧洲,高强度IF包括冷轧退火和热镀锌钢板已经被广泛的工业化生产；

同时要求力学、成形性能和表面质量的热镀锌钢板的强度水平均已达到440MPa级别。

而且在满足强度要求的同时,其深冲性能不断提高,以满足汽车工业对材料要求日益增长的需要[9]。

随着对薄规格热轧带钢产品的需求的增加，有可能使热轧过程在较低温度下进行，温度降低到一定的程度后铁素体大量出现，从而进入温轧状态。

在传统的奥氏体区热轧基础上，许多学者对铁素体区轧制进行了讨论，在铁素体区轧制不仅在工艺上可行，而且经随后的冷轧及退火在成品组织结构上表现为强烈的﹛111﹜退火组织结构，使材料具有良好的深冲性能。

低碳钢铁素体区热轧霍称相变控制热轧正逐渐被用来生产超薄钢板以替代传统的冷轧退火工艺。

铁素体区热轧与冷轧工艺相比较，提高了生产效率、降低了能耗、提高了产品的表面质量。

目前在国内,在高强度IF的生产中,国内可以批量供应340～440MPa级别深冲冷轧钢板；

强度级别小于390MPa热镀锌深冲钢板。

其主要用途是外板和内板以及车身覆盖件,以达到零件减薄和提高抗凹陷性的目的。

但是,在高强度IF钢的生产方面,国内与国际大型汽车板生产企业相比,存在许多不足之处。

国内高强度汽车板产量少,尤其是轿车用深冲高强度涂镀板等目前仍以进口为主,而且性能也很不稳定,并且钢板表明缺陷较多[10]。

目前，我国的汽车板IF钢生产已初具规模，已经能够生产全部普通强度＜180Mpa的CQ级、冲压DQ级和深冲DDQ级，并试制了EDDQ和SEDDQ级IF钢汽车板及一些高强BH钢，含磷RP钢等。

2000年我国汽车工业约需求70万吨热轧板。

冷轧薄板可分为低碳深冲板、宽面冷轧薄板（05板）、超深冲IF钢板。

宝钢开发的IF钢系列产品,Ti—IF钢的性能达到DDQ级、EDDQ级水平,可满足大部分难冲件的要求。

以Ti为主复合添加微量Nb的Ti+Nb—IF钢,性能可达S-ED2DQ级水平,并可用深冲电镀锌和深冲热镀锌的基板。

但是，在高强度的IF钢的生产方面，国内与国际大型汽车板生产企业相比，存在许多不足之处。

国内高强度汽车板产量少，尤其是轿车用深冲高强度涂镀板等目前仍以进口为主，而且性能也很不稳定，并且钢板表面缺陷较多。

总之，国内现有的高强度IF钢板在品种、质量和数量上都还需要大量的改进[11]。

4发展过程中的不足

与日本新日铁、德国蒂森、欧洲阿赛洛等世界著名的汽车板生产企业相比,我国IF钢汽车钢板无论在实物的表面质量和内在质量上仍然存在一定的差距,尤其是性能指标的稳定性上表现较突出,所以质量异议时有发生。

4.1二次加工的脆性问题未能很好解决

二次加工脆性是钢板冲压成型后,工件在冲击应力的作用下抵抗开裂的能力。

IF钢二次加工脆性的产生是因为IF钢中由于碳氮被固定,晶界清洁,P有偏析的倾向,由于IF晶界上没有固定的碳和氮,因而晶界强度极低,极易产生断裂,尤其是在冷加工后这种趋势更加强烈。

为解决IF钢二次加工脆性,提高IF钢性能,已有多方面的研究,但至今仍然未解决。

由于IF钢的晶界呈清洁状态,P有偏析的倾向,晶界强度很低,抵抗开裂的能力不强。

工件在冲压应力的作用下容易产生开裂,为很好地彻底解决IF钢的二次加工脆性问题,各生产企业和研究单位都在进行各种技术攻关,并期望能找到突破性的解决办法[12]。

4.2IF钢的性能稳定性和性能分散度方面的不足

IF钢作为深冲压件的原料,主要用于冲制形状特别复杂及拉深系数大的冲压件生产,要求冲压用板料各处的性能均匀,且通常冲压工艺及冲模不会经常修改,因此要求IF钢的性能稳定但由于我国目前各生产企业生产IF钢的冶炼技术工艺、轧制技术工艺、退火技术工艺等尚存在着不同程度的问题,所以导致IF的性能稳定性和性能分散度方面的不足[13]。

5结语

以无间隙原子（IF）钢为代表的超低C深冲钢是目前冲压性能最优异的汽车用钢板。

称为第三代深冲板目前IF钢不但生产冷轧和热轧钢板，而且包括镀锌钢板、高强度钢板、隔音钢板等。

20世纪90年代以来,随着冶金生产技术的进步和汽车工业的发展,IF钢得到了迅速发展。

以IF钢为基础发展起来的深冲热镀锌IF钢板、深冲高强度烘烤硬化板等系列,已形成了第三代汽车冲压钢板[14]。

我国IF钢的发展,经历了从沸腾钢、低碳铝镇静钢到微合金化钢,从低深冲到高深冲,从低强度到高强度,从氮氧罩式炉退火到全氢罩式炉退火的发展过程。

经过多年的努力,工艺技术越来越优化,产量越来越高,性能越来越稳定,已成为高等级汽车用板的主要品种之一。

IF钢也是目前深冲性能最好的一类钢，它综合利用了炼钢，轧钢以及物理冶金等专业的新技术、新成果，他的生产标志着一个国家汽车用薄板的生产水平，值得我们一些研究工作者重视。

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