汽车用DC06钢种的成分与工艺设计.docx

1、汽车用DC06钢种的成分与工艺设计汽车用DC06钢种的成分与工艺设计1.1124816设计思路.2.目标函数 3.IF 钢简介.4.DC06成分设计5.DC06工艺设计6.总结 1.设计思路材料设计出发点在于原材料所具有的特性与产品所需性能之间的充分比较。其主要方式有两种：一是从产品的功能、用途出发，思考如何选择、利用甚至研 制相应的材料；二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功 能，甚至创造全新的产品。成分及组织结构关系是建立在合金热力学、动力学、固体结构等基础理论之上的。运用这些理论，改变成分，组成相的数量，尺寸,的核心。2.目标函数3.1冷轧超黠冲钢DC06的化学成分要求

2、TahlelJ Chcmic&l composition requests of cold rolling extn-deep drawing DC06 Ktecl化学成分,%牌号C Si MnPSAlsTi-nC06 Q.OO60020.020刃血5至20注：a根堀需娈可以用Nb代普部分，此时hJb和Ti的总含就却.却.DC06钢种对深冲性能要求较高。其力学性能指标如表 2.2所示。表2豆本钢深冲冷轧武车板的力学性能Table2H2 Mechanical properties of cold rolling automobile sheet牌号屈服点 （MPa）抗拉强度（MPa）下列公舔厚皿

3、（mm）的斷后延伸率軸 Aw不Tr均值不小n均值 小于0.70.70-1.0 l.(K1.6DC06100-1802503940 4142L80_223.IF钢简介DC06属于IF钢系列，IF是英文Interstitial-free的缩写，意思为无间隙固溶原子，故，IF钢即为无间隙原子钢。在IF钢中，由于C、N含量低，在加入一定 量的Ti、Nb使钢中的C、N原子被固定成为碳化物、氮化物或者碳氮化物，从 而使钢中没有间隙原子的存在，故称为无间隙原子钢，有时也称超低碳钢，具有极优异的深冲性能，在汽车工业上得到了广泛应用。以 IF钢为基础发展起来的深冲热镀锌IF钢板、深冲高强度IF钢板、深冲高强度烘

4、烤硬化（BH） IF钢板等系列，已形成了第三代汽车冲压用钢。IF钢的生产已经成为一个国家汽车用钢板的标志。降低生产成本并开发物美价廉的品种是目前 IF钢研究和生产的趋势。IF钢在1949年首次被研制成功，其基本原理是在钢中加入一定比例的 Ti，使钢中固溶C和N的含量降到0.01%以下，使铁素体得到深层次的净化，从而得到良好的深冲性能。但由于受到当时冶炼技术的限制，钢中原始的固溶 C、N含量较高，所以需要加入的Ti含量也很高，达到了 0.25-0.35%，Ti是一种价格非常昂贵的稀有合金元素，在当时更是如此，因而阻止了其当时的商业化进程。 直 到1967-1970，由于真空脱气技术在冶金生产中的

5、应用，大大减少了需要添加的Ti合金元素含量（大约为0.15%左右）才正式出现了商用的IF钢，几乎在同时,人们也发现了 Nb具有和Ti几乎相同的作用，但还是受到价格因素的制约，其应 用也只限于少量特殊的零件。20世纪70年代在日本开始用连退线生产少量的IF 钢，70 年代末，IF 钢成分大致为：0.005-0.01%C、0.003%N 0.15%Ti 或 Nb。到20世纪80年代，冶炼技术进一步发展，采用改进的 RH处理可经济的生产C 0.002%的超低碳钢，RH处理时间也缩短到10-20min。现代IF钢的成分大致为：C 0.005% NK 0.003%, Ti 或 Nb般约 0.05%。至U

6、 1994 年全世界 IF 钢的 产量超过了 1000万吨。归根到底，IF钢的迅速发展来自于市场需求的急剧增加和生产成本的降低。世界许多先进钢铁企业都非常重视IF钢的生产,安赛乐米塔尔、200新日铁、JFE、蒂森克虏伯、美钢联、浦项和我国宝钢等 IF钢年产量均在万t以上。20世纪末,日本IF钢年产量已超过1 000万t,并呈逐年上升趋势。国内外部分钢铁厂IF钢的化学成分控制水平及各个工序的工艺技术要点见表1,表2。厂名CSiMnPS阿姆柯0.002 0.0050.007 /7.0250.25 -0.500.001 0.0100.008 -0.020新日铁0.001 0.0060.009 /7.

7、0200.10 -0.20.003 0.0150.002 -0.013神户0.002 0.0060.010 7.0200.10 -0.200.005 0.0150.002 -0.013浦项0.002 0.0050.010 7.0200.10 -0.200.005 0.0150.002 -0.013宝钢0.002 0.0050.010 7.0300.10 -0.200.003 0.0150.007 -0.010厂名AlNTiNb阿姆柯0.003 0.0120.004 /7.0050.0800.3100.060 0.250新日铁0.020 0.0500.001 7.0060.0040.0600.0

8、04 0.039神户0.020 0.0700.001 7.0040.0100.0600.005 0.015浦项0.020 0.0700.001 7.0040.0100.0600.005 0.015宝钢0.020 0.0700.001 /7.0040.0200.0400.004 0.010表3.2国内外IF钢生产工艺的技术要点工序技术要点表3.1国内外部分钢铁厂IF钢的化学成分%1.超低碳;热轧冷轧退火1.均匀细小的铁索体晶粒;2.粗大稀疏的第二相粒子。尽可能大的冷轧压下率。1.再结晶晶粒均匀粗大;2.发展再结晶织构。我国研制IF钢始于1989年,北京科技大学与宝钢合作,在没有引进外国专 利的情

9、况下，用了不到两年的时间基本完成了 IF钢的开发，填补了国内空白。1995年宝钢IF钢产量为6万多吨,1996年达8. 4万t。但是和国外钢厂相比，其成,为优化工艺路线提供依据。材率较低。为此进行了 IF钢大生产数据的收集和分析冷轧一退火一平整。这种成分水平及工艺控制的IF钢的主要特性有：1)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。2) 一般深 冲钢的时效期为3个月，主要是这种钢中存在着碳、氮等间隙固溶原子，而IF钢 的组织中存在着微量碳氮化合物，避免了间隙固溶原子，因此IF钢没

10、有时效性。3) IF 钢组织中的碳氮化合物是由加入微量的钛或同时加入微量的钛和铌而形 成的,所以从分类上说，IF 是微合金化超深冲钢。IF钢的成分特点是：为了获得良好的深冲性能，钢中的 C、N、Si很低；为Al脱氧钢。除了脱氧作用以外，Al对冷轧钢板的织构控制有重要作 用；对S和P控制要求相对宽松；为了保证良好的表面质量，对钢中的非 金属夹杂物要求严格。日本企业提出IF钢冷轧板中非金属夹杂物的尺寸必须小于100卩从IF钢的性质可知，钢中最有害的元素是间隙原子 C N,为保证钢的深冲性能、表面质量、镀锌性能以及生产顺行，对钢中其他元素和夹杂物也有定要求。根据对钢的有害程度，对钢中有害杂质排序如图

11、 111:图3.1有害夹杂物在钢种的有害程度4.DC06成分设计首先分析各种元素对钢性能的影响。大，并且保证了 IF钢的非时效性。因此IF钢必须具有超低碳氮、铌钛微合金化等特点。严重影响钢的深冲性能必须尽可能去除，对于钢中残余的C,采用加Ti的方式加以固定。的屈服强度,C含量对IF钢性能影响显著，降低 C含量可显著影响IF钢C含量处于高水平控制时，降低 C含量可使性能得到明显改善。图4.1碳含量对材料性能的影响2 )N: N在钢中一般可使强度增加，硬度值上升，r值下降，并引起时效。但在用Ti微合金化的钢中，N可视为一种有价值的合金元素。因为稳定的细小弥散的TiN质点能防止通过反复再结晶而细化的

12、奥氏体聚合。 Ti - IF钢化学成分中Ti/N值稍低于理想化学配比时，细化奥氏体晶粒的效果最佳，此时 TiN颗粒的尺寸最细小，最稳定。因钢中N含量适当时，比理想化学配比稍低的Ti量, 限制了 Ti在基体中的溶解度，减少了颗粒长大所必需的溶解原子扩散流，阻碍了 TiN颗粒长大。固然，钢中实际Ti/N值过小，Ti含量严重不足，高温下TiN颗粒数目太少，阻碍奥氏体晶粒长大的作用有限。而 Ti/N 值过大， Ti 大量溶入 基体，一方面强化基体降低了韧性，另一方面，钢液中析出的 TiN 颗粒粗化，不 能有效地阻碍奥氏体晶粒长大。但因炼钢一般能将N控制在40ppm以下，而脱氧 残留的Al能与N生产稳定

13、的AIN,能将N完全固定，因此，N对IF钢的有害作 用基本上得到控制。3） Si ：铁素体形成元素，有较强的固溶强化效果，可提高钢的强度。 Si 阻 止碳化物形核长大，使“ C曲线右移，高碳时作用较大，所以可提高钢的淬透性。低碳时，它一方面增加钢的强度，减少钢的延性，对钢的深冲性能有害；另 一方面影响钢的镀锌性能，所以应尽可能减少钢中的 Si 含量。4） Mn能强化铁素体，有固溶强化作用，也使“ C曲线右移，故也能提高钢的淬透性。Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，所以提高钢的回火脆性。 Mn扩大丫区的作用较大，所以含锰量较大时，在室温下可获得奥氏体钢。5） P:在IF钢中，以两种形式存在， 一种

14、是以置换型固溶原子形式存在, 一种是以析出物形式存在的TiFeP。前一种形式以置换型固溶强化原子形式存在的P由于其原子半径与基体元素Fe相差较大，造成了点阵畸变，其应力场与位错IF 钢中作为强化元素提高钢的强度。6） S:对于绝大多数钢种而言是杂质元素，在钢中易偏析。 S与钢中的Mn生成MnS这种长条状夹杂物会影响钢的冲击性能，因此要求其元素含量越低越好。炼钢主要采用铁水脱硫的方法控制钢中 S的含量，同时加入Ti。Ti与S的亲和力要强于Mn与S的亲和力，因此通过Ti的加入来控制硫化物夹杂的形态。随钢中Ti含量的增加，钢中Ti4C2S化合物逐渐增多并取代 MnS夹杂，即Ti的 加入夺取了 MnS

15、中的S而与之形成更为稳定的Ti4C2S2，减少了 MnS的析出。在一定程度上（约0.0050.006%）有利于C的析出，对提高钢的深冲性能有利。 但是 S 过高则对钢有害。7）Ti、Nb:是最强的碳（氮）化合物形成元素，其作用相当于钒。如固溶于奥氏体提高淬透性作用很强， 提高钢的回火稳定性， 并有二次硬化作用， 能有 效地细化晶粒。Ti和Nb使IF钢中的间隙原子（C、N）得以消除，得到纯净的铁素体基体，从而消除间隙原子的不利影响，使钢具有高的 r值。Ti在钢中首先形成TiN，液态或者钢液凝固过程中形成的 TiN比较粗大，而且分布稀疏，并不能有效阻止晶粒长大，不能起到强化作用。钢液凝固以后析出细

16、小的 TiN颗粒很稳定，在热加工前的再加热过程中可抑制奥氏体的晶粒长大，从而细化组织。铌钛稳定的IF钢延伸率比Ti-IF钢低，但rm值和r45。值都比较高,具有较强的 可成形性。铌钛稳定IF钢比钛稳定钢具有更好的涂层粘附性，合金化热镀锌钢板 抗粉化性,而且力学性能对工艺不敏感，整卷性能均匀，适合于在连续退火工艺下 生产高强钢及热镀锌钢，也是电镀锌IF钢和热镀锌IF钢基板的最佳选择。为保证钢的性能，必须对钢的化学成分进行严格控制。 碳作为固溶于钢中的 间隙原子，随着其含量的增加，钢的屈服极限也升高，加大了变形抗力，影响成 形性能，因此用于制造轿车面板的 DC06I冈含碳量越低越好。钛和铌元素在

17、DC06( 0.0150.04 0.080.003 0.0075.DC06工艺设计DC0冈的生产工艺流程为铁水预处理一转炉冶炼一RH真空脱气一连铸一热轧一冷轧一退火一平整。5.1炼钢工序设计本钢炼钢厂通过采用国际先进的副枪测试和控制系统、气动挡渣系统、炉气分析技术和可编程序控制等一系列先进技术和工艺， 保证IF钢的化学成分及钢水 质量。钢水通过炉外精炼完成脱硫、脱碳、合金化处理，可精确的调整成分及温 度至目标要求，保证了钢水纯净度和产品质量。连铸机为世界先进的直弧型板坯连铸机， 连铸过程由二级计算机控制。采用 长水口、浸入式水口、中间包覆盖剂、氢气密封等保护浇注措施，实现全程保护 浇注，减少钢

18、水二次氧化。而钢包下渣检测系统、中间包液位自动控制等工艺技 术，进一步保证了 IF钢的产品质量。Nb(%)0.0020OJ-0013.010临一sO.003sO.OOiJ0 0500财e.O50.070OOfl?g际(KIIW0,020,15SOCIO0.007O.OJ0-0020.0050.060肌(KP表5.1汽车板DC06冶炼内控成分DC06从分析元素的作用及对深冲性能的影响看，C和N都造成钢的屈服效应和应变 时效，使深冲钢的屈服强度和抗拉强度增加，硬度值上升， r值下降并引起钢的时效，所以在冶炼时应尽可能降低其在钢中的含量。由于钢中的 C. N含量较难控 制，是生产深冲钢、超深冲钢的限

19、制性环节，因此我们将炼钢工艺研究重点放在C、N的控制技术上。炼钢工序的控制要点为:(1)铁水预处理铁水预处理的目的：-提前脱硫、脱磷，减轻转炉冶炼任务;-减少转炉冶炼过程的渣量，从而减少出钢过程下渣量;降低转炉冶炼终点钢液和炉渣氧化性；(2)转炉冶炼工序采用顶底复吹转炉冶炼，降低转炉冶炼终点钢液含氧量;控制矿石投入量;转炉冶炼后期增大底部惰性气体流量，加强熔池搅拌;冶炼后期采用低枪位操作；采用挡渣出钢技术;采用红包出钢;采用钢包渣改质技术;(3)RH真空精炼工序-严格控制精炼前钢液中碳含量、氧含量和温度;-增大RH精炼后期驱动气体量，增加反应界面和夹杂去除力;防止RH!炼过程升温;(4)连铸工

20、序采用钢包下渣自动检测技术；加强大包一长水口之间的密封；连铸中间包使用前采用氢气清扫；提高大包滑动水口开启成功率； 采用浸入式长水口及水口吹氢技术；采用大容量中间包;采用结晶器液面自动控制技术，保证中包内液面稳定，波动小于士 3mm且高于临界高度；采用低碳高豁度结晶器保护渣;5.2热轧工序设计对连续退火炉生产的 IF 钢，热轧工艺参数中对成品组织和性能影响最大的是 板坯加热温度、 终轧温度和卷取温度， 研究内容主要是第二相粒子的固溶、 析出 以及热轧板表面质量控制等。当成分不变时，热轧板的组织和析出物的形貌取决 于热轧工艺参数， 低的板坯加热温度、 高温终轧以及终轧后的快速冷却、 增大热 轧压

21、下率、增大变形速率、高温卷取等都有利于提高IF钢的深冲性能，为冷轧生 产过程得到有利于提高成形性能的再结晶组织和织构提供前提条件。(l)加热温度本钢生产冷轧超低碳IF钢为Nb-Ti-IF钢，低温加热有利于IF钢屈强比的降低及深冲性能的提高，主要原因为低温力加热工艺保障IF钢热轧后产生粗大的二相 粒子和细小铁素体晶粒，在随后的冷轧和退火处理过程中产生分布均匀和强的丫 再结晶织构，从而提高其深冲性能。结合本钢实际生产及设备情况，力热炉控制 炉膛气氛 (保证弱氧化性气氛 ) ，尽量减少氧化铁皮的生成，板坯出炉温度范围1160C-1210 Eo(2)终轧温度终轧温度对Ti, Nt稳定化钢有明显的影响。

22、在终轧温度较高时，有利于形成均匀的等轴显微结构。降低终轧温度，导致混晶和更无序的热带结构形成， 这两 种结构都对最终冷轧薄板结构的形成有害。囚此，一般终轧温度较高有利，结合 木钢实际情况终轧温度设定为900土 15C。 卷取温度对材料性能的影响相关人员在对卷取温度的控制研究表明 ：卷取温度的变化，对TiN、TiS和Ti4C2S2粒子的影响不大，但对TiC粒子的影响较大；高温卷取有利于TiC粒子的析出和长大，有利于铁素体晶粒的长大。另外，他们还发现当碳含量较高时，会析 出较多的TiC粒子。卷取温度的高低，直按影响到第三相质点的析出和析出物的 形态、大小、分布，卷取温度越高越有利于第二相质点的析出

23、和晶粒粗化，越有 利于IF钢深冲性能的提高。图5.1是经900r终轧后分别于720C, 680r卷取后的显微组织情况。由图可见，降低卷取温度可使热轧带钢的显微组织明显细化。 一般来说，高温卷取有利 于碳化物及氮化物的析出和粗化，但是卷取温度过高容易造成热轧钢板铁素体晶粒组织过分粗大，从而不利于IF钢的力学性能。a) C , CT-UOf图5.1卷取温度对热轧带钢显微组织的影响图5.2是720C、680r热轧卷取温度后的热轧钢卷，经80%压下率冷轧后, 在840r ,200mpmi火条件退火后的显微组织。从显微组织照片中可明显看出，热轧卷取温度高的材料，退火后冷轧晶粒尺寸较大，反之，冷轧晶粒尺寸

24、小。 (4)氧化铁皮控制图5.3钢板表面氧化铁皮生成过程示意立辊侧压能力等精轧区氧化铁粗轧氧化铁皮的清除与粗轧除鳞水压力、 水嘴角度、水质、 有关，除鳞水压力越高、立辊侧压越大则氧化铁皮除鳞效果越好。皮分为水系统铁皮和轧辊生成铁皮。水系统铁皮是指除鳞水、侧喷水、除尘水等 压力不足，水嘴角度、高度不正确，或不投入、堵塞，在高温下钢带与空气中的 氧结合而生成氧化铁皮不能及时扫射掉由工作辊压入而生成的氧化铁皮。另外， 侧喷水也可以抑制氧化铁皮的生成。正常生产时，精轧除鳞水、除尘水必须投入 使用。但有时生产薄规格产品时，为了保证板形，降低钢板边部温降，提高轧制 稳定性，防止甩尾，往往不投入侧喷水，导致

25、精轧机架内生成的铁皮不能及时被 除去，氧化铁皮压入钢板表面。减少氧化铁皮缺陷的措施1通过降低加热温度、减少在炉时间、调节炉内气氛为偏还原性气氛，抑制炉生氧化铁皮生成；2可通过提高除鳞水压力，调整优化水嘴高度、角度，提高立辊侧压能力减少粗轧氧化铁皮；3降低辊生氧化铁皮措施：采用抗热裂性好的轧辊材质，采用合理的磨削制 度，及时彻底地去除轧辊表面残余裂纹；采用润滑轧制，提高轧辊表面质量，降 低机架单位轧制力，防止因为单位轧制力过大导致轧辊表面微裂纹扩展而产生辊 生氧化铁皮；轧辊冷却水机架入口水量小于出口水量， 加大中间机架轧辊冷却水 量，保证轧辊迅速冷却；进精轧温度适中，降低精轧上游机架辊温。4精轧

26、机架侧喷水投入，可减少氧化铁皮压入；5提高保护渣质量，减少保护渣卷入，保证钢坯除鳞效果可减少保护渣铁皮;层流冷却采用前段冷却方式， 在达到相同层流冷却温度情况下， 缩短带钢 在高温状态下与空气的接触时间，以减少氧化铁皮形成，从而降低氧化膜厚度。热轧工序工艺控制要点：(1)工艺控制情况控制加热炉膛气氛，尽量减少氧化铁皮生产，保证加热时间充分，加热炉 温度控制在1160-1210 C,F1开轧温度控制在1000 r-1050 C,终轧温度控制在900士 15C。(2)板形控制本钢DC0冷轧板热轧原料钢带的镰刀弯w 5mm/2m钢带的板凸度要求C40在 0.03mm-O.O5m范围内；钢带的楔形控制 C40在0.02mn以下；塔形w 15mm(3)表面质量控制精轧入口温度精轧入口温度适中，防止F2机架工作辊表面氧化膜损坏、防止生成氧化铁 皮。减少轧制力F2单位轧制力避免过大，防止F2轧辊氧化膜脱落3高压水高压水水嘴无堵塞,保证水压。荒轧后表面铁皮能够除净。精轧高压水除 磷效果良好。4轧辊对轧辊冷却水水嘴、水压以及水嘴角度进行进一步研究,保证下机轧辊温 度。进行轧辊温度测量。检察 F1, F2