SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要 ：在汽车、电气等制造业中，冷轧板的使用越来 越广泛。然而，在实际生产中，经常会遇到需要进行热轧 加工的情况。面对这一现状，探究热轧工艺对冷轧板的连 退组织和性能的影响显得十分必要。因此，本研究以五块 冷轧板为样本，采用电子背散射衍射技术和拉伸实验，测 试了不同热轧温度对不同厚度和化学成分的冷轧板连退 组织和性能的影响。研究结果显示，在原材料成分方面， Al 含量越高，冷轧板在经过热轧工艺后的深冲性能越好 ； 在热轧温度方面，低温工艺有利于提高冷轧板连退组织的 冲压性能 ；而在退火温度方面，保持适当的温度反而有利 于提升冷轧板的深冲性能。
关键词 ：热轧工艺 ；冷轧板 ；连续退火 ；组织 ；性能
迄今为止，为了在汽车、电气等制造业中生产轻质耐 用的产品，需要具有可成型性、重量轻和良好的可焊性等 机械性能的冷轧板。然而，冷轧板的组织和性能受到多种 因素的影响，制造过程中即使是微小的工艺差异，都可能 导致冷轧板的组织和性能发生变化。根据已有的研究，轧 制过程中的热输入会影响冷轧板的热影响区（HAZ）的韧 性。特别是在高热输入条件下，对于冷轧板的HAZ而言， 断裂韧性受到不利影响。此外，温度对于冷轧板的析出强 化和晶粒细化也具有至关重要的影响。现有研究表明，轧 制过程中温度的变化可以抑制冷轧板中细小碳化物的生 长，延迟大渗碳体在晶界处的积累，最终影响冷轧板的屈 服强度和拉伸强度。所涉及的轧钢过程必须在特定的最佳 温度范围内进行。然而，这个温度限制也不能过大，否则 会产生更多的成本。满足这两个目标需要进行权衡，从而 将标准化的温度限制设置为最佳温度。为了尽可能接近极 限值， 但又不能低于或超过它。因此， 在汽车、电气等制造 业中必须使用的热轧工艺，在实际应用中很可能对冷轧板 的连退组织和性能产生影响。然而，具体表现以及影响机 理方面的研究成果还不够丰富。鉴于此，本文设计了一套 基于电子背散射衍射的试验，旨在研究热轧工艺对冷轧板 连退组织和性能的影响，以期为从业人员的研究和实践提 供参考和借鉴。现将研究结果如下所述。
1 试验方案
1.1 试验材料
本次试验选取了五块冷轧板，分别标号为A、B、C、D 和 E。其中，A、B 和D 冷轧板的厚度为 3.5mm， C 和 E 冷 轧板的厚度为2.5mm。我们将这五块冷轧板的热轧编号命 名为RA、RB、RC、RD 和RE ；退火编号命名为TA、TB、 TC、TD 和TE。在化学成分方面，五块冷轧板的Mn含量 和Al 含量相同， 分别为 0.02% 和 0.26% ；A 板和B 板的 C 含量相同，均为 0.04%，C 板和 E 板的 C 含量相同，均为 0.03%， 而D 板的 C含量最高， 为 0.05% ；A 板和B 板， 以 及C板和E板的P含量相同，均为0.007%，而D板和E板 的P含量相同， 均为0.005% ；A板和B板的S含量相同， 均 为 0.014%， C 板和 E 板的 S 含量相同， 均为 0.011%， 而D 板的S含量最高， 为0.015%。
1.2 试验流程
在这项研究中，研究了不同热轧温度下冷轧板的连退 组织和性能。为此，对全部五块冷轧板样本进行了轧制， 轧制时的厚度总减量分别为20%、50% 和 85%，每道次轧 制压下量为 0.22mm（每道次减量 10%）。在每个轧制步骤 后，将轧制后的样品返回炉内，并重新加热 10分钟以恢复 轧制温度。在最后一道轧制之后， 样品在水中进行了淬火。 然后，将热轧样品放入辐射炉中进行了2分钟、10分钟和 60分钟的退火处理，随后再进行水淬。由于轧制过程中的 冷却以及轧制后的塑性变形和冷却都是轧制过程中细粒 度结构实现和获得良好机械材料性能的重要部分。因此， 特定钢合金材料的机械性能很大程度上取决于热机械处 理的温度水平。因此，必须对微观结构进行分析，并通过 材料测试来确定材料的机械性能。在本研究中，我们使用 了电子背散射衍射（EBSD）技术，以分析热轧工艺对冷轧 板的连退组织和性能的影响。
电子背散射衍射是一种用于获取材料结构组织（晶体 学数据） 的技术。EBSD 图像基于通过透射电子显微镜获 得的Kikuchi衍射图案，并通过Hough 变换解析而得。为进 行EBSD 实验，样品必须具有高度平坦且良好抛光的表面，并且电子束必须以掠射角撞击样品，通常角度为20°, 因 此样品承载台需要倾斜 70°。本研究中所使用的加速电压 为 10kV ～ 30kV， 入射电流为 1nA ～ 50nA， 衍射发生在电 子束入射点的样品上。对于固定光束，EBSD 图像从该点 呈球形发射。当主光束与晶格相互作用时，在反向散射且 能量损失很小的情况下，引导电子通过不同路径，并导致 相位长干涉和相位消干涉。EBSD 图案的形状由样品中晶 体的空间取向、入射电子束的波长（取决于电子束的加速 度）以及磷屏与样品之间的距离唯一确定。
该技术允许获得样品的结构特征，最强烈的菊池带的 位置可以通过霍夫空间中最亮的峰清晰识别，而其他峰则 几乎不明显。峰检测算法的目的是分割最强烈的峰并忽略 可能的假峰。此外，为了进一步明确热轧工艺对冷轧板性 能的影响，在电子背散射衍射基础上，还对试样进行了单 轴拉伸试验、部分卸载试验和循环拉压试验。为了分析结 果，将对应于先前图像的每个峰的线叠加在菊池衍射图案 的原始图像上。同时，为了避免循环试验中发生的压缩失 稳，实验使用了导向板来支撑试件的表面。为了减小摩擦 系数，在试样和导向板之间夹入了含有石油脂的聚四氟乙 烯薄板。在部分卸载试验中，每释放 5% 的应变进行加载。 这些卸载应力 - 应变曲线用于测量杨氏模量。本研究采用 了 GB/T228—2002标准进行实验， 拉伸速度为 6mm/min， 设备采用MTS-810 拉伸实验机。拉伸过程中，在试样的轴 向工程应变值达到 15% 时停止加载。
2 试验结果
微观结构分析揭示了材料的晶粒变形情况。在材料温 度低于正火温度极限的区域，新的晶粒不会形成，只有达 到正常化极限的最低温度时才会发生形成。同时，过高的 温度也会对材料的力学性能产生负面影响，因为晶粒尺寸 增大，导致屈服强度降低，低温冲击韧性也会降低。此外， 高于必要温度会导致效率损失， 应该避免。基于这些原因， 在低应变下，微观结构的特点是没有孪晶，这主要由于原 始合金的热机械历史所决定。然而，在中等应变下，会观 察到各种孪生模式。在高应变下，动态再结晶过程会产生 具有典型基底织构的微观结构。为了准确估计平均平均误 差（MAE），需要确定和归一化从每个图像得出的电子背 散射衍射（EBSD）派生的MAE，并与用X射线测量预测 的结果进行比较，以进行定性和定量评估。为了进行全局 纹理的估计，使用来自EBSD 的方向、确定归一化EBSD 派生MAE与X射线测量预测间的平方误差之和。通过比较EBSD微观纹理和X射线测量的全局纹理之间的差异， 可以发现一些小的定性差异，这是由于EBSD 相对于X射 线宏观纹理的采样统计数据的限制导致的。从定性角度来 看，5 个试样的电子背散射衍射显示其变化规律与热轧温 度对应，低温热轧的退火板（TB）和（TC）的有利纤维织 构组分强度高于同组高温的退火板（TA）和（TE），而不 利织构比（TA）和（TE）较弱。同时，与TB 相比，TD 的有 利纤维织构强度相对较弱。可见，尽管原料厚度相同，由 于冷轧工艺的不同，会导致不同的性能结果。除了使用电 子背散射衍射进行热轧工艺对冷轧板的连退组织的影响 进行分析外，还使用拉伸实验来分析热轧工艺对冷轧板的 性能影响。实验结果显示，在热轧阶段，B板、C板和D板 的加工温度最低为 610℃, 而A 板和E 板的加工温度最高 为 680℃。此时，E板的 Δr 最高，为0.438 ；A板的 Δr 最低， 为 -0.077。在退火阶段，A 板的 Δr 最高， 为 0.428 ；D 板的 Δr 最低， 为 0.118。在退火阶段，A 板和 C 板的 Δr 最高， 为 0.234 ；D 板的 Δr 最低， 为 0.139。可见，r值与织构变化规 律一致，即采用热轧低温工艺有利于提高冷轧板连退组织 的冲压性能。
3 试验分析
3.1 热轧原料成分对组织、性能的影响
当前，冷轧板加工的研究重点是开发适用于汽车和电 器制造应用的冷轧板变形加工。这方面需要克服的挑战主 要涉及到冷轧板热轧加工带来的强度低、延展性差和成本 高等问题。在实际应用中，冷轧板的高强度与固溶强化和 细晶粒尺寸相关。然而，热轧工艺的连续退火会降低冷轧 板的强度并增加断裂伸长率。事实上，热轧工艺的连续退 火导致了 99% 的冷轧板晶粒再结晶，使得其断裂伸长率更 高。此外，热轧工艺的连续退火还会激活非基面滑移，导 致冷轧板在轧制方向上出现基面极强度沿RD扩散和分 裂，进而导致更高的断裂伸长率。这一现象的原因在于热 轧作用使得冷轧板晶界处的碳化物析出，从而抑制晶粒的 生长。然而，高热输入引起的碳化物溶解不会阻止晶粒的 生长，反而会促使形成粗晶粒结构。此外，随着热轧温度 的升高，冷轧板中的碳元素扩散加速，并与其他元素形成 球形碳化物，这些碳化物会沉积到晶界中。可以推断出， 由于热影响区软化所致的冷轧板强度降低，该区域发生拉 伸试验失败。相反，当温度低于 650℃时，轧制力会增加。 换句话说， 在610℃的温度下， 冷轧板会形成奥氏体(γ 相）， 其中可以以0.2wt% 的比例包含所有的碳元素。当冷轧板继续加热到标准化的 650℃时（如 680℃), 奥氏体晶粒逐渐 消失，转变为铁素体晶粒 ；相反，当温度低于 650℃时，材 料从奥氏体区冷却并形成新的晶粒结构。这一现象的原因 是Al 元素阻止了热轧过程中板材传导热量，导致碳元素长 时间暴露在高温下，并在微观结构中形成朝向表面的非常 粗大的晶粒。在这种粗晶结构中，可以观察到针状铁素体 和贝氏体，并且这些夹杂物沿着晶粒内部形成核，并生长 在预先形成的铁素体晶粒上。
3.2 热轧温度对于冷轧板组织、性能的影响
众所周知，轧制后的板材的显微组织由大量尺寸为2 微米至 5微米的小再结晶晶粒和相对粗大的晶粒（尺寸为 20微米至 100微米）组成，内部存在许多孪晶。在热轧加工 过程中，延展性孪晶和双孪晶的累积应变较高，导致冷轧 板的晶粒细度较高，呈现出相对均匀的微观结构，平均晶 粒尺寸减小了7.4微米。对于轧制的冷轧板，观察到独特的 基面分裂，呈现出典型的单峰基面织构。究其原因，推测 是由于热轧工艺所产生的温度，导致轧板的晶粒尺寸减小 和基面织构减弱， 从而提高了退火板材的塑性。然而， 一些 退火板材表现出更高的均匀伸长率和强度（例如，A板和C 板），原因在于它们显著降低的织构强度和较大的应变硬化 能力。随着热轧过程中温度的升高，冷轧板的屈服强度先 降低后升高，抗拉强度先降低后升高，延展率先升高后降 低，在此过程中，r值呈平稳上升趋势。然而，若温度太低， 则会导致基板硬度过高，不利于顺利进行热轧工艺冷轧 ； 此外， 若热轧温度过高， 会影响相变过程的进度， 从而影响 冷轧板的深冲性能。除此之外，热轧工艺的温度不仅会影 响冷轧板的性能，还会影响冷轧板的组织结构 ：在热轧过 程中，温度的降低可以使冷轧板的组织结构更加细化，而 过高的温度则会导致冷轧板的组织结构粗大。在相同工艺 条件下，采用 610℃的低温热轧工艺有利于冷轧板纤维织 构，即低温热轧工艺能够提高冷轧板的冲压性能。
3.3 退火温度对于冷轧板组织、性能的影响
热轧工艺中的退火温度也会对冷轧板的组织以及性能 产生影响。本次轧制结果表明，热轧连续退火处理提高了 冷轧板的极限抗拉强度和屈服强度的平均值，但同时降低了冷轧板的均匀伸长率和应变硬化指数。需要指出的是， 在本次研究中的所有板材上都观察到显著的强度和塑性 各向异性现象（即在 300℃时， 注意到较高的屈服强度和极 限抗拉强度以及较低的伸长率）。原因在于轧制板的强度 提高是由于晶粒细化和位错密度的增加所引起的。尽管热 轧连续退火降低了轧板基底织构强度，但由于位错和孪晶 界的数量增加，热轧加工使得轧板的均匀塑性变形能力降 低，这表明它们通过位错得到更高程度的强化。而当退火 温度较高时，观察冷轧板的显微结构，可以发现其结构比 较整齐、均匀 ；而当终轧温度较低时，冷轧板的结构则变 得无序、混乱。随着热轧工艺中退火温度的升高，冷轧板 的深冲性能可以得到进一步提升。在本次研究中，210℃的 退火工艺导致轧制板材的屈服强度和极限抗拉强度降至 170MPa ～ 180MPa， 而 300℃的退火工艺仍然显示出更高 的平均极限抗拉强度（300MPa）。由于较高的n值是判断均 匀塑性变形能力增强程度的指标，因此均匀伸长率往往会 随着应变硬化指数的增加而提高。需要注意，在热轧处理 之后，板材获得了更大的n值，其加工后塑性的提高主要 归因于晶粒尺寸的减小和基底织构强度的降低。此外，在 退火过程中，氮化铝逐渐析出并形成更稳定的织构，使得 冷轧板的深冲性能得到进一步提升。
4 结论
综上所述，由于生产需要，在冷轧板上应用热轧工艺 时，热轧温度对冷轧板的组织和性能会产生影响，最终导 致在相同热轧温度下，冷轧板的Al含量越高，深冲性能越 好 ；在具有相同成分和厚度的冷轧板中，低温热轧工艺更 有利于提高冷轧板连退组织的冲压性能 ；而在具有相同成 分和厚度的冷轧板中，保持一定的温度反而有利于提升冷 轧板的深冲性能。通过本次研究，我们得出结论 ：在生产 制造过程中，当需要运用热轧工艺加工冷轧板时，需要考 虑上述影响，这对于减少生产制造过程中可能出现的材料 浪费非常重要。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/70273.html
