汽车用DC06钢种的成分与工艺设计Word文件下载.docx
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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
Table2H2Mechanicalpropertiesofcoldrollingautomobilesheet
屈服点（MPa）
抗拉强度
（MPa）
下列公舔厚皿（mm）的斷后延伸率軸Aw不T
r均值
不小
n均值小于
0.7
0.70-<
1.0l.（K<
L6
>
1.6
DC06
100-180
250
39
4041
42
L8
0_22
3.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%N0.15%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：
0.005%NK0.003%,Ti或Nb—般约0.05%。
至U1994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1000万t,并呈逐年上升趋
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
C
Si
Mn
阿姆柯
0.002〜0.005
0.007/
7.025
0.25-
0.50
0.001〜0.010
0.008-
-0.020
新日铁
0.001〜0.006
0.009/
7.020
0.10-
0.2
0.003〜0.015
0.002-
-0.013
神户
0.002〜0.006
0.010'
0.20
0.005〜0.015
浦项
宝钢
7.030
0.007-
-0.010
Al
N
Ti
Nb
0.003〜0.012
0.004/
7.005
0.080
〜0.310
0.060〜0.250
0.020〜0.050
0.001'
7.006
0.004
〜0.060
0.004〜0.039
0.020〜0.070
7.004
0.010
0.001/
0.020
〜0.040
0.004〜0.010
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：
①为了获得良好的深冲性能，钢中的［C］、［N］、［Si］
很低；
②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；
③对［S］和［P］控制要求相对宽松；
④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CN,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1［11］:
图3.1有害夹杂物在钢种的有害程度
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0.005〜0.006%）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DC06
（<
0.003%、超低
，目前DC06I冈中的
钢中主要起固定碳、氮的作用。
因而DC06钢必须具有超低碳氮（W0.003%）、微量的钛或铌合金化、夹杂物含量低等特点
碳含量可以控制到0.0010%。
所示的Ti及C元素对性能参数的影响关系曲线，可设计目标钢种DC06的化学成分如表4所示。
00,010,020,030-04
有效Ti含a
图4.2有效Ti含量与r值之间的关系
有效Ti含量是指去除可与钢水中C和N反应生成TiC及TiN的Ti含量后所剩余的总Ti含量，有效钛含量（Ti*%可按式（1、计算：
Ti*%=Ti%-4X（C%-3.43x（N%
（1）
根据化学当量计算方法分析不同C含量时至少应加入相等的Ti百分含量。
为分析方便，按照DC06的成分要求，设钢中的NbN和S含量分别为0.005%、0.003%和0.006%（质量分数wt%。
计算中要用到一下元素的原子量:
C:
12N:
14S:
32Ti:
48Nb:
93
在IF钢中Nb的作用是为了固定碳，DC06的Nb加入量为0.003%〜0.007%,暂取中间值为0.005%,根据Nb和C原子量比值（93/12=7.75）,可知道固定质量分数一份的C需要7.75倍的Nb,即
Nb（%）=7.75C
通过计算得到0.005%的Nb最多可以固定0.000645%的C,剩余的C需要Ti
来固定。
Ti在固定C之前先与N、S结合，所以Ti的最少加入量为
Ti（%=（48/14）N+（48/32）S+（48/12）C（3）
当钢中的C含量为0.002%时，减去Nb固定的C量，根据（3）式可计算出需要加入的最少Ti为0.025%。
表4.1DC06钢种化学成分
成分/%
目标
0.002
0.02
0.15
0.006
0.03
0.025
0.005
要求
w0.006
w0.03
w0.3
w0.02
0.015
0.04〜0.08
0.003〜0.007
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（%）
0.0020
OJ-
0013
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表5.1汽车板DC06冶炼内控成分
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-1210Eo
（2）终轧温度
终轧温度对Ti,Nt稳定化钢有明显的影响。
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。
⑶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;
⑥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1160-1210C,F1开轧温度控制在1000r-1050C,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w5mm/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w15mm
（3）表面质量控制
①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。
②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
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