第３９卷第６期 ２０１８年１２月 特殊钢 ＳＰＥＣＩＡＬ ＳＴＥＥＬ Ｖｏ１．３９．Ｎｏ．６ Ｄｅｅｅｍｂｅｒ ２０１８·５１· Ｃ、Ｓｉ含量和冷轧压下率对低碳钢Ｑ１９５冷轧板力学性能的影响 赵海泉王新宇赖 奇周兰花 （攀枝花学院钒钛学院，攀枝花６１７０００） 摘～要研究了不同Ｃ、Ｓｉ含量对低碳钢冷轧板（／％：０．００５～０．０３４ Ｃ，０．００８～０．０５４ Ｓｉ，０．２８～０．３０ Ｍｎ，０．０２３ ０．０２６ Ｐ，０．００４～０．００７ Ｓ，０．０４４～０．０６０ Ａ１）力学性能的影响，工业生产流程为铁水预处理一８０ｔＢＯＦＲＨ一连铸一热轧一 酸洗一冷轧。结果表明：ｃ、ｓｉ含量越高，强度、硬度越高，伸长率越低。采用工业生产的Ｑ１９５热轧板（／％：０．０１１２ ｃ， ０．００９ ｓｉ，０．３０ Ｍｎ，０．０２５ Ｐ，０．００６ Ｓ，０．０５２ Ａ１）进行实验室冷轧试验，试验结果表明冷轧压下率由４１％升高到５７％， 强度、硬度逐渐降低，伸长率略有升高．当ｃ含量为０．００５％～０．０１０％，Ｓｉ含量为≤０．０１２％，冷轧下率为４０％～ ５０％，Ｑ１９５冷轧板的抗拉强度（Ｒｍ）￣６６０ＭＰａ，（ＨＲＢ）硬度值为８６～８９，满足技术要求． 关键词低碳钢冷轧板Ｃ含量Ｓｉ含量冷轧压下率力学性能 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃ、Ｓｉ Ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｌｄ－Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｌｄ－Ｒｏｌｌｅｄ Ｐｌａｔｅ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｑ１９５ Ｚｈａｏ Ｈａｉｑｕａｎ，Ｗａｎｇ Ｘｉｎｙｕ，Ｌａｉ Ｑｉ ａｎｄ Ｚｈｏｕ Ｌａｎｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｐｅ ｏｆ Ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ Ｔｉｔａｎｉｕｍ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ ６１７０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃ ａｎｄ Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｌｄ．ｒｏｉｌｅｄ ｓｔｅｅｌ（／％：０．ｏ０５１～０．Ｏ３４４ Ｃ．０．００８—０．０５４ Ｓｉ．０．２８—０．３０ Ｍｎ。０．０２３～０．０２６ Ｐ，０．０Ｏ４～０．００７ Ｓ．０．０４４—０．０６０ Ａ１）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉＳ ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．８０ｔＢＯＦ—ＲＨ—ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ—ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ．ａｃｉｄ ｐｉｃｋｌｉｎｇ．ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ Ｃ ｏｒ Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ．ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ．ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．Ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ（／％：０．０１ １２Ｃ，０．００９Ｓｉ，０．３０Ｍｎ。０．０２５Ｐ，０．００６Ｓ，０． ０５２Ａ１）ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｐｌａｎｔ．Ｒｅｓｕｈｓ ｏｆ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ４１％ｔｏ ５７％，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｎｇ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｅｌｅｖａｔｅ，Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｃ ｗａｓ ０．００５％一 ０．０１０％。Ｓｉ ｗａｓ≤０．０１２％ａｎｄ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｗａｓ ４０％一５０％．ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ（Ｒ一）ｏｆ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ ｗａｓ ｌｅｓｓｔｈａｎ ６６０ ＭＰａ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ（ＨＲＢ）ｗａｓ ８６—８９．ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｄｅｘ Ｑ１９５ Ｃｏｌｄ—Ｒｏｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ，Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ，Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ，Ｃｏｌｄ—Ｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐ— ｅｒｔｉｅｓ． 力学性能是低碳钢冲压性能的重要影响因素， 本文根据用户提出的技术协议，通过工业生产实验 制度为：板坯驻炉时间≥３ ｈ，出炉温度（１ １５０ ４－ 合适的力学性能能够提高冲压效率，减少磨具磨损。 ２０）℃，精轧终轧温度（８２０±２０）℃，卷取温度 （６００ ４－２０）℃。热轧板厚度３．０ ｍｍ。冷轧采用森 和实验室研究，掌握了Ｃ，ｓｉ含量和冷轧压下率对 及米尔二十棍冷轧机，冷轧板厚度为１．５ ｍｍ。取２ 炉热轧板在实验室进行冷轧试验，采用直 Ｑ１９５冷轧板力学性能的影响及其变化规律，以及满 拉式四辊可逆冷轧机，冷轧压下率设计为４０％， 足技术要求的工艺制度。 ５０％，６０％。 １ 技术要求和工艺流程及实验方法 在冷轧板宽度的１／４处取横向拉伸试样，采用 表１试验用低碳钢化学成分／％ Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ Ｑ１９５ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ／％ Ｑ１９５冷轧板力学性能要求： 抗拉强度（Ｒ ）≤６６０ ＭＰａ，硬度（ＨＢＲ）的范围 为８２～９２ Ｑ１９５冷轧板工业生产工艺流程：铁水预处理一 ８０ ｔ转炉冶炼一ＲＨ真空精炼一连铸板坯一热轧一 酸洗一冷轧。板坯尺寸２２０ ｍｍ×１ ２００ ｍｍ× ８ ８００ ｍｍ。化学成分如表１所示，共冶炼６炉钢，其 中１ ～５ 炉Ｃ含量逐渐升高，６ 炉加Ｓｉ。热轧温度 ·５２· 特殊钢 第３９卷 Ｚｗｉｃｋ／Ｒｏｅｌｌ Ｚ１００型拉伸机测试拉伸性能，并用ＬＥ 据为３个试样测量的平均值。 ２试验结果与分析 随着钢中碳含量增加，渗碳体增加使相界面增多，加 ４ 、５ 炉钢碳含量在大于０．０２１ ８％，室温组织 ＣＯ ＬＣＲ一５００型硬度计测试洛氏硬度ＨＲＢ。每个数 大了位错滑移的阻力，所以试验钢的强度逐渐增加。 由铁素体和珠光体组成 Ｊ。由于碳在铁素体中的固 溶强化和珠光体的相变强化作用，使试验钢的强度 ２．１ Ｃ含量对力学性能的影响 和硬度进一步提高，而伸长率变化不大。 大量试验数据都表明 Ｊ，低碳钢的化学成分 由图１可以看出，当Ｃ含量控制在０．００５％～ 对力学性能影响很大，而其中碳对性能的影响则更 ０．Ｏ１１％时，抗压强度≤６６０ ＭＰａ，ＨＲＢ在硬度值 为明显。图１为Ｃ含量对Ｑ１９５冷板力学性能的影 ８６～８９，能够满足技术要求。 响，不难看出，碳的微量变化对力学性能的影响极为 ２．２ Ｓｉ含量对力学性能的影响 显著。当碳含量由ｏ．００５％升高到ｏ．０３４％，抗拉强 ｓｉ含量由０．００１％（１ 炉）提高到０．０５４％（６ 度和屈服强度均提高约１５０ ＭＰａ，硬度ＨＲＢ提高约 炉），冷轧压下率相同时，力学性能变化较大（见表 ８；并且在此范围内，低随着碳含量的升高，强度和硬 ２），抗拉强度由６２４．６ ＭＰａ提高到７４５．０ ＭＰａ。 度逐渐升高；伸长率先下降后略有升高，最高值与最 ＨＲＢ硬度值由８６．４提高到９３．５，超过了技术要求。 低值相差３．６％。 伸长率降低了５．６％。与碳含量的影响相比，Ｓｉ含 碳在钢中可形成间隙式固溶体，亦可形成金属 量对伸长率的影响较大。ｓｉ在低碳钢中起到固溶强 化合物即渗碳体。炉号为１ 、２ 、３ 的试验钢含碳量 化作用，硅的原子半径与Ｏｔ—Ｆｅ相差不大（Ｆｅ１．２６× 小于０．０２１ ８％，此时低碳钢在室温下正常的组织形 １０ 。ｉｎＳｉｌ．１１×１０ 。ｉｎ），它们因此溶解在铁素体 态为铁素体＋三次渗碳体。根据相图杠杆定律，碳 基体中，置换晶格点阵中的铁原子后造成铁素体的 含量越高室温时渗碳体越多。渗碳体是一种极硬、 晶格畸变＿５引，导致低碳钢强度、硬度的提高，塑性下 极脆的化合物，是钢中重要的强化相＿４ Ｊ。一方面渗 降 。 碳体的硬度远高于铁素体，伸长率为０，这是导致 因此，ｓｉ含量不宜过高，应控制在０．０１２％以 １ 、２ 、３ 试验钢硬度提高，而伸长率下降的主要原 下，才能保证力学性能满足技术要求。 ，因；另一方面渗碳体的抗拉强度低于铁素体 ，但 ２．３冷轧压下率对力学性能的影响 ９５ （ｂ） 。 ／．．． ／，，／ —譬９ｏ ． ， ’ Ｊ一 一’ ，一 篇 。／ｒ ’ ７ ． ８５ ＼ ＼ 冰 。 ５ ６—＼ 肇 ： ３２ ４ ０．ＯＯ５ ０．０１０ ０．０１５ ０．０２０ ０．０２５ ０．０３０ ０．０３５ Ｃ含量，％ 图１ Ｃ含量对Ｑ１９５冷轧板力学性能随的影响，（ａ）强度；（ｂ）硬度和深伸长率 Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ Ｑ１９５ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｐｌａｔｅｓ，（ａ）ｓｔｒｅｎｇｔｈ；（ｂ）ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ 表２ Ｓｉ含量对低碳钢冷轧板力学性能的影响 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 将２ 炉的热轧板分别轧制成不同厚度的冷轧 板，冷轧压下率分别为４１％、５０％、５７％。冷轧压下 率对冷轧板力学性能的影响如图３所示。随着冷轧 ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ Ｑ１９５ ｃｏｌｄ－ｒｏｌｌｅｄ ｐｌａｔｅｓ 压下率由４１％提高到５７％，抗拉强度和屈服强度均 以４０ ＭＰａ的增幅逐渐增加，总增幅约８０ ＭＰａ；伸长 率由４．０％降低到３．５％，降低幅度不大；硬度值 第６期 赵海泉等：ｃ、ｓｉ含量和冷轧压下率对低碳钢Ｑ１９５冷轧板力学性能的影响 ·５３· 表３冷轧压下率对低碳钢冷轧板力学性能的影响 Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｌｄ－ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ｃｏｌｄ－ｒｏｌｌｅｄ ｐｌａｔｅｓ 方面，钢中的渗碳体颗粒逐渐细化，这将提高冷轧钢 带的强度，降低伸长率 Ｊ。 ３结论 （１）Ｑ１９５冷轧板的力学性能受到化学成分和生 产工艺的影响，其中Ｃ含量对强度影响较大，ｓｉ含量 对伸长率影响较大；冷轧压下率对强度的影响与Ｓｉ （ＨＲＢ）先由８４．５提高到８８．８，再提高到８９，前期提 含量相当，而对伸长率的影响最小。 高幅度大于后期。 当冷轧压下率超过５０％，达到５７％时，抗拉强 度为６８４．０ ＭＰａ，大于６６０ ＭＰａ，不能满足技术要求． （２）提高ｃ、ｓｉ含量和冷轧压下率均可提高 Ｑ１９５冷轧板的强度和硬度，降低伸长率。 （３）采用本文的炼钢工艺和热轧工艺，将Ｃ含 量控制在０．００５％～０．０１０％，Ｓｉ含量在０．０１２％以 因此冷轧压下率应为４０％～５０％． 相关研究表明，随着材料塑性变形量增加，一方 上，冷轧压下率为４０％～５０％，Ｑ１９５低碳钢冷轧板 面位错不断增殖，位错间的交互作用又增大了位错 的抗拉强度（Ｒｍ）≤６６０ ＭＰａ，ＨＲＢ硬度值为 运动的阻力，从而使强度、硬度越大，塑性越低；另一 ８６～８９ 参考文献 ［１］李志斌，王立新，李国平．化学成分和工艺对３０４ＮｂＮ不锈钢板 力学性能的影响［Ｊ］．特殊钢，２００１，２２（４）：５１－５２ ［２］张明星，康沫狂，周鹿宾．高强高韧低碳贝氏体钢的化学成分与 力学性能的关系研究［Ｊ］．包头钢铁学院学报，１９９１，１０（２）：４０－ ４５ ５９ 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