靳志力 于晓飞 陈云飞 王昭云 韩雄超 鲁安平 张军力

（河钢集团邯钢公司）

0 引言

低碳铝镇静钢具有强度高、普通冲压性能优良等特点，广泛应用于汽车、家电等领域[1]。在钢铁工业生产中，酸轧后的低碳铝镇静钢需要经过镀锌连续退火热处理以获得较好的冲压成形性能，目前国内连续热镀锌产线大部分没有过时效处理，固溶在晶内的间隙原子经退火后在晶内析出，使用过程中极易出现起棱、起皱，即钢板表面产生不均匀变形而产生吕德斯带[2]。

为提升低碳铝镇静钢镀锌板经彩涂后的抗时效性能，笔者通过对比模拟三涂三烘彩涂工艺后屈服平台值的大小，研究了C、N和B含量对镀锌板经彩涂模拟后的抗时效性的影响，从硼化物、BN的析出和晶粒尺寸大小分析了如何提升基板的抗时效性能，为钢厂改善热镀锌板的抗时效性能提供了理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 屈服平台值及试验方法

屈服平台是指在拉伸试验屈服后应力几乎随应变不升高，不发生强化行为，这一段拉伸曲线几乎是水平线段。屈服平台值的大小直接决定材料经彩涂烘烤后是否出现折弯起楞或冲压起皱的核心判定指标。

试验方法：烘烤模拟试验是将低碳铝镇静钢样条置于310 ℃加热炉，保温3 min，取出后水冷至室温,擦去表面水渍后，再次将样条放入加热炉，重复以上操作三次。随后在拉力试验机上对样条进行检测，并测量其屈服平台值。

试验评定指标：模拟三涂三烘后屈服平台值≤8%（客户要求）。

1.2 碳、氮和硼元素对屈服平台的影响试验

在河钢邯钢低碳铝镇静钢DX51D+Z的化学成分基础上进行了成分设计，C、N的质量分数分别为0.044%、0.005%（1#），0.027%、0.002%（2#），分析C、N含量对低碳钢组织和屈服平台的影响。在2#钢的成分基础上，分别添加0.001 5%B（3#）、0.0035%B（4#），研究添加B元素对试验钢组织和 性能的影响。试验钢的具体化学成分见表1。

表1 热镀锌DX51D+Z化学成分 %

2 试验结果与分析

2.1 模拟三涂三烘前、后屈服平台值的变化

对比检测1.2中1#～4#试样的镀锌板和经模拟三涂三烘后的应力-应变曲线，模拟彩涂烘烤前后屈服平台值的变化见表2。

从表2可以看出，当C含量为0.02%～0.05%、N含量≤0.005%时，通过添加0.003 5%的B，经模拟彩涂后屈服平台值由10%～14.5%降低至4%。

2.2 金相组织

表2 模拟彩涂前、后屈服平台值 %

在Leica金相显微镜下观察1#～4#试样经三涂三烘模拟后横截面的金相组织，分别如图1所示。

图1 模拟三涂三烘后金相组织（500×）

从图1可以看出，C、N含量为0.044%、0.005%时，1#试样较2#试样的金相组织中，分布在晶内和晶界的硼化物、BN数量有所增加。在试样中C、N含量相同的条件下，随着B含量的增加，分布在晶内的硼化物、BN数量明显减少，4#试样较3#试样的铁素体尺寸变大。

2.3 模拟彩涂后抗时效性能分析

研究表明，低碳铝镇静钢经彩涂模拟后的屈服平台值与钢板中固溶的C、N间隙原子有密切关系。低碳铝镇静钢中C含量为0.02%～0.05%、N含量为≤0.005%时，随着C、N含量的增加，屈服平台值变大，钢板的抗时效性能变差。钢板基体中固溶的C、N间隙原子与合金元素、热轧终轧和卷取温度、酸轧压下率和镀锌退火工艺等紧密相关[3-5]。采用连续退火工艺生产低碳铝镇静钢时，虽然可以通过提高退火炉均热温度、增加过时效炉的热处理时间等方法来降低C、N间隙原子对时效性的影响，但对生产成本和设备要求较高，生产效益会降低[3]。降低C、N间隙原子的含量，适当添加合金元素可以促进碳、氮化物的析出，减轻晶内滑移变形时对位错的钉扎，从而降低试样的屈服平台值。因此，低碳铝镇静钢的成分优化设计成为提高其彩涂后抗时效性能的重要方法。C、N间隙原子的含量以及添加合金对其抗时效性能的影响对彩涂基板成分设计具有重要意义。

目前，相关研究主要集中在热轧终轧温度和卷取温度、镀锌工艺，钛、铌等微合金元素对低碳铝镇静钢抗时效性能的影响[6-7]，对C、N在彩涂烘烤后的固溶、析出行为以及添加微量B对模拟三涂三烘后屈服平台值影响的研究尚未见报道。为此，笔者将C、N含量由1#试样的0.044%、0.005%降低至2#试样的0.027%、0.002%，以减少C、N原子含量对时效性的影响，添加B元素来固化C、N间隙原子，通过屈服平台值对比研究了C、N和B元素在钢板中的固溶、析出情况。

在冶炼过程中，分别添加0.001 5%（3#试样）、0.003 5%（4#试样）的B元素可以与C、N原子结合形成硼化物、BN相，降低了钢板中固溶的C、N间隙原子的含量，

减少因时效导致折弯起楞、冲压起皱的发生率。钢板中细小的硼化物、BN颗粒在连续退火中不能完全溶解到奥氏体中，起到钉扎晶界，阻碍晶粒长大的作用[8]。因此，3#试样、4#试样的晶粒尺寸比1#试样、2#试样的细小。较小的晶粒可促进钢板中C、N化物的析出，进一步降低钢板中的固溶C、N含量，因此4#试样的屈服平台值较低，抗时效性能较好。

研究表明[9-10]， B对低碳铝镇静钢晶粒尺寸大小有直接影响， B的添加可以提高奥氏体化温度，钢板中的B一部分与N形成BN，一部分形成硼相。而BN在升温过程中先融入奥氏体中，所以对奥氏体晶粒的长大基本没影响。B在降温中会在奥氏体晶界偏聚，促使晶界能降低，阻碍先共析铁素体在奥氏体晶界处形核，奥氏体在随后发生相变时，形核率降低，B对晶粒的长大速度影响不明显，但使晶粒的平均尺寸变大，0.003 5%B较0.001 5%B的铁素体尺寸变大，降低了晶界与位错的相互作用，一定程度上提升钢板的抗时效性能。

3 结论

（1）当C含量为0.02%～0.05%、N含量≤0.005%时，C、N间隙原子越多，镀锌板经三涂三烘彩涂模拟后的屈服平台值变大，模拟彩涂后的抗时效性越差。

（2）添加质量分数分别为0.001 5%、0.003 5%的B元素有助于改善低碳钢的抗时效性能，添加0.003 5%的B元素与添加0.001 5%的B元素相比，在增加固化C、N间隙原子的同时铁素体尺寸变大，降低了晶界与位错的相互作用，提升了钢板的抗时效性能。

（3）C、N含量分别为0.026%、0.002%时，通过添加0.003 5%的B元素使得低碳铝镇静钢经模拟三涂三烘后的屈服平台增加≤4%（满足客户≤8%的要求）。