轧制差厚板力学性能差异化控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属轧制产品技术领域，具体涉及一种轧制差厚板力学性能差异化控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，差厚板在汽车行业应用非常广泛，最典型的差厚板就是激光拼焊板。激光拼焊板技术可以将不同厚度、不同材质、不同性能的钢板焊接在一起，作为冲压零件母板，从而大幅度降低汽车重量。
[0003]由于激光拼焊板焊缝处存在厚度、性能突变等不良影响，所以相关学者研究开发厚度连续变化的板材。在21世纪初发展而来的连续轧制差厚板成为汽车行业关注的热点之一，其途径是利用轧制的方法直接生产出周期性变厚度带钢，横切以后变为纵向变厚度板材(TRB，Tailor Rolled Blank)，简称差厚板或TRB板，如图1所示)。差厚板与激光拼焊板相比具有以下优点:①省去了焊接工序,可降低生产成本；②连续性生产，生产效率高、操作容易、可靠性好；③没有焊缝，表面质量好；④用过渡区代替焊缝，连接强度提高，性能的均匀性大幅度提高厚度控制容易，可以方便地生产出二种以上厚度组合的板材厚度过渡区的长度和形状可以控制，可根据冲压件服役时的受力状况，设计过渡区的长度和过渡区厚度与位置的关系曲线，这是激光拼焊板做不到的。
[0004]国内外围绕着差厚板的理论研究和开发主要还是局限在厚度尺寸的控制。关于差厚板不同厚度区域力学性能的差异化控制，国内外还没看到相关的文献报道。在进行轧制差厚板实验和生产过程中，发现退火后的变截面板材出现了力学性能差异化现象，本专利将针对连续轧制差厚板的生产工艺流程，提出冷轧工艺流程下的低成本力学性能差异化轧制差厚板的生产控制方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是开发冷轧工艺流程下的工艺控制方法，根据实际需求，控制轧制差厚板不同厚度区域的力学性能，获得同材质不同力学性能的轧制差厚板，从而扩大轧制差厚板的应用范围，为汽车设计师提供更多的设计空间。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种轧制差厚板力学性能差异化控制方法，包括如下步骤:
[0008]( I)确定原材料选取的基准
[0009]确定目标产品(即轧制差厚板)的规格和性能差异化要求后，选取目标产品最厚区域的厚度作为原材料厚度的基准厚度值；选取目标产品(即轧制差厚板)中的最低强度作为原材料力学性能的基准参考值(一般对汽车零部件设计而言，最薄区域对强度要求最低，厚区对强度要求要高)，即以目标产品的最低屈服强度作为原材料的屈服强度基准参考值，以目标产品的最低抗拉强度作为原材料的抗拉强度基准参考值，以目标产品的最低延伸率作为原材料的延伸率基准参考值；
[0010](2)选取原材料
[0011]根据步骤(I)确定的原材料力学性能(包括屈服强度、抗拉强度和延伸率等)的基准参考值和原材料厚度的基准厚度值，选择所需厚度和力学性能的带钢作为原材料，选择原则为:原材料屈服强度 > 原材料的屈服强度基准参考值，原材料抗拉强度 > 原材料的抗拉强度基准参考值，原材料延伸率 > 原材料的延伸率基准参考值；基准厚度值 <原材料厚度< 1.25倍基准厚度值；
[0012](3)根据目标产品的尺寸要求对原材料进行连续轧制，通过一个道次轧出严格满足成品尺寸要求的轧制差厚板。
[0013](4)根据目标产品的性能差异化要求，选择合适的退火工艺进行退火处理，根据力学性能差异化特点，分为以下几种情况:
[0014]①目标产品其薄区强度高，厚区强度低(是指厚区强度与薄区强度的差值超出厚区强度的10%):检测轧制工序完成后的轧制差厚板力学性能，如果薄区强度和延伸率等力学指标满足标准要求，则板材不需要进行热处理(厚区由于变形率很小，其强度和延伸率等指标一般都在标准要求以内)，直接进行步骤(5 )。
[0015]②目标产品其薄区强度低，厚区强度高(是指厚区强度与薄区强度的差值超出薄区强度的10%):根据薄区的变形率，选择合理的退火工艺，该退火工艺应该满足:差厚板薄区部分能够进行完全再结晶，而厚区只能处于不完全退火区或去应力退火区。根据大量实验表明，对于同样原始厚度，采用不同压下率得到的目标，其临界再结晶退火温度随着压下率的增加而降低，这意味着不同厚度的产品，如果退火温度选择合适，将能够满足薄区处于完全再结晶，而厚区只能处于不完全退火区或去应力退火区，这就能够实现厚区强度高，且薄区强度低的设计要求。通过这种处理，薄区由于产生再结晶，强度和延伸率等指标调整到原料板材的力学性能附近；厚区由于无法进行完全再结晶，其加工硬化无法完全消除，对应晶粒仍处于半硬化态，从而其强度仍然很高，但延伸率比硬化态有所改善。将检测得到的薄区和厚度力学性能数值和基准值进行比较，如果强度偏高、延伸率偏低，可以适当提高退火温度，直至满足要求。如果强度偏低、延伸率有裕量，则适当降低退火温度、减少保温时间，直至强度和延伸率满足标准要求。
[0016]③目标产品其薄区强度和厚区强度相差不大(是指厚区强度与薄区强度的差值不超出薄区强度的10%):根据薄区的变形率，选择高温退火工艺，且高温保温时间适当延长，直至薄区和厚区都能够满足完全再结晶要求。将检测得到的薄区和厚度力学性能数值和基准值进行比较，如果强度偏高、延伸率偏低，可以适当提高退火温度，直至满足要求。如果强度偏低、延伸率有裕量，则适当减少保温时间，直至强度和延伸率满足标准要求。
[0017](5)针对成品板的力学性能差异化要求，进行局部平整和矫直处理，对力学性能进行微调。
[0018]经步骤(3)得到的轧制差厚板，如果其力学性能满足标准要求，则直接进行剪切包装。如果强度值偏低，则需要根据具体情况进行微整，具体如下:
[0019]①薄区强度比标准值稍低，则通过薄区平整进行调整。由于平整工艺采取的压下率很小，一般在0.5%?1.5%左右，其对成品板的厚度公差和长度公差影响很小，不会造成尺寸超出成品板的公差，但由于这个变形率会使得被平整部分的屈服强度得到提高，提高量大致在15-40MPa，这样可以针对薄区部分进行局部平整，从而改善薄区的强度，且不影响延伸率等其它指标，使之满足标准要求。
[0020]②薄区强度和厚区强度都偏低，对这两部分都采用平整工序进行调整，适当提高这两部分强度，且不影响延伸率等其它指标，使之满足标准要求。
[0021]③厚区强度比标准值稍低，则通过厚区平整进行调整。由于平整工艺采取的压下率很小，一般在0.5%?1.5%左右，其对成品板的厚度公差和长度公差影响很小，不会造成尺寸超出成品板的公差，但由于这个变形率会使得被平整部分的屈服强度得到提高，提高量大致在15-40MPa，这样可以针对厚区部分进行局部平整，从而改善厚区的强度，且不影响延伸率等其它指标，使之满足标准要求。
[0022](6)对所得力学性能差异化满足标准的轧制差厚板进行剪切和落料处理。分两种情况:如果产品没有进行最后的平整矫直，则其长度尺寸完全满足成品板要求，直接进行剪切即可；而如果产品进行了平整和矫直，虽然其各部分长度都满足成品板公差要求，但是其累计长度或比成品板稍长几个毫米，所以通过剪切得到的板材最后需要通过落料模具进行落料处理，试制满足成品板长度要求。
[0023]本发明方法原理如下:
[0024]根据轧制差厚板的力学性能差异化特点，将轧制差厚板分为三种类型，如图2 (a)-(c)所示(以两段轧制差厚板为例)。
[0025]连续轧制差厚板的冷轧生产工艺流程如下:连续变截面轧制一热处理一平整或矫直一剪切。在这些工艺流程中，能够对力学性能产生影响的步骤为前三个，其中轧制过程基本为加工硬化，热处理过程为软化，平整矫直过程为消除吕得斯带或改善力学性能。
[0026]从原始等厚度材料轧制成厚度不同的轧制差厚板，意味着成品板不同厚度对应的压下率不同，从而在轧制工序完成后，其各个厚度位置对应的加工硬化程度不同，成品板厚度越厚，其加工硬化程度越小，成品板厚度越薄，其加工硬化程度越大。根据图3的拉伸曲线分析，轧制工序后，轧制差厚板各个部位对应的力学性能不同。
[0027]分析成品板不同厚度的力学性能要求，选取其中对强度要求最低的厚度区域作为原材料力学性能基准参考(一般对汽车零部件设计而言，最薄区域对强度要求最低，厚区对强度要求要高)，然后选取成品板最厚区域的厚度最为原材料厚度的基准参考。再根据力学性能参考和基准厚度参考，根据上述步骤(2)选取原则选择合适的原材料。针对上述要求，根据各大钢铁企业的产品标准，和客户的要求，选择合适规格的原材料。
[0028]轧制差厚板力学性能差异化工艺控制