張 磊,夏茂森,宋振官
(濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250101)
濟(jì)鋼利用“ASP 連鑄連軋+雙機(jī)架可逆軋機(jī)+罩式退火爐”成功大批量生產(chǎn)Ti-IF 鋼。IF 鋼又稱無間隙原子鋼,是在超低碳鋼中加強(qiáng)碳、氮化物形成元素,使鋼中C、N 原子完全以碳、氮化物形式從基體中析出,鋼中無間隙原子存在,因而具有優(yōu)異的塑性應(yīng)變比(r)、高的應(yīng)變硬化指數(shù)(n)、良好的伸長率及非時效的特性,從而廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。研究表明[1],IF 鋼之所以具有高的深沖性能與其髙取向密度的再結(jié)晶γ纖維織構(gòu)({111}∥ND)密切相關(guān),而IF 鋼的成分、熱軋、冷軋、退火每一環(huán)節(jié)都對最終成品的{111}∥ND織構(gòu)形成均起到重要作用。
本研究結(jié)合濟(jì)鋼生產(chǎn)實踐,選取不同成分的IF鋼樣品,針對IF鋼生產(chǎn)過程中的熱軋、冷軋和退火3個工序進(jìn)行分析,測定并計算熱軋、冷軋和退火試樣中的織構(gòu)組分及體積分?jǐn)?shù),討論IF鋼生產(chǎn)過程中從熱軋到冷軋再到退火試樣的織構(gòu)演變過程及傳承關(guān)系。
從濟(jì)鋼工業(yè)化生產(chǎn)中隨機(jī)挑選兩爐IF鋼,分別選取熱軋、冷軋、退火狀態(tài)的薄板試樣,線切割成24 mm×14 mm 試樣。使用200~1000 號砂紙打磨至1/4處表面,使用德國SIMENS公司生產(chǎn)的D500有測角臺的X 射線衍射儀測定{110}、{200}、{211}極圖數(shù)據(jù)。采用Bunge 級數(shù)展開法計算ODF 數(shù)據(jù)并繪出ODF截面圖和α、γ取向線上取向密度的變化。試樣化學(xué)成分及編號如表1所示,試樣的熱軋、退火工藝在工業(yè)生產(chǎn)過程中基本一致,但熔煉成分及冷軋總壓下率存在差異。
表1 試樣熔煉成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及冷軋壓下率
3.1 熱軋板織構(gòu)
熱軋試樣的織構(gòu)定量分析及ODF圖如表2、圖1所示。通過熱軋板織構(gòu)的ODF 恒45°截面圖可以看出,在ASP中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝下,熱軋板織構(gòu)已經(jīng)具有一定量的γ纖維織構(gòu),強(qiáng)度為5.2~6.5 級;同時熱軋板的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)、高斯織構(gòu)和{112}<110>織構(gòu)強(qiáng)度較高,強(qiáng)度都達(dá)到了3.0級。
表2 不同熱軋板織構(gòu)分析
通常情況下,熱軋過程金屬內(nèi)部主要發(fā)生兩種微觀過程:一是以位錯運動為主的塑形變形,并伴隨著金屬基體缺陷密度的增加;二是以回復(fù)、形核和晶粒長大為主的動態(tài)再結(jié)晶,并伴隨著金屬基體缺陷密度的下降。兩者在變形過程中同時或交替出現(xiàn),因而使試樣在熱軋過程中發(fā)生復(fù)雜的微觀變化。軋制過程導(dǎo)致金屬內(nèi)生成變形織構(gòu),動態(tài)再結(jié)晶過程會造成再結(jié)晶織構(gòu),但兩過程同時或交替進(jìn)行,使兩類組織均不能得到充分發(fā)展,所以往往導(dǎo)致熱變形后金屬形成很弱的織構(gòu)[2]。但在ASP中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝下,采用合理終軋和卷取工藝,濟(jì)鋼Ti-IF鋼熱軋形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu),達(dá)到5 級,為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。
圖1 熱軋試樣ODF恒45°截面
熱軋板α取向線上織構(gòu)密度的最強(qiáng)點在0°和55°~60°之間,即為旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)和γ纖維織構(gòu)(見圖2a)。熱軋板γ取向線上的織構(gòu)平均密度在5.5級左右,其織構(gòu)密度最強(qiáng)點在{111}<112>織構(gòu)上,強(qiáng)度達(dá)到5.8 級,織構(gòu)最弱點在φ1=70°上,{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度為5.3級(見圖2b)。
圖2 各熱軋板的α、γ取向密度線
1120卷與1130卷屬同一爐鋼的熱軋鋼板,含C量為35×10-6,1050 卷與1070 卷屬同一爐鋼的熱軋板,含C 量為45×10-6。從ODF 恒45°截面圖1 中可以看出,含C量低的{111}
綜上所述,在濟(jì)鋼ASP 連鑄連軋生產(chǎn)工藝下,Ti-IF 鋼形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu),達(dá)到5 級,為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。隨著含C量的增加,Ti-IF鋼有利織構(gòu){111}的含量減小,有害織構(gòu){100}的含量增加,對深沖性能不利,進(jìn)而影響到退火板的深沖性能。
3.2 冷軋板織構(gòu)
圖3是不同冷軋板的ODF恒45°截面圖。3個冷軋卷均有較高的{111}面織構(gòu)強(qiáng)度和較弱的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>及{112}<111>,強(qiáng)度分別為10級、1~2級、4級。冷軋卷27和28來自同一爐鋼,冷軋壓下率分別是78%和82%,隨著冷軋壓下率的提高,{111}面織構(gòu)強(qiáng)度增加,同時旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>也有所增強(qiáng),高斯織構(gòu){011}<100>隨冷軋壓下率的增加而減少。29 冷軋卷壓下率也是82%,C 含量增加到45×10-6,其高斯織構(gòu)增強(qiáng)。
圖3 不同冷軋板的ODF恒45°截面
圖4 是各冷軋板的γ、a、ε取向密度線??偟目磥?,冷軋板織構(gòu)具有完整的γ纖維織構(gòu)({111}∥ND)和不完整的a 纖維織構(gòu)(<110>∥RD)。γ纖維織構(gòu)分布相對均勻,28 卷和29 卷取向密度變化趨勢一致,取向密度在10~11 之間變動,27 卷取向密度變化趨勢恰好和28、29卷相反。27、28、29卷的a纖維織構(gòu)變化趨勢一致,取向密度差別較小,均在{111}<110>處達(dá)到峰值,在{001}<110>和{011}<110>處降到最低。ε織構(gòu)在φ<55°時各個織構(gòu)取向密度幾乎都趨于0,φ>55°時,取向密度隨φ增加而增大,在{011}<110>達(dá)到最大,不過其最大值也僅在2.0左右??棙?gòu)比熱軋板減少,{111}/{100}的強(qiáng)度比顯著增加,保證Ti-IF鋼深沖性能得到較大提高。
圖4 各冷軋板的γ、α、ε取向密度線
表3是不同冷軋卷織構(gòu)占有率定量分析。由表3可知,{111}織構(gòu)的含量比熱軋板約高1倍,而{100}
表3 不同冷軋鋼卷及罩式退火后的鋼卷織構(gòu)占有率
3.3 罩式退火后織構(gòu)
圖5為罩式退火后ODF恒45°截面圖,圖中27卷、28 卷經(jīng)罩式退火后均有較強(qiáng)的{111}織構(gòu),強(qiáng)度分別為12級、10級,而29卷的{111}織構(gòu)較弱,僅為6級,這從表3 也可看出,29 卷的{111}織構(gòu)含量僅為12.85%,其余兩個的{111}含量在20%左右。
圖5 罩式退火工藝下ODF恒45°截面
含C為35×10-6的27卷與28卷相比,前者的壓下率為78%,而后者的壓下率為82%,由圖5 可知,退火板均有10 級以上較強(qiáng)的{111}織構(gòu)。前者的{111}織構(gòu)含量為22.29%,比后者的(19.66%)高,但是{100}有害織構(gòu)也比后者高。作為衡量深沖性能標(biāo)準(zhǔn)之一的{111}/{100},前者為9.57,后者為10.29(見表3)。當(dāng)總壓下率<90%時,在含C量相同的情況下,壓下率越大,{111}/{100}越高,深沖性能越好。對于含C 量為45×10-6的29 卷,其{111}面織構(gòu)含量偏低,原因可能與第二相粒子或夾雜有關(guān),有待進(jìn)一步研究。
對編號1120 的鋼卷在不同工序下對ODF 圖及α、γ取向密度線進(jìn)行對比,如圖6、圖7所示。
從圖6a 中可以看出,熱軋板由{111}面織構(gòu)、旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>、立方織構(gòu){001}<011>、銅型織構(gòu){112}<111>、高斯織構(gòu){011}<100>等織構(gòu)組成。值得一提的是,與傳統(tǒng)的IF 鋼相比較,濟(jì)鋼IF 鋼熱軋形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu),達(dá)到5級,為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r 值打下了基礎(chǔ)。圖6b是冷軋織構(gòu),{111}面織構(gòu)在冷軋過程中進(jìn)一步得到加強(qiáng),達(dá)到10級;旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>由3級降至2 級;高斯織構(gòu)和立方織構(gòu)消失。圖6c 是退火織構(gòu),退火后{111}面織構(gòu)減弱,高斯織構(gòu)出現(xiàn)。
圖6 不同工序試樣的ODF恒45°截面
圖7 不同工序試樣對應(yīng)的α、γ取向密度線
由圖7 可以看出,在α取向線上,熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度呈現(xiàn)雙峰分布,在{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>處達(dá)到極大值,分別為4 級、3.5 級、6 級,在φ=20°及70°~90°附近,織構(gòu)強(qiáng)度趨于0,即為不完全織構(gòu)。冷軋板和退火板織構(gòu)強(qiáng)度出現(xiàn)單峰分布,在{111}<110>處達(dá)到最大值,為9.5 級左右,退火板峰值比冷軋板峰值小1 級。同時可以看出,熱軋板在冷軋后,織構(gòu)強(qiáng)度分布由雙峰變成單峰,{112}<110>向{111}<110>轉(zhuǎn)變,直接導(dǎo)致{111}<110>強(qiáng)度提高(見圖7a)。在γ取向線上,熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度分布較為平坦,為6級左右,在冷軋和退火后γ纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng),達(dá)到8 級以上(見圖7b)。冷軋板和熱軋板的織構(gòu)強(qiáng)度分布趨勢相仿,只是強(qiáng)度提高了約5個級。退火后織構(gòu)強(qiáng)度隨φ單調(diào)增加。對比冷軋板織構(gòu)分布可以看出,退火后,{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度減弱,{111}<112>織構(gòu)增強(qiáng)。表4 是不同工序織構(gòu)占有率分析,是上述分析的一個量化。相較冷軋試樣,罩式退火后{111}面織構(gòu)含量和{100}面織構(gòu)含量均有小幅下降,但{111}/{100}的強(qiáng)度比由9.12 提高至10.29,成型性能進(jìn)一步加強(qiáng)。
表4 不同工序鋼卷的織構(gòu)占有率
5.1 在濟(jì)鋼ASP 連鑄連軋生產(chǎn)工藝下,Ti-IF 鋼熱軋板由{111}面織構(gòu)、旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>、立方織構(gòu){001}<011>、銅型織構(gòu){112}<111>、高斯織構(gòu){011}<100>等織構(gòu)組成。
5.2 濟(jì)鋼Ti-IF 鋼熱軋板形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu),達(dá)到5級,為后續(xù)形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。
5.3 Ti-IF 鋼熱軋織構(gòu)與含C 量有密切關(guān)系,隨著含C 量的增加,有利織構(gòu){111}的含量減小,有害織構(gòu){100}的含量增加,對深沖性能不利。
5.4 在a 取向線上,熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度呈現(xiàn)雙峰分布,在{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>處達(dá)到極大,在φ=20°及70°~90°附近為不完全織構(gòu);冷軋板和退火板織構(gòu)強(qiáng)度呈單峰分布,在{111}<110>處達(dá)到最大,退火板峰值比冷軋板峰值小1級。
5.5 在γ取向線上,熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度分布較為平坦,在冷軋和退火后γ纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng),冷軋板和熱軋板的織構(gòu)強(qiáng)度分布趨勢相仿,只是強(qiáng)度有所提升;冷軋織構(gòu)在罩式退火后,{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度減弱,{111}<112>織構(gòu)增強(qiáng),{111}/{100}的強(qiáng)度比進(jìn)一步加強(qiáng)。
[1]于鳳云,王軼農(nóng),蔣奇武.深沖IF鋼再結(jié)晶{111}纖維織構(gòu)形成機(jī)制探討[J].材料科學(xué)與工藝,2008,16(5):137-140.
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