供稿|王亞東 / WANG Ya-dong

超低碳無間隙原子鋼(IF鋼)是目前深沖性能最好、級(jí)別最高的沖壓用鋼。工業(yè)生產(chǎn)的IF鋼按所添加的合金元素不同可分為：?jiǎn)我患逾伒腡i-IF鋼、加鈮的Nb-IF鋼以及復(fù)合加鈦鈮的Ti+Nb-IF鋼，其中以Ti-IF鋼的產(chǎn)量最高。為使IF鋼的使用范圍向深度和廣度發(fā)展，學(xué)者不斷的進(jìn)行著IF鋼機(jī)理的研究。

鋼板熱軋中均勻細(xì)小的晶粒、退火時(shí)粗大稀疏的第二相粒子以及極低的C、N間隙原子固溶量均有利于退火過程中<111>//ND織構(gòu)的發(fā)展，從而有利于提高退火鋼板的性能。而熱軋鋼板晶粒尺寸的變化、冷軋退火后第二相粒子的形態(tài)、尺寸和分布及C、N間隙原子的固定，均與第二相粒子密切相關(guān)，因此研究第二相粒子在熱軋過程中析出及冷軋退火過程中析出物的變化對(duì)提高IF鋼的性能具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

熱軋工藝參數(shù)對(duì)第二相粒子析出的影響

Ti-IF鋼的最終性能受熱軋板的微觀組織及析出物的形態(tài)影響很大。細(xì)小均勻的微觀組織及粗大的析出物形態(tài)均影響Ti-IF鋼最終性能指標(biāo)中的延伸率及r值；析出物形態(tài)細(xì)小彌散阻礙再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，影響r值的提高[1]。對(duì)于給定化學(xué)成分的Ti-IF鋼，熱軋工藝采用低的板坯加熱溫度、低溫終軋、高溫卷取等能夠獲得有利于Ti-IF鋼最終性能的微觀組織和析出物形態(tài)。

板坯加熱溫度

板坯加熱過程中會(huì)發(fā)生第二相粒子的溶解或析出，因此第二相粒子的形態(tài)和大小取決于Ti-IF鋼板坯加熱溫度的選擇。Sotoh等人研究了碳氮化物在1000 ℃和1250 ℃加熱時(shí)的溶解情況，研究表明：1000 ℃時(shí)NbC徹底溶解，1250 ℃時(shí)AlN徹底溶解，Ti（CN）尚未徹底溶解，且Ti-IF鋼中Ti（CN）粒子的形態(tài)在1250 ℃加熱溫度下比在1000℃加熱溫度下更細(xì)小、彌散[2]，由此可知粗大的析出物在低溫加熱時(shí)易得到，對(duì)r值有利，尤其對(duì)Ti-IF鋼。

終軋溫度

終軋溫度直接影響退火鋼板的組織性能和織構(gòu)特征。Ti-IF鋼板熱軋工藝參數(shù)按表1控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在810 ℃和910 ℃終軋時(shí)，Ti-IF鋼的性能水平較好，晶粒比較均勻，r值及n值可分別達(dá)到2.0及0.3以上[3]?？棙?gòu)檢驗(yàn)結(jié)果表明，{111}取向織構(gòu)強(qiáng)度在這兩個(gè)溫度下終軋時(shí)要比其它兩種溫度終軋時(shí)的強(qiáng)很多，有利的{111}取向織構(gòu)可使Ti-IF鋼最終獲得優(yōu)良的深沖性能。因此為了保證熱軋時(shí)晶粒細(xì)化并最終獲得良好的深沖性能，終軋溫度剛好略高于Ar3和終軋后立即快速冷卻是目前一般采取的工藝措施。終軋過程滿足上述兩個(gè)條件前提下，晶粒尺寸約為20 μm，能使最終產(chǎn)品的值提高0.2左右[4]。

表1 熱軋工藝參數(shù)

卷取溫度

熱軋過程中卷取溫度是控制析出物形態(tài)的最后一個(gè)影響因素。卷取溫度的變化，對(duì)TiN、TiS 和Ti4C2S2粒子的影響不大，這些析出物在卷取前就已基本全部析出。Ti-IF鋼隨著卷取溫度的升高，Ti（CN）粒子的尺寸粗大進(jìn)而形成了粗大的粒子形態(tài)，使r值呈上升趨勢(shì)，有利于沖壓性能的提高[5]。

退火工藝參數(shù)對(duì)析出物及性能的影響

本次實(shí)驗(yàn)用鋼板，其化學(xué)成分見表2，熱軋工藝參數(shù)為：板坯加熱溫度1200 ℃，終軋溫度900 ℃，卷曲溫度740 ℃。熱軋板厚度為4.5 mm，冷軋板厚度為0.8 mm。對(duì)帶鋼在170 m/min和220 m/min兩種退火速度下的連續(xù)退火工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般來說，由于連續(xù)退火的快速加熱、快速冷卻的特性，必須采取高溫退火（800 ℃以上），才能夠保證完成充分的再結(jié)晶，本次實(shí)驗(yàn)選擇820 ℃、860 ℃兩種比較典型的退火溫度。

每一試驗(yàn)條件下在鋼板的寬度方向的1/4處取拉伸試樣（0°方向、45°方向及90°方向各4個(gè)），加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，檢測(cè)屈服強(qiáng)度（Rp0.2）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、延伸率（A80）、r值，各數(shù)值均為三個(gè)方向的平均值。同樣在鋼板的寬度方向的1/4處取金相試樣，將樣品打磨、拋光，進(jìn)行金相觀察，并在4%硝酸酒精溶液中腐蝕，待樣品烘干后直接噴碳和電解脫膜，制得萃取復(fù)型電鏡樣品，在透射電鏡上觀察第二相粒子形態(tài)、大小及分布，并對(duì)析出物進(jìn)行電子衍射花樣分析、能譜分析及標(biāo)定，加速電壓為200 kV。

表2 試驗(yàn)用鋼板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

力學(xué)性能

從表3可以看到，不管是在170 m/min還是在220 m/min的退火速度下，退火溫度由820℃升高到860℃，其屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均有所降低；屈服強(qiáng)度下降約5 MPa，抗拉強(qiáng)度下降約9 MPa，延伸率增加約4%。r值隨退火溫度或退火速度的升高而升高，在不同的退火工藝條件下r值增高約0.1。另外，在220 m/min退火速度條件下可獲得較高的強(qiáng)度、延伸率和r值。

金相

圖1為各種退火工藝條件下得到的金相組織，從圖中可以看出，在不同工藝條件下，試樣的再結(jié)晶過程均進(jìn)行的很完全，晶粒長(zhǎng)大也很充分。另外，從照片上也可以看出，各晶粒之間的晶界區(qū)分不明顯，顯示具有較強(qiáng)的織構(gòu)效應(yīng)。

第二相粒子

圖2為兩種退火速度下試樣析出相的透射電鏡照片。通過對(duì)析出相進(jìn)行電子衍射花樣分析、能譜分析并對(duì)比不同退火條件下第二相粒子的變化，可知在退火時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（170 m/min退火速度），820 ℃時(shí)方形的TiN四周已經(jīng)聚集了一些細(xì)小的退火過程中的析出相，并開始依附在其表面上長(zhǎng)大，使得其原本方形的輪廓趨于模糊。在860 ℃退火時(shí)，幾乎已經(jīng)看不到TiN 的方形輪廓，長(zhǎng)大為球形；在退火時(shí)間較短時(shí)（220 m/min退火速度），820 ℃退火時(shí)，只有部分TiN粒子周圍聚集了一些小的析出相，其方形輪廓較為清晰，860 ℃退火時(shí)變?yōu)榍蛐巍?/p>

退火溫度提高，Ti（CN）粒子聚集長(zhǎng)大，尺寸變大，數(shù)量減少較為明顯。在退火溫度升高時(shí)，TiC的數(shù)量急劇減少，說明TiC在高溫退火時(shí)發(fā)生了溶解，部分聚集長(zhǎng)大，部分依附于較大的TiN、Ti4C2S2等析出相上生長(zhǎng)，這也造成了大尺寸析出相的形態(tài)由規(guī)則的方形演變成球形。TiC及TiN在820℃退火時(shí)沿晶界彌散析出，在860 ℃聚集長(zhǎng)大，而退火時(shí)間的影響相對(duì)較小，因此退火溫度是影響第二相析出長(zhǎng)大的主要因素。

表3 不同退火工藝條件下的Ti-IF鋼的力學(xué)性能

圖1 不同退火工藝條件下鐵素體的晶粒組織

力學(xué)性能和析出相

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，強(qiáng)度受退火時(shí)間及退火溫度的影響，隨退火溫度的升高和退火時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，延伸率與r值則剛好與強(qiáng)度的規(guī)律相反。這主要是受析出相的影響，在所選擇實(shí)驗(yàn)溫度條件下，低溫短時(shí)退火條件時(shí)，析出相細(xì)小彌散，隨溫度升高時(shí)間增長(zhǎng)，細(xì)小彌散分布的析出相逐漸聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)化作用減小，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。同時(shí)第二相的聚集長(zhǎng)大又有利于延伸率的增加和r值的升高。

第二相在晶界析出，對(duì)于晶界及冷軋過程中產(chǎn)生的位錯(cuò)起到了釘扎作用，阻礙了再結(jié)晶過程的進(jìn)行及晶粒長(zhǎng)大，從金相照片上可以看出，在不同的退火溫度及退火速度條件下，晶粒尺寸變化不大，這也是強(qiáng)度受工藝條件變化影響較小的主要原因。

圖2 不同退火條件下析出物形態(tài)TEM

結(jié)論

（1）采用低溫加熱、終軋及高溫卷取的熱軋工藝可獲得有利于性能的微觀組織和析出物形態(tài)。

（2）退火溫度升高，第二相粒子的聚集長(zhǎng)大有利于延伸率的增加和r值的升高。

（3）退火溫度由820 ℃升高到860 ℃，Ti-IF鋼在170 m/min和220 m/min兩種退火速度下強(qiáng)度有所下降，延伸率和r值上升。

（4）退火速度主要影響強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和r值，隨著退火速度的升高強(qiáng)度、延伸率和r值升高。

[1] 梁志德, 徐家貞, 王福. 織構(gòu)材料的三維取向分析術(shù)—DOF分析. 沈陽(yáng): 東北工學(xué)院出版社, 1986

[2] S. Sotoh. Technology of continuously annealed cold-rolled sheet steel. Proc. Conf. held at the TMS-AIME Fall Meeting，in Detroit.Michigan, USA, 1984: 151

[3] 楊雪梅, 李姚兵, 蘇嵐, 等. 終軋溫度對(duì)Ti-IF鋼組織和深沖性能的影響. 物理測(cè)試, 2008, 26(6): 21

[4] Takechi H. Metallurgy aspects on interstitial free from industrial viewpoint. ISIJ International, 1994, 34(1): 1

[5] 商建輝, 王先進(jìn), 蔣冬梅, 等. 卷取溫度對(duì)Ti-IF鋼第二相粒子及晶粒尺寸的影響. 鋼鐵, 2002, 37(3): 43