（材料学专业论文）冷轧if钢板织构、微观组织及其相互关系的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 冷轧i f 钢板织构、微观组织及其相互关系的研究 摘要 l f 钢扳( i n t e r s t i t i a lf r e es t e e ls h e e t ) 是冲压性能优异的汽车用钢板，其较低的 屈服强度和高的塑性应变比值与织构密切相关，冷轧和再结晶织构的控制，是i f 钢板获得优越的深冲性能的关键。因此，对i f 钢板冷轧组织、织构和微取向的研 究一直倍受关注。本论文以实验为基础，结合模拟技术，重点研究冷轧i f 钢板的 微观组织特征和冷轧织构形成机理。 本论文以宝钢提供的热轧i f 钢板为实验材料，定量研究了工艺参数对冷轧if 钢板中主要织构组分( y 一纤维织构( n d ( 1 1 1 ) ) 和一纤维织构( r d ( 1 1 0 ) ) ) 的影响：采用透射电子衍射分析，研究了轧制过程中微取向的变化规律及晶问形 变的不均匀性；测试了速比为l t2 7 8 和1 0 5 6 异步轧制条件下i f 钢板织构的变化 规律，并应用有限元方法，定量地确定轧制工艺参数和异步轧制条件下的应变张 量：应用t a y l o r 模型对异步轧制织构进行了模拟。 研究结果表明：( 1 ) 压下量达到7 0 时，y 一纤维织构增加缓慢，而c 一纤维织 构迅速增加，在压下量为9 0 时，a 一纤维织构强度接近y 一纤维织构；( 2 ) 不| 司冷 变形量下的t e m 形貌图表明，形变的不均匀性是普遍存在的。晶粒形变的程度与 该晶粒的t a y l o r 因子有关：具有高的t a y l o f 因子的晶粒容易不变形；反之，具 有低t a y 【o f 因子的晶粒容易变形；( 3 ) 异步轧制的主要织构组分与同步轧制相同， 仍由a 和y 纤维织构组成。快、慢辊侧的各织构组分百分比随着压下量的增加都 呈上升的趋势。速比为1 0 5 6 时，快、慢辊侧的各织构组分百分比相差不大，且与 同步轧制时基本相同；速比为1 2 7 8 时，快辊侧和慢辊侧的织构分布与强度差异较 大，快辊侧的各织构组分百分比始终强于慢辊侧；( 4 ) 有限元模拟结果表明，轧 制过程中沿板厚方向剪切应变。：变化最大，压下量对这一剪切应变影响显著，而 摩擦系数的影响较小；在异步轧制时，速比对剪切应变、：的影响明显，速比越大 剪切应变最大值越大，并当速比达到1 15 时剪切应变趋于定值；( 5 ) 结合有限元 计算得到的剪切应变结果，进行织构模拟，所得织构变化趋势与实验结果相符， 很好地解释了异步轧制织构的形成原因。 关键词：i f 钢( 无间隙原子钢) ，织构，异步轧制，形变组织结构，t e m ，有限元 模拟，t a y l o r 模型 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t u d yo nt h e t e x t u r e ，m i c r o s t r u c t u r ea n d t h e i rr e l a t i o no fi fs t e e ls h e e t a b s t r a c t i n t e r s t i t i a lf r e e ( i f ) s t e e ls h e e th a sb e e nw i d e l yu s e di na u t o m o t i v ei n d u s t r yf o ri t s e x c e l l e n td e e pd r a w i n ga b i l i t y i t sl o w e ry i e l dt ot e n s i l es t r e n g t h ( t s ) r a t i oa n dh i g h p l a s t i cs t r a i nr a t i oa r ek n o w n a sr e l 砒i n gt ot h et e x t u r ef o r m e dd u r i n gf i n a la n n e a l i n g i n m a n u f a c t u r i n gi fs t e e ls h e e t ，t h ec o n t r o lo fc o l dr o l l i n ga n dr e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r e b e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt oi n c r e a s ei t sf o r m a b i l i t y i nr e c e n t y e a r s ， i n v e s t i g a t i o n s o nm i c r o s t r u c t u r e ，m a c r o - t e x t u r ea n dm i c r o - t e x t u r eo fd e f o r m e dm e t a l a n da l l o ya r ea t t r a c t i n gm u c hm o r ea t t e n t i o n s b a s i n go ne x p e r i m e n t a la n ds i m u l a t i n g a p p r o a c h ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fd e f o r m a t i o nm i c r o s t r u c t u r ea n df o r m a t i o nm e c h a n i s mo f c o l dr o l l i n gt e x t u r eo fi fs t e e ls h e e ta r ep r i m a r i l ys t u d i e di nt h i sw o r k i nt h ep r e s e n ts t u d y , h o tr o l l e di fs t e e ls h e e to f f e r e db yb a o s t e e lc o r p o r a t i o nw a s s e l e c t e d t h ei n f l u e n c eo fc o l dr o l l i n gp a r a m e t e r so nt h ee v o l u t i o no f7 - f i b e rt e x t u r e ( 1 4 d ) a n d 一f i b e rt e x t u r e ( r d ) i n c o l dr o l l e di fs t e e ls h e e tw a s q u a n t i t a t i v ei n v e s t i g a t e d t h e e v o l u t i o no fl o c a lo r i e n t a t i o na n d i n t e r c r y s t a l l i n e i n h o m o g e n e o u sd e f o r m a t i o nd u r i n gc o l dr o l l i n gw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n so f t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m lt e c h n i q u e n l ed e f o r m a t i o nt e x t u r eo fi fs t e e l s h e e tc r o s ss h e a rr o l l e dw i t ht h es p e e dr a t i o1 0 5 6a n d1 2 7 8w e r e r e s p e c t i v e l y e x a m i n e da n da n a l y z e d ，c o m b i n e dw i t hf i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，t h es h e a rs t r a i n x za n d t h er o l l i n gp a r a m e t e rw e r ed e t e r m i n e d s i m u l a t i o no fc o l dr o l l i n ga n dc r o s ss h e a r r o l l i n gt e x t u r e sw a sd i s c u s s e db yc o m p a r e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s r e s u l t ss h o wt h a t ，( 1 ) i nt h ec a s eo f7 0 c o l dr o l l i n gr e d u c t i o n ，t h e3 - f i b r et e x t u r e i ss l i g h t l ys t r e n g t h e n e d ，w h i l et h eu - f i b r et e x t u r ei n t e n s i t yi n c r e a s e sd r a m a t i c a l l y a st h e c o l dr o l l i n gr e d u c t i o ni n c r e a s e st o9 0 ，t h ei n t e n s i t yo fa - f i b r et e x t u r eg e t st ot h el e v e l a sv - f i b r et e x t u r eh a s ( 2 ) i n h o m o g e n e o u sd e f o r m a t i o ni sw i d e s p r e a d t h ed e f o r m a t i o n d e g r e eo fg r a i n si sr e l a t e dt ot h e i rt a y l o rf a c t o r i e t h eg r a i n sw i t hh i g h e rt a y l o rf a c t o r d e f o r mh a r d l y , a n dt h eg r a i n sw i t hl o w e rt a y l o rf a c t o rd e f o r mr e a d i l y ( 3 ) m a i nt e x t u r e c o m p o n e n t so b t a i n e db yc r o s ss h e a rr o l l i n ga n dn o r m a lr o l l i n ga r es i m i l a r , i e c o n s i s t s o f3 - f i b e rt e x t u r ea n d 甜f i b e rt e x t u r e i nt h ec a s eo fc r o s ss h e a rr o l l i n g f o rt h es p e e d 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t r a t i o1 0 5 6 ，n oo b v i o u sd i f f e r e n c ei nt h ep e r c e n t a g e so f c o l dr o l l i n gt e x t u r ec o m p o n e n t s i so b s e r v e df r o mt h es l o w - t ot h ef a s t r o l l e rs i d e a n dt h ep e r c e n t a g e so ft e x t u r e c o m p o n e n t sa l s os h o wn om u c hm o r ed i f f e r e n c e a sc o m p a r e dw i t ht h o s ed e v e l o p e d d u r i n gn o r m a lc o l dr o l l i n g w h i l ef o rt h es p e e dr a t i o1 2 7 8 ，a l lt h et e x t u r ec o m p o n e n t s a tt h ef a s tr o l l e rs i d eh a v eh i i g h e rp e r c e n t a g e st h a nt h o s ea tt h es l o wm i l e rs i d e ( 4 ) d u r i n gc o l dr o l l i n gp r o c e s s ，t h ec h a n g eo fs h e a rs t r a i na l o n gt h en o r m a ld i r e c t i o no f t h e s h e e t ，x z ，i st h eg r e a t e s t ，w h i c hi sr e m a r k a b l ya f f e c t e db yt h ec o l dr e d u c t i o na n ds p e e d r a t i o t h eh i g h e rt h es p e e dr a t i oa p p l i e s ，t h eg r e a t e rt h em a x i m u mo re x o b t a i n s x zg e t s t oaf i x e dv a l u ew h e nt h es p e e dr a t i oi s1 15 ( 5 ) t e x t u r es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ei nw e l l a g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w h i c h c o u l db ea ne x p l a n a t i o nf o r t h e m e c h a n i s mo f t e x t u r ef o r m a t i o ni nt h ec a s eo f c r o s ss h e a rr o l l i n g k e yw o r d s ：i f - s t e e l ，t e x t u r e ，c r o s ss h e a rr o l l i n g ，d e f o r m a t i o ns t r u c t u r e ，f e m ，f i n i t e e l e m e n ts i m u l a t e ，t a y l o rm o d e l i v 东北大学硕士学位论文声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：鏖艳霞 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 i f 钢是无间隙原子( i n t e r s t i t i a lf r e e ) 钢的简称，是自2 0 世纪7 0 年代以 来随着真空冶炼技术发展而出现并得到工业化生产的新一代钢板。通过降低c 、n 原子含量，添加适量的强c 、n 化含物形成元素，再施以适当的冶炼工艺来固定铁 索体中的间隙原子，使得i f 钢具有低屈服强度、高屈强比、高延伸率、高应变硬 化指数( n 值) 和高塑性应变比( r 值) 等优良性能，从而具有优越的超深冲性能。 i f 钢是继沸腾钢、铝镇静钢( a k 钢) 之后最能代表超低碳铜系列的第三代深冲用 冷轧钢板“j 。 1 1 国内外i f 钢的发展现状 4 0 年代末，c o m s t o c k 等 2 1 提出了i f 钢的构想，即在普通的低碳钢中加入足够 量的钛( t i 4 ( c + n ) ) ，使钢中的c 、n 原子完全析出成t i ( c n ) ，此时该钢具有 优异的深冲性能。但是，当时低碳钢中一般含0 0 5 c 、o 0 0 3 n ，则固定c 、n 所需的t i 约0 2 5 - 0 3 5 。由于t i 价格昂贵，这一发现无法应用于实际生产。 6 0 年代末，由于脱气冶金技术的应用，钢中c 、n 、s 含量大大降低，只要添 加少量t i 和n b 即能获得性能优良的超深冲钢。1 9 6 6 年，i f 钢在日本正式问世， 是八幡制铁申请的专利。据报道【3 l ，约在1 9 6 7 1 9 7 0 年出现了商品i f 钢即第一代 i f 钢，其主要特征是低的含碳量及采用罩式炉进行退火处理。同期，发现钢中加 入适量的铌可以改善深冲性能【4 】。但是，由于生产i f 钢的成本依然较高，只能应 用于少量特殊的难冲部件，而绝大部分深冲钢板都是经过罩式炉退火处理的a k 钢。7 0 年代末，连续退火技术的应用，简化了工艺，降低了成本，从而开始大批 量生产i f 钢。 8 0 年代以来，随着冶炼技术的进一步发展，采用底吹转炉和改进的真空脱气 处理技术( r h 处理) 可以经济的生产出c 0 0 0 2 的超低碳钢，真空处理时间缩 短至2 5 分钟以内，从而由传统的i f 钢时期步入现代i f 钢时代【5 | 6 j ，即第二代i f 钢。随着现代i f 钢成本的降低和其在汽车工业中的良好应用性能，i f 钢在国际范 围内取得飞速发展。目前，日、美、德、法、瑞、俄等国均在生产i f 钢。文献报 道，1 9 8 9 年世界i f 钢产量已超过7 0 0 万吨，其中日本的产量大约为4 0 0 万吨；而 到了1 9 9 7 年，仅日本的产量已多达1 0 0 0 万吨。国内宝钢、武钢等在九十年代初 也开始研究生产i f 钢。 目前，我国可以生产全部普通强度。 8 3 0 c ) ，n b c 分解生成自由c 原子，然后快速冷却使 钢中保留一定量的圃溶c ，从而得到b h 性和抗二次冷加工脆性能力。这样便得到 了高强度( 含p ) ，深冲性( 强的 1 1 1 ) 织构) 和b h 性( 固溶c ) 。 超低碳热轧深冲钢板 热轧深冲板主要用于较厚规格( 如大于3 2 ) 部件的生产，因为生产厚规格冷 轧板有一定困难。但是，一般铝镇静钢热轧板的成型性不好，于是用超低碳钢在 铁素体区轧制来提高热轧板的成型性。对超低碳钢，如果加入充分的钛或铌，铁 素体动态再结晶会被延迟或阻止。当热轧温度降低到铁素体未再结晶区时，如果 累积足够的变形并在适当温度下退火，形变铁素体能够发生再结晶。这样的“热 轧+ 退火”钢板的织构有可能与“冷轧+ 退火”钢板的织构相同，即有较强的 1 1 1 织构，从而得到高的f 值。 超低碳热轧拉延钢板 超低碳热轧拉延钢板具有极好的拉延性能，能够代替拉延件用优良冷轧钢板， 实现“以热代冷”，也能用于冷轧板难以生产的厚度在2 4 m m 且成型性要求高的 零件的制造。 i f 铁素体不锈钢 i f 铁索体不锈钢目前已广泛应用于汽车和建筑行业。它具有i f 钢的优点，即 无屈服点，屈服强度低，延伸性和r 值较高。另外，它比奥氏体不锈钢成本低，且 无应力腐蚀断裂倾向。 由于i f 钢具有的非时效性和超深冲性，以i f 钢为基础已开发出众多超低碳系 列产品，形成了第三代冲压钢，从而打破了以前i f 钢只用于少数难冲件的格局。 一4 一 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 另外，采用铁索体区轧制，开发t r i p 钢，生产加c u 高强i f 钢、超深冲b h 板， 进行板材织构及微观组织控制，表面质量控制等，都是国内外学者不断深入对i f 钢研究的新进展。 1 3i f 钢的深冲性能与织构 1 3 1 衡量深冲性能的主要指标 汽车工业用深冲钢板的各项性能要求受多种因素驱使而有不断提高的趋势， 壤于此，具有优良成形性的极低碳钢( e l c ：o 0 1 c ) ，超低碳钢( u l c ； o 0 0 5 c ) ，以及无间隙原予钢( i f ：o 0 0 5 c 且间隙原子完全稳定) 等深冲用钢， 除要求其含碳低、冶金质量好之外，还对板材的深冲性能提出了更高的要求。 ( 1 ) 塑性应变比r 值 塑性应变比r 值定义为将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样 标距内，宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比，即： 严鱼 巳 式中：b 一试样宽度方向真实应变；e 。一试样厚度方向真实应变。 塑性应变比是评价金属板材深冲性能的重要 材料参数，它反映金属薄板在其平面内，承受拉 力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。它与多晶 体材料中，结晶择优取向有关，是金属薄板塑性 各向异性的一种量度。通常r 值随试样取向而不 同，因此，如图1 1 所示，定义平均塑性应变比f 为： f - - - - ( r o - + 2 r 4 5 - + r g o ) 4 ( 1 2 ) 产值越大，板材在垂直于板法线方向的板平面内 具有越强的塑性流动性，同时，在板厚方向具有 足够的抵抗塑性流动的能力，因此深冲性能越好。 研究表明1 1 7 j ，r 值造成屈服强度各向异性应 归因于晶体学取向，它的大小主要与晶粒的择优 图i 1r 值的方向性 f i g1 1t h er v a l u ed e s c r i p t i o n o f d i f i e r e n td i r e c t i o n s 取向( 即织构) 有关，也就是说与薄板的加工工艺有关， 1 1 1 ) 织构( y 纤维织构) 愈强， 1 0 0 织构愈弱，r 值愈高，薄板抵抗厚向变薄的能力愈强，它的深冲性愈 好。 5 东北大学硕士学位论丈第一章文献综述 另外采用铁素体区轧制，开发t r i p 钢，生产加c u 高强l f 钢、超深冲b h 板， 进行板材织构及微观组织控制，表面质量控制等，都是国内外学者不断深入对i f 钢研究的新进展。 1 3i f 钢的深冲性能与织构 1 3 1 衡量深冲性能的主要指标 汽车工业用深冲钢板的各项性能要求受多种因素驱使而有不断提高的趋势， 鉴于此，具有优良成形性的极低碳钢( e l c ：o 0 1 c ) ，超低碳钢( u l c ； o0 0 5 c ) ，以及无间隙原予钢( i f ：0 0 0 5 c 且间隙原子完全稳定) 等深冲用钢， 除要求其含碳低、冶金质量好之外，还对板材的深冲性能提出了更高的要求。 ( 1 ) 塑性应变比r 值 塑性应变比r 值定义为将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样 标距内，宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比即： f 旦 ( 1 1 ) 已 式中：eb 一试样宽度方向真实应变：e 。一试样厚度方向真实应变。 塑性应变比是评价金属板材深冲性能的重要 材料参数，它反映金属薄板在其平面内，承受拉 力或压力时抵抗变薄或变厚的能力。它与多晶 体材料中，结晶择优取向有关，是金属薄板塑性 各向异性的一种量度。通常r 值随试样取向而不 同，因此，如图1 1 所示，定义平均塑性应变比i 为： f = ( t o + 2 r 4 s - + r g o ) 4 ( 1 2 ) i 值越大，板材在垂直于板法线方向的板平面内 具有越强的塑性流动性，同时，在板厚方向具有 足够的抵抗塑性流动的能力，因此深冲性能越好。 研究表明1 1 7 1 , r 值造成屈服强度各向异性应 归因于晶体学取向，它的大小主要与晶粒的择优 图1 1r 值的方向性 f i g1 1t h erv a l u ed e s c r i p t i o n o f d i f f e r e n td l r e e t i o n s 取向( 即织构) 有关，也就是说与薄板的加工工艺有关， 1 1 1 织构( y 纤维织构) 愈强， 1 0 0 l 织构愈弱，r 值愈高，薄板抵抗厚向变薄的能力愈强，它的深冲性愈 愈强， 1 0 0 ) 织构愈弱，r 值愈高，薄板抵抗厚向变薄的能力愈强，它的深冲性愈 好。 5 。 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 另外，采用铁索体区轧制，开发t r i p 钢，生产加c u 高强i f 钢、超深冲b h 板， 进行板材织构及微观组织控制，表面质量控制等，都是国内外学者不断深入对i f 钢研究的新进展。 1 3i f 钢的深冲性能与织构 1 3 1 衡量深冲性能的主要指标 汽车工业用深冲钢板的各项性能要求受多种因素驱使而有不断提高的趋势， 壤于此，具有优良成形性的极低碳钢( e l c ：o 0 1 c ) ，超低碳钢( u l c ； o 0 0 5 c ) ，以及无间隙原予钢( i f ：o 0 0 5 c 且间隙原子完全稳定) 等深冲用钢， 除要求其含碳低、冶金质量好之外，还对板材的深冲性能提出了更高的要求。 ( 1 ) 塑性应变比r 值 塑性应变比r 值定义为将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样 标距内，宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比，即： 严鱼 巳 式中：b 一试样宽度方向真实应变；e 。一试样厚度方向真实应变。 塑性应变比是评价金属板材深冲性能的重要 材料参数，它反映金属薄板在其平面内，承受拉 力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。它与多晶 体材料中，结晶择优取向有关，是金属薄板塑性 各向异性的一种量度。通常r 值随试样取向而不 同，因此，如图1 1 所示，定义平均塑性应变比f 为： f - - - - ( r o - + 2 r 4 5 - + r g o ) 4 ( 1 2 ) 产值越大，板材在垂直于板法线方向的板平面内 具有越强的塑性流动性，同时，在板厚方向具有 足够的抵抗塑性流动的能力，因此深冲性能越好。 研究表明1 1 7 j ，r 值造成屈服强度各向异性应 归因于晶体学取向，它的大小主要与晶粒的择优 图i 1r 值的方向性 f i g1 1t h er v a l u ed e s c r i p t i o n o f d i f i e r e n td i r e c t i o n s 取向( 即织构) 有关，也就是说与薄板的加工工艺有关， 1 1 1 ) 织构( y 纤维织构) 愈强， 1 0 0 织构愈弱，r 值愈高，薄板抵抗厚向变薄的能力愈强，它的深冲性愈 好。 5 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 ( 2 ) 平面各向异性系数r 值 平面各向异性系数( p l a n ea n i s o t r o p ye x p o n e n t ) ，值表示厚向异性系数r 值在 板面上随方向的变化。r 值定义为 ，2 ( r o - 2 r 4 5 + r 9 0 ) 2( 1 3 ) 廿值的大小决定了杯型拉伸件杯口部位凸耳的形成程度，反映了板面上各向 r 值波动的程度，而不影响板料的成形性能。r 值愈大，板面内各向异性愈严重， 表现在拉伸件边沿不齐，形成凸耳，影响成形件质量。 ( 3 ) 应变硬化指数n 值 应变硬化指数n 值定义为试验材料真实应力一真实应变在双对数坐标平面上 关系曲线的斜率，即： o = k “ ( 1 4 ) 式中 。一真实应力，n m m 2 ：一真实应变；k 一强度系数，n m m 2 。 n 是金属薄板在塑性变形过程中，形变强化能力的一种薰度。研究表明【1 8 j ，n 值大 小主要取决于钢质的纯净度和铁索体晶粒尺寸。提高钢质的纯净度和适当增大铁 素体晶粒尺寸都使n 值增加。 ( 4 ) 织构组分( i f 钢的各向异性) 大量研究表明，板材内的织构与f 值有着密切的联系【嘲。h u t c h i n s o n 总结了这 一关系【2 0 j ，结果表明钢板的 1 1 1 ) 纤维面织构( y 纤维织构) 有利于冲压性能的提 高而其 1 0 0 面织构则不利于冲压性能的提高。材料显微织构组分是衡量其深冲性 能的重要指标。实践证明，上述两种织构的强度比1 t l l l j l l o o i ，与尹大致成宣线关系 ( 见图1 2 ) 。 u 2 4 制 翁1 6 剽 銎o 8 o o 111 0l o 。1 0 0 0 i 1 1 1 力( 0 0 1 ) 图1 2 如l l 以0 0 l 与的i 关系 f i g 1 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e n “1 l l o o l a n d f v a l u e 6 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 假设单晶铁板的轧面为 h h 面，对单晶铁板轧面某方向作拉伸变形。拉伸 方向与板面( u v w ) 面晶向的夹角分别为0 。、4 5 。和9 0 。设单晶体变形时开动 的滑移系是 1 1 0 j ( 1 1 1 ，且为单系滑移，利用s a c h s 模型可求出r 值，得到结论： 不论拉伸方向与晶体( u v w ) 方向的夹角是多少，当晶体的 0 0 1 ) 面平行于板面时 所获得r 值最低，而当晶体的 1 1 1 l 面平行于板丽时所获得的r 值最高。其他情况 则介于两者之间。即晶体( 0 0 1 ) 方向的塑性变形抗力最小，而( 1 1 1 ) 方向的塑性 抗力最大。无间隙原子钢正是利用 1 1 1 ) 纤维面织构( y 纤维织构) 造成的板厚度 方向上的高塑性变形抗力来大幅度地提高钢板的深冲性能。板材的y 一纤维织构 ( , n d ，n d 为轧面法线方向) 越强，其深冲性能越好。影响形成再结晶y 一 纤维织构组分的因素很多，主要有化学成分、热轧状态、卷曲温度、冷轧及退火 工艺等。从微观组织来看，晶粒形状、尺寸也是影响深冲性能的重要因素。过去 的工作大都集中在探索y 一纤维织构形成机理及优化轧制退火处理工艺获得理想 的y 一纤维织构方面 2 2 圳l 。 1 3 2 再结晶织构对深冲性能的影响 随着汽车工业的发展，对汽车用薄板的性能要求越来越高，尤其是塑性应变 比，即其深冲性能。塑性应变比除与板材的成分、组织、夹杂等冶金因素有关外， 再结晶织构是重要的因素。 再结晶织构是指形变金属在再结晶过程中形成的择优取向。它对材料的性能 有着重要的意义。研究i f 钢退火再结晶织构的形成机理，进一步提高y 纤维织构 的强度，对提高i f 钢的深冲性能有着重要的意义。一般来说，再结晶过程中，以 无畸变的新晶粒取代形变组织，从而引起材料织构的变化。而且再结晶织构常常 以某些特定的取向关系与形变织构联系起来。 关于再结晶织构的形成存在以下几种理论： ( 1 ) 定向成核理论 认为再结晶的核心同形变织构之间存在一定的晶体取向关系。这种具有特定取 向的核心依靠吞并形变基体而成长，就形成了再结晶织构。定向成核理论很好地 解释了再结晶织构同形变织构相同的现象。因为按晶界弓出和亚晶长大成核理论 机理形成的再结晶核心的取向和基体的取向是致的。但这个理论难于解释实践 中发现的再结晶过程中织构类型也可能发生变化的现象。 ( 2 ) 定向成长理论 认为在形变基体内存在着所有的晶核，在再结晶时，几乎同时开始成长。只有 那些对于基体取向具有最大晶界迁移速度的晶核成长得快，而那些移动较慢的晶 核，在再结晶时将被吞掉。最后形成以成长最快的晶核为择优取向的再结晶织构。 7 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 这个理论是建立在许多实验事实的基础上的。但却无法解释再结晶织构同形变织 构一致的事实。 ( 3 ) 定向成核一选择生长理论 该理论结合前两种理论，认为再结晶织构是定向成核的再结晶核心选择长大的 结果。这种理论可以很方便地说明形变织构材料，在再结晶时发生的三种基本的 织构类型变化，即：再结晶后保持了原形变织构；再结晶时原形变织构全部 或部分的被一个或几个再结晶织构组分所代替：再结晶时形变织构全部或部分 地被无取向的新晶粒代替。 众所周知，织构对带钢的深冲性能有着最重要的影响，再结晶织构n d # ( 1 1 1 ) 取向有利于提高带钢的深冲性能， 1 0 0 ) 织构降低了带钢的深冲性能， 1 1 0 ) 织构的 影响介于二者之间，即使减少少量的o o o 取向，也会使深冲性能有相当程度的提 高，但是， l l l 取向的增加不会使深冲性能提高很多。理论计算表唰”l ，要抵销 l o o 取向对深冲性能的降低，要求 1 1 1 ) 取向密度是o o o 取向密度的4 至5 倍。 1 3 3 形变组织、织构对再结晶织构的影响 深冲钢板的再结晶织构与其冷轧织构有着密切的联系。总的来说，在适宜的 退火条件下，再结晶时可出现 1 l l 织构强度增强，而 o o l 织构强度减弱的现象。 引起这一变化可归因子冷轧钢板的储存能。定量电子显微学和x 射线线形分析法 的测试结果可以比较冷加工储能的高低。u m b e 和j o n a s 通过计算泰勒因子指如： 具有最低储能的晶粒组分为 1 1 0 ， 0 0 1 ) 次之，将不同取向晶粒的储能 由小到大顺序排列为： e l l o 臣坼l m 乓m 。， 方向的棱柱面滑移( p e n c i lg l i d e ) 模式的t a y l o r 模型模拟了形变织构，f r a n c i o s i 3 9 】贝0 用 1 1 0 、 1 1 2 ) 滑移模式的 全约束模型模拟形变织构，其他学者也用t a y l o r 模型及其各种松弛模型模拟了 形变织构。凡此种种，在一定程度上预测了形交织构，但与实验结果总是有一 定的差距，不能同时准确预测y 纤维织构和n 一纤维织构的强度分布。由于 t a y l o r 模型及其各种松弛模型只考虑晶粒的整体转动，而实际上形变过程中晶 粒发生分裂并非整体一致转动，结果预测值往往偏离实验测得的织构强度分布。 1 4 冷变形织构的特征与模拟 1 4 1 冷轧i f 钢形交织构 金属单晶体塑性变形时会发生晶体转动，多晶体塑性变形时各个晶粒同样 会发生转动。由于晶体转动是按一定的趋势进行的，故当塑性变形量增加时， 多晶体中原来为任意取向的各晶粒会逐渐调整其取向，使金属材料变为具有某 种择优取向的多晶体织构。这种因塑性变形而形成的择优取向的多晶体组织就 叫做形变织构1 4 ”。 影响形变织构类型的因素很多，包括变形条件( 变形方式、应力状态、变形 温度、变形速度、变形程度、润滑条件) 、材料的基本性质( 点阵类型、化学键 性质、层错能、原始织构、晶粒大小等) 以及合金化特点( 合金元素的性质、浓 度、相状态等) 。 滑移是晶体塑性变形过程中起主要作用的形变机理。分析形变织构的形成， 很重要的方面就是分析形变过程中晶体中的有关滑移系开动后是如何引起晶体 转动而变成某种择优取向的。在这方面许多人进行过分析。 w b o a s 和e s c h m i d 认为面心立方金属在单向受力变形时，至少有三组滑 一1 0 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 移系具有最大分切应力l 。一般认为金属晶体受张力( 拉伸变形) 时，滑移方向 向拉力轴向转动，而晶体转动的最稳定位置是拉力轴与滑移方向成对称的位置。 金属晶体受压缩变形时，滑移面法线方向向压力轴( 试样轴) 向转动，转动的最 终稳定的位置是压力轴与滑移面法线成对称的位置。 面心立方金属和合金经过轧制后，其形变织构基本上可以分为“纯金属型” 和“合金型”两类。“纯金属型”织构的特点是具有 1 1 1 ( i 1 2 ) 和 1 1 2 1 1 1 ) 两种织构组分，而“合金型”织构的特点为只有( 1 1 0 ( i 1 2 织构组分。b o a s 和s c h m i d 把轧制过程看作是张力拉伸和压缩变形的组合。这样面心立方金属压 缩变形将产生 1 1 0 ) 织构。如果再在其上的( 1 1 0 ) 方向加以拉力，则将有4 个 滑移系开动，这样就得到了 1 1 0 ) ( 1 1 2 ) 的轧制织构。体心立方金属和合金的 典型轧制织构是 1 0 0 ( 0 1 i ) + 1 1 2 ( 1 i 0 + 1 1 1 ( 1 1 2 ) 织构。 p i c k u s 和m a t h e w s o n 在讨论轧制织构的问题时，对金属的形变作了六丽体 的简化处理】。他们考虑了压缩和流变( 延伸) ，而不是张力的概念。材料在发 生流变时不可能只有单一的滑移系在起作用。在一般情况下至少有两个滑移系 在起作用，通常有三个以上的滑移系起作用。他们提出决定平行于轧向的晶向 时有三种可能性： ( 1 ) 晶体转动到两个滑移方向与流变方向f 均处于同一平面时，流变方向 f 为( i 1 2 ) ； ( 2 ) 三个滑移方向与1 1 1 ) 均成对称，意味着( 1 1 l 是可能的f 方向； ( 3 ) 也可能四个滑移方向同f 方向成对称，此时f 则可能为( 1 0 0 ) 或( 1 i o ) 方向。 这就是说金属在流交过程中将发生转动，转动后的结果是使流动方向处于 有效滑移的对称的位置上。于是平行于流动方向的晶向就可能有如上所说的四 种晶向。显然决定形变织构还必须把可能与轧向平行的晶向同与流动方向轧面 平行的晶面一起考虑。于是他们又提出与流动方向f 相平行的晶向和与压缩方 向相垂直的晶面组成稳定的织构时必须注意以下条件： ( 1 ) 有效滑移方向与流变方向成对称分布； ( 2 ) 这些有效滑移系的取向因子c o s 中c o s 相等； ( 3 ) 点阵转动相互抵销。 他们分别计算了面心立方金属各种取向的有效分切应力后认为 1 i 0 ) ( 1 1 2 ) 取向是最稳定的，也即有效分切应力最大的取向是最稳定的。 关于体心立方金属形变织构的形成比面心立方金属讨论得少。体心立方金 属的滑移系为( 1 1 0 “1 ) ，而面心立方金属的滑移系为 i 1 1 ) ( 1 i 0 。两者的 滑移面与滑移方向正好相互对换。 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 轧制过程中由于轧辊与轧件之间摩擦的存在，轧件的表层存在剪应力，造 成轧件厚度方向的变形是不一致的。表层织构主要取向是 1 l o ) 0 0 1 ) ，1 8 层 这种取向的密度高于表层，因为最大剪应力不是出现在表面，而是出现在表面 之下一定的距离，即主要取向随距离的增加从 1 l o ) o ) 和板法向压应力( o r 3 3 o ) 。应力张量q i 为 h 0 0 ( ) = l 0 0o f ( 1 7 ) 【00 盯。j 由于晶粒取向不同，各晶粒变形时要产生的切变一般并不相同，晶粒问对切 应变的相互阻碍作用会使晶粒变形时实际承受的应力状态以不同方式偏离( 1 7 ) 式。s a c h s 模型认为，多晶体轧制变形时，每个晶粒都承受式( 1 7 ) 所示外应力， 并忽略应变的不连续性，对晶粒切应变无任何限制，也称为应变无约束模型。在 这个模型中多晶的张力屈服强度值取其中晶体张力屈服强度的平均值，而且假设 每个晶粒中只有一个滑移系开动。t a y l o r 指出这种假设不能很好地解释变形。事 实上，多晶在变形时，其形状的变化跟相邻的多个晶粒有关。显然，只有一个滑 1 4 q 屯岛 。l = 、， p 占 ( 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 移系的开动是满足不了这种条