（材料学专业论文）铁素体区热轧高强if钢微观组织及织构的研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 本课题以含t i + p 高强i f 钢为实验材料，主要研究了铁素体区热轧工艺参数及随后的 冷轧、退火制度等对t i + p i f 钢微观组织、织构和深冲性能的影响。其主要目的是通过工 艺参数的优化获得强的 1 1 1 ) 纤维织构，以提高铁素体区热轧i f 钢的深冲性能。本论文 的主要内容如下： 1 研究了常规奥氏体区热轧、铁素体区热轧及不同铁素体区轧制工艺对高强 t i + p i f 钢微观组织( 第二相粒子、亚结构、位错等) 、织构与性能的影响，初步建立 铁素体区热轧微观组织的控制原则，以期为后续的冷轧和再结晶退火提供良好的组织与 织构准备。实验结果显示，i f 钢铁素体区轧制第二相粒子平均尺寸明显小于奥氏体区轧 制；高温卷取亚晶尺寸大，位错密度低。铁素体区热轧后虽然可获得较强的 1 1 1 纤维 织构，但冷轧后 1 1 1 ，纤维织构得不到遗传，退火后深冲性能较差。 2 铁素体区热轧高强i f 钢，预退火后第二相粒子平均尺寸增大，冷轧变形后f 1 1 1 纤维织构得到发展，退火后 1 1 1 ) 纤维织构得到加强，塑性应变比( r ) 值较高，深冲性 能得到提高。 3 基于重位点阵( c o i n c i d e n c es i t el a n i c e ，c s l ) 晶界的低能量特性，对i f 钢f 1 1 1 1 再结晶织构的形成机制进行了探讨。o d f 及e b s d 分析表明，再结晶初期，冷轧i f 钢 中旺一织构基本保持不变，再结晶形核优先在v 纤维取向的基体中或边界处形成，初始再 结晶晶粒的取向大多为 心d 。这表明再结晶初期的织构转变主要发生在v 纤维织 构之间，即冷轧( 1 1 l 织构转变为再结晶 1 1 1 织构，冷轧( 1 1 1 ) 织构转 变为再结晶 1 1 1 ) 织构。冷轧钢再结晶退火后具有较强的y 。纤维织构应归因于 “择优显微形核”和“择优长大”，其中重位晶界在y 一 1 11 再结晶织构中形成过程中 起着重要作用。 4 在实验室条件下模拟了工业连续退火和罩式退火。实验结果表明，退火状态对 i f 钢的再结晶织构和晶界特征分布( g r a i nb o u n d a r yc h a r a c t e rd i s t r i b u t i o n ，g b c d ) 具 有重要影响。连续退火i f 钢板具有强的 n d 再结晶纤维织构，且 1 1 1 和 1 1 1 ) 织构组分比较均匀；而罩式退火具有相对较弱的 n d 再结晶纤维织 构，且 “1 织构组分强于 1 1 1 ) 织构组分。连续退火i f 钢板中含有数量较 多的1 、3 、9 、1 1 和1 3c s l 晶界：而罩式退火样品中除1 、3 和1 3c s l 晶 界外，其它低c s l 晶界的数量则很少。这种差异主要源于两样品中的再结晶织构的不 同。低c s l 晶界出现的频度越高，深冲性能越好，= 次加工脆性敏感性也越低。 关键词：t i + p i f 钢，铁素体区热轧，微观组织，织构，晶界特征分布 铁素体区热轧高强口钢微观组织及织构的研究 t h es t u d yo nm i c r o s t m c t u r e sa n dt e x t u r e so ff e h i t i ch o t r 0 1 l e d h 远hs t r e n g t hi f s t e e l s a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h ee v 0 l u t i o n so fm i c r o s t r u c t u r e sa dt e x t u r e sj nh j g hs t r e n g t ht j + p - i f s t e e ld u r i n gf e r r i t i ch o t r o l l i l l ga r ei n v e s t i g a t e d n ei n n u e n c c so fp r o c e s s i n gp a r a i l l e t e r s ， i i l d u d i n gc o i l m gt e m p e r a t u r e ，c o l d r o l l 血gr e d u c l i o na n da n n e a l i n gt e m p e r a t u r eq nt h e m i c m s t m c t l l r c s 卸dt c x t u r e sa sw e l la sm e c h a n i c a lp r o s p e r i t i e si l lt h et e s t e ds t e e la t e e x 砌i n e dj no f d e rt og e fs t r o n g e r n df i b e r 把x t u r eb ya d j u s t i n gp r o c c s s i n gp a f a m e t e r s ， w h i c hi sr e s u l 咖gi 1 1b e t t e rd e e pd r a w a b i l i t y 1 1 1 ec o n t e n t s 盯ea sf o l l o w s ： 1 t h ei n f l u 锄c c so fp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ，i n d u d i n gc o i l i n g 把m p e r a t u r e ，c o l d - f 0 1 l i n g r e d u c t i o n 趾d a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e o nt h em i c r o s t n l d l l r c sa n dt e x t l l r e sa sw e ua s m e c h a n i c a lp r o s p 鲥t j e si nt h eh i 曲s t f c l l 舀hi fs t e d sc o n v e n t i o n a la u s t c n i t j ch o t r 0 1 1 e da 1 1 d 触t i t i ch o t - r o l l e da r ee x 锄i n e d t h eb a s i cm l eo fc o n t m n i n gm i a d s t n l c t l l f eo fi fs t e e l s f e r r i t i ch o t r o u e di sp r o p o s e d t h ee x p 耐m e n t a lr e s u l t si n d i c a 峙t h a tt h ea v e r a 叠es i z eo f p r e c i p i t a t e si nh j g hs t r e n 毋hi fs t e e lf e r r i t i ch o t r o l l e di ss m a l l e rt h a n t h a ta u s t e n i t i ch o t - r o n e d 1 1 1 e 垃g h e rt h ef o 主l i n gt e m p e r a t u r ci s ，t 1 1 el a r g c rt h cs i z eo fs u b g r a 缸si s ，a n dm el o w e rt h e d e n s i t yo fd i s l o c a t i o n si s t h e r ei sas t m n g 1 1 1 t e x t u r ei nt l l ei fs t e e lf e r r i t i ch o t r o l l e d ，b u t i 岫e c o m e sw e a ka f t e rc o l d - r o l l i n ga n df o l l o w 吣a n n e a l i n 岛w h i c hi sr e s u l t i n gi nt h el 鲫d e e p d r a w a b i l i t y 2 a f t e fp r e a n n e a l j n 昌t l l es e 。0 n d p h a s ep a r t j d e s 掣_ 0 wu pi nt h eh o t r o h e di fs t e e l as t r o n g 1 1 1 ) t e x t u r ei sd e v e l o p e da f t c rc o l d r o l l i n ga n da 皿e a l i n gi nt l l es 锄p l e ，w h i c hi sr e s u l t 吨 i nt h eh i g hd e e pd r a w a b i h t y 。 3 b a s e do nt h el o w c re n e r g yc o i n d d 皿c es i t el a t t 王c e ( c s l ) 孕a i nb o u n d a r y ，t l l ef o 肋a t i o n m e c h a n i s mo f 11 1 r c c r y s t a l l i z a t j o nt e x t u r ci i li fs t c e lj sd j s c u s s e d t 1 i ee x p e r j m e n t a lr c s l l l t s p e 渤m e db ye l e c t r o nb a c k s c a t t e rd i f f r a c t i o n ( e b s d ) a do r i e n t a t i o nd i s t t i b u t i o nf l l n c t i o n ( o d f ) i n d i c a t et h a ti nt h ee a r l ys t a g eo fr e c r y s t a l i i z a t i o n ，m ec o l d - r o l l e da f i b e r ，r d s e e m sh a r dt oc h a n g e ，a n dt h er e c r y s t a l l i z e d 铲a i n sw h i c ha r eg e n e r a l l yo r i e n t e di ny f i b e r ，n df o r m e dp r e f c r c n t i a l l yi i lt h em a t r j xo r i e n t e di n ，n d t h et e x t u r ee v o l u t i o o f 脚di sp r 叩o s e di nt h ei fs t e e l ，t h a ti sc o l d r o l l i n g 1 1 1 ) c o m p o n 肋t t r a n s f e r st or e c r y s t a u i z a t i o n 1 1 1 ， c o m p o n e m ，c o l d m l l i n g 1 1 1 ) c o m p o n e n t t r a n s f e r st or e c r y s t a l l i z a t i o n 1 1 1 c o m p o n e m t h ef 0 h n a t i o no fr c c 珂s t a l l i z a t i o n ( 1 1 1 f 怖t 咖r ei sr e s u 王t 仃o m a d v 觚t a g e - m i c r 0 - n u c l e a t i o n a n d s e l e c t e d 掣o w t h 弧e l o wsv a l u ec s l 璺a i nb o u n d a r i e s p l a y a n i m p o n a n tr o l e 抽山ef b 加a t i o no ft b e r e c r v s t a n i z a “o n 大连理工大学硕士学位论文 n dt e x t u r e t h e r e c r y s t a l l i z a t i o n t e x t u r e st t l e i r r e l a t i o n s h i pw i t hm e c h a n j c a l p r o p e r t i e si nt h ec aa j l db as a m p l ew e r ei n v e s t i g a t e db yx r a yd i f i r a c t i o na n de l e c t r o n b a c k s c a t t e rd i f f r a c t i o n ( e b s d ) 4 n ec o n t i n u o u s 眦e a l i n g ( c a ) a n d b a t c h a 加e a l i n g ( b a ) o fh 砷s t t e n g t ht i + p i fs t e e l h a v eb e e ns i m u l a t e db ya n n e a l i n gw i t hh i g l lt e m p e r a t u r ef o rs h o nt i m ea n d1 0 wt e m p e r a t u r e f o r1 0 n gt i m e 7 n l er e s u l t ss h o wt h a t 咖e a l i n gc o n d i t i o n sh a ds t r o n gi n u e n c eo nt h e r e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r e sa n dg r a i nb o u n d a r yc h a r a c t c rd i s t r i b u t i o na sw e l l a sm e c h a l l i c a l p r o p e n i e s t h ec o n t i n u o u sa n n e a l i n gs a m p l eh a das t r o n g 1 1 1 ) r e c r y s t a n i z a t i o nt e x t u r e c o m p o s e do f 1 1 1 ) a n d 1 1 1 ) c o m p o n e n t s ，w h i l et h eb a t c ha i l n e a l i gs a m p l e h a daw e a k 1 1 1 ) r e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r ec o m p o s e do f 1 1 1 ) c o m p o n e n t h i g l l f r c q u e n c yo f 三1 ，z 3 ，三9 ，z 1 1a n d 三1 3c o i n c i d e n c es i t el a t f j c c ( c s l ) b o u n d 砌e so c c u r r e d 血 t h ec o n t i i l u o u sa i l n e a l i n gs a m p l e ，w h j l e 1 ，3 a i l d 1 3c s lb o u n d a r i e so b v i o u s l vo c c u r r e d i nt 1 1 eb a t c ha n n e a l i l l gs a m p l e t h ec o n t i n u o u sa n n e “n gs a m p l eh a sh i 曲e rd u c t i l i t y b r j t t l e t r a i l s i t i o nt e m p e r a t u r e ( d b l 邳c o m p a r e dt ot h eb a t c h 一咖e a l i n gs a m p l e t h eh i g h e rt h c f r e q u e n c yo f1 0 w 三c o i n c i d c n c es i t el a t t i c c ( c s l ) b o l l l l d a l j c so c c u f r e d ，t h eb e t t e l h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r e ，a i l dt t l el o w e rt h es e n s i t i v i t yo fs e c o n d a r yw o 出n ge m b i t t e m c n ti s k e yw o r d s ： t i + p i fs t e e l ；f e 州t i ch o t - r o l l e d ；m i c r o s t r i l c t l l r e ；t e x t u r e ；g 阳i n b o u n d a i 了c h a r a c t e rd i s t r i b u t i o n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：毛包上l 日期：蚴罗 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 一 作者签名：丑l 匆釜坠 1 习。一 导师签名 受挫镘 砸厶年鱼月卫日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 引言 随着我国国民经济的迅速发展，人们对汽车的需求不断增加。目前，汽车工业已经 成为我国国民经济的一个重要的支柱产业，汽车工业在结构、品种、质量和产量等方面 都将有一个较大发展1 1 1 。】。我国汽车工业要达到或超过世界水平，首先要解决的是汽 车用冲压铜板的生产问题。关于汽车钢板，以i f ( h l t e r s t i t i a l 行e es t e e l ) 钢为基础的第三 代深冲铜板以它的无时效性和超深冲性越来越受研究者的重视，是目前深冲性能最好、 级别最高的冲压用钢【4 】。为满足汽车工业发展对节能降耗、提高生产效率的要求，铁素 体区轧制高强l f 钢研究显得越来越重要。 i f 钢是依据新的合金设计思想，借助于新型冶炼技术和加工工艺研制生产出的一种 新型金属材料，具有优异的性能，因而受到极大的重视。现代i f 钢发展取得如此重大 和迅速发展的关键在于两大突破：是成本的降低，二是用途的扩展，也包括性能的改 善。 i f 钢的发展历史与其成本密切相关。最初是由于成本昂贵阻止了i f 钢的发展，后 来也是由于成本降低而使i f 钢的研究和生产得到重新激发。现代i f 钢板成本降低的原 因主要在于对i f 钢的深入研究及新技术的运用。铁水预处理、底吹氧气转炉( b o f ) 可以经济地获得洁净的钢水；高效的真空循环( r h ) 处理可大幅度降低钢水中的c 、n 含量，因而t i 、n b 加入量大大减少，且使处理时间大大缩短；热轧采用低温加热有利 于提高深冲性能，并可降低能耗：热轧采用低温卷取，从而避免高温卷取带来的酸洗效 率下降和成材率下降；i f 钢具有非时效性，在连续退火中可省去过时效处理工艺，这些 措施保证了经济地获得高性能的i f 钢。 i f 钢的使用范围也是关系i f 钢发展的重大问题。由于i f 钢具有非时效性和深冲性， 以1 f 钢为基础，已开发出众多超低碳钢系列，形成了第三代冲压用钢，从而打破了以 前i f 钢只用于少数难冲件的格局。品种主要有冷轧超深冲i f 钢、深冲热镀锌i f 钢、超 低碳高强i f 钢、超低碳高强热镀锌i f 钢、超低碳高强烘烤硬化钢( b a k eh 盯d n i n g ) 、 超低碳热轧深冲i f 钢等。它们几乎可以满足汽车用钢板所提出的各种性能要求，如深 冲性、高强度、防腐性、b h 性1 4 j 。 迄今为止，我国在汽车用钢板的研发、生产、质量和品种等方面与发达国家仍存在 较大的差距。随着我国汽车工业的快速发展，每年不得不花费大量外汇进口优质汽车钢 板。要解决汽车钢板的国产化，满足我国汽车工业的需求，就必须大力发展以i f 钢为 铁素体区热轧高强i f 钢微观组织及织构的研究 基础的系列优质汽车钢板。目前，国家对i f 钢的研制和开发非常重视，许多高校、科 研院所及企业研究机构已经联合或独自展开了对i f 钢的研究开发。“九五”期间国家 亦将i f 钢列为五大攻关钢种之一，可见，我国对优质汽车板钢的研发非常重视。 影响汽车钢板性能的因素有很多，材料成分、组织结构、析出物、亚结构及织构等。 其中析出物的形貌、大小、数量、分布和稳定性等对钢板材料性能形成很大的影响。如 细小弥散的析出物，一方面影响冷轧变形过程( 阻碍位错运动) ，另一方面也会阻碍再 结晶过程，提高再结晶温度。不同析出物对板材性能影响不同，而工艺的选择与实际控 制对析出物造成一定的影响i 5 。由此可见，如何控制不利析出物的析出和促使有利析 出物的析出是获得优良板材组织性能的关键因素，因此需要研究不同的轧制工艺条件下 析出物形貌、大小、数量及其分布。此外，大量的研究也表明【7 。8 l ，退火前形成的粗大 稀硫的第二相粒子是保证i f 钢 1 11 ) 织构充分发展、获得优异成形性能的必要因素，而 第二二相粒子绝大多数在热轧过程中就已经析出，因此热轧阶段的工艺参数( 如卷取温度 等) 对第二相粒子析出行为有很大的影响，进而影响后续阶段的冷轧变形和再结晶，而 冷轧变形和再结晶又是控制深冲性能的关键技术环节，因此i f 钢热轧阶段的组织与性 能控制对最终获得良好的深淬性能具有重要意义。 为适应汽车用材料减重节能的要求，人们在i f 钢基础上加入微量s i 、m n 、p 等固 溶强化型合金元素，以迸一步提高i f 钢的强度，由此形成高强i f 钢。研究指出，均匀 细小的热轧铁索体晶粒、退火前粗大稀硫的二相粒子形态以及无c 、n 间隙固溶原子状 态，是有利于在退火过程中形成 心d 有利织构的三个重要因素。大量研究表明， 粗大稀硫的第二相粒子形态及均匀细小的铁素体品粒是保证i f 钢 11l ，织构充分发展、 获得优异成形性能的重要条件。 一般，i f 钢的轧制在奥氏体区进行，即粗轧精轧温度均在a r 3 以上。由于i f 钢t 一旺 转变温度较高，难以保证i f 钢在奥氏体区终轧，而容易实现铁素体区轧制，所以铁素 体区轧制工艺随着i f 钢的发展应运而生。二者的区别在于铁素体区轧制时精轧温度在 心、以下，通过铁素体区轧制，可以生产出与传统热轧具有相同或更优性能的深冲钢板， 且可以简化工序、节约能源、提高效率、降低成本。与此同时，铁素体区轧制必然导致 微结构的变化与常规奥氏体区轧制有所不同，因此，系统研究铁素体区轧制工艺对i f 钢微观组织结构、织构及深冲性能的影响机制，对更好的掌握深冲i f 钢组织一性能变化 规律，指导工业生产实践具有重要意义。 1 2i f 钢研究现状 大连理工大学硕士学位论文 1 ，2 1 成分设计原则 i f 钢的性能是由其成分和加工工艺决定的，合理的成分对于形成i f 钢产品优良性 能是至关重要的。i f 钢的成分设计思想是在超低碳钢中加入适量的碳氮化物元素t i 和 或n b ，使钢中的c 、n 原子完全被固定成碳、氮化合物。使锅中没有问隙固溶的c 、n 原子存在，故该钢被称为“无间隙原子钢”，即i n t e r s t i t i a i f r e es t e e l ，简称i f 钢。i f 钢在成分上的特点是超低c ，微合金化，基本无c 、n 间隙原子，钢质纯净【l o l 。按添 加元素分类，目前工业生产的i f 钢有三种，既单一添加钛的t i i f 钢，单一添加铌的 n b 1 f 钢和复合添加钛铌的t i 十n b i f 铜。i f 钢微合金元素的作用见表1 1 所示。t i i f 钢主要组成元素有c 、n 、t i 、s 、h 位、p 、s i 、a l 等，而t i 甘岫一i f 钢中同时有t i 和 n b 。 表1 1i f 钢微台金元素的作用 t a b l e1 1e 旋c to f m i c r 0 a l l o ye l e m e n t so nl fs t e e l s i f 钢种类微合金元素的作用 t i i f 钢 n b 1 f 钢 t i 十n b i f 钢 固定n ，c ，s n b 固定c ，a i 固定n t 阍定n ，n b 阈定c 1 2 2 合金元素的作用机制 以下就各种合金元素在i f 钢中的作用、存在的形态以及对性能的影响给予简要介 绍如下： ( 1 ) c 和n 的作用 一般地，c 、n 原子固溶在铁素体基体中，可起到固溶强化的作用。但对i f 钢，它 们是有害元素。因此，c 和n 的含量对i f 钢的性能特别是深冲性能有着举足轻重的影 响。现在的研究认为降低钢中的c 和n 含量可以提高钢的r ( 深冲性) 值。c 间隙固溶 在钢中，严重损害i f 钢的r 值川( 见图1 1 ) ，这是由于c 固溶量的增加( 3 5 p p m ) ，使再 结晶织构中 1 1 1 织构急剧减少【1 2 】。固溶n 具有与c 相似的作用 1 3 】，且引起明显的应变 时效，所以应该在i f 钢的生产中尽可能地降低c 、n 含量，这有两个效果：一是对r 值有利：二是可减少t i 、n b 的加入量。 铁素体区热轧高强巧钢微观组织及织构的研究 j 勺 年 c a r b 。nc o n t e n t m ) 图1 l 超低碳钢中c 含量与r 值的关系 f i g 1 1r e l a t i o nb e t w e e nu l 仃a - l o wc a r b o nc o n t e n ta n dr v a l u e 目前了解到的关于c 含量增加导致i f 钢r 值下降的主要原因有： v l e r o v 经过实验研究认为当精轧温度在7 5 0 8 2 0 ，卷取温度高于6 5 0 时，卷取后得到充分再结晶的热轧薄板是可能的，但c 含量的增多可能会提高残余奥氏 体量，这将导致再结晶过程中 n d 织构发展不够彻底，因而对r 值有损害。 如果碳含量过高。加入的t i 和n b 元素可能没有彻底清除间隙固溶c 原子， v l e r o v 认为【h 】该情况下再结晶织构将以应变诱发的晶粒边界移动机制( s i b m ) 发展， 此时， 心d 织构未见加强，当i f 钢中的间隙匿l 溶c 原予很少时( 几个p p m ) 则可见 ，n d 再结晶织构以典型的亚晶粗化方式( s c ) 发展。s i b m 是应变能很低时的再 结晶机制，但只要有固溶c 原予的存在，即便将铁素体区的变形量加大很多也不会消除 s i b m 。m r b a 玎l e n 【l5 j 将e l c 钢和i f 钢作对比研究，他提出铁索体区变形时所形成晶 内剪切带( i n g r a i ns h e a rb a n d s ) 有利于 1 1 1 ) 再结晶织构的形核，当固溶c 原子增多时， 铁素体区变形过程中的应变敏感性( s t r a i nr a t e ss e n s i t i v i t y ) 上升，而这将导致晶内剪切带 数量下降，因而不利于f 1 1l 再结晶织构的发展。j j j o n a s l l 州也有结果类似的研究结果， 他认为固溶c 原子的增多将会导致位错密度的下降，于是出现再结晶过程减缓和高的应 变敏感性，从而使r 值降低。赵辉等人7 】认为没有间隙原子的纯净i f 钢基体将会抑制 钢中 1 0 0 取向晶粒的再结晶，而促进 1 1 l 取向晶粒的发展。 一般认为i f 钢中c 、n 含量越高，所需加入的合金化元素t i 和n b 的量越多， 析出物t i c 、t i n 、t i ( c n ) 等的量也相应增多，而大量析出物的存在将阻碍再结晶过程 中晶粒的长大，使得再结晶温度升高，这不利于( 1 1 1 再结晶织构的发展。近年来， h i m s l l i 指出适当数量的t i c 、t i n 等第二相粒子的析出，有利于在热轧过程中形成较 大连理工大学硕士学位论文 细的铁素体晶粒，而热轧过程中形成的细晶粒对冷轧和退火后改善r 值是非常有效的。 s v s u b r 锄a 1 1 i a n u8 j 通过对比研究了成分相近但第二相粒子尺寸和分布不同的两种i f 钢，发现含有细小弥散分布第二相粒子的i f 钢中的 1 1 l 织构比含有较为粗大的第二相 粒子l f 锅中钓 1 1 1 ) 织构少得多，他认为细小第二相粒子对晶界移动的钉扎作用阻碍再 结晶晶粒长大是重要影响因素，因为再结晶长大阶段是f 1 1 1 取向织构的快速发展阶段。 i f 钢中c 、n 含量很低，所以和一般钢中的析出物不同，0 k a m o t o 等人【1 9 j 给出了常 见添加元素在钢中形成碳化物、氮化物、硫化物、磷化物的活泼性强弱顺序，( 见表1 - 2 ) 在t i i f 钢热轧过程中，一般认为t i n 、t i s 和t i 4 c 2 s 2 粒子比较粗大且稳定，而t i c 粒 子则比较细小弥散且变化大，然而细小弥散的第二相粒子对提高r 值不利。 表1 2 钢中常见添加元素的活泼性 t a b l e1 2v i v a c 对o f c o m m o ne j e m e n 拓a d d e di ns t e e l s 析出物类型常见添加元素活泼性强弱顺序 碳化物 氮化物 硫化物 磷化物 t n b t a w m o c r m n f e z p t a l b ，n b v c r z r t i 爿n n b v c r a 1 m 0 w f e m o n b z r t v ) i c r w n i f e ( 2 ) t i 和n b 的作用 t i 和n b 元素主要是通过与c 、n 形成细小化合物以清除固溶状态的c 、n 原子， 提高r 值，但当合金化元素t i 和n b 的加入量过多，除了形成c 、n 化合物外还可以作 为置换原子固溶于i f 钢基体中。有研究表明【2 0 】，固溶于i f 钢基体中的t i 和n b 原子也 会因对品界的拖拽作用阻碍再结晶的进行，从而使r 值下降。t i 、n b 含量对性能的影响 如图1 2 所示。随着t i 和n b 加入量的增加，i f 钢的r 值增加，会达到一个最大值，随 后随着t i 和n b 的加入量的继续增加r 值会开始降低。 ( 3 ) m n 、p 、s 的作用 加入m n 、p 、s 起固溶强化作用，较明显的提高了抗拉强度并无损成型性。生产高 强i f 钢，在c 含量极低时添加微量b 可以抑制p 在晶界偏析。但进一步的研究表明f 2 1 。2 2 1 ， p 的加入在加强钢的强度的同时也削弱了f 1 1 1 织构的发展，其原因如下： 固溶p 与位错的交互作用限制了位错滑移，妨碍了变形晶粒的形成趋势和再结 晶过程中 1 1 1 ) 织构的发展。 固溶p 在晶界的偏聚削弱了回复过程中 1 1 1 ) 取向的回复亚晶粒的形成以及再结 晶过程中 1 1 1 取向的再结晶晶粒形核长大。 铁素体区热轧高强i f 钢微观组织及织构的研究 晶界偏聚的p 原子会继续阻碍再结晶晶粒长大。 热轧板中的p 原子与c 原子相互作用，可抑制n b c 的析出，使一些固溶c 原子 留下或者只能析出尺寸细小的n b c 粒子，这些都会阻碍 1 1 1 ) 织构的发展。对于未加p 的i f 钢中是否含p 的析出相在目前还不清楚，有待进一步研究。 2 4 - 2 2 2 0 2 0 】8 h 1 6 1 4 5 4 5 2 邑5 0 宙 4 - 8 4 6 0 0 20 0 4 0 0 60 吣0 1 0 0 1 2 n bo r n 唧) 睫 。、， l r ” l b 焱 l 谗 i 。 0 0 20 0 40 0 6 n b 眦哟 图1 2 合金元素对n b 、t i 竹岫和t i i f 钢机械性能的影响 f i g 1 2e f 诧c to fa l l o y i n ge l e m e n to n 血em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f n b ，t i _ n ba n dt i i fs t e e l s 1 2 3 加工工艺对l f 钢的织构和i 生能的影响 成分一定时，加工工艺就决定了i f 钢的最终性能，且起着非常重要的作用。每一 道工序都影响到后面工序的处理，并最终影响到i f 钢的机械性能。 目前，生产工艺流程一般如图1 - 3 所示，这些工艺措施保证了产品的性能。 4 2 n 0 8 6 4 4 2 0 8 6 越 柚 加 ：暑 “ ” 如 档 拍 大连理工大学硕士学位论文 图1 _ 3 生产工艺流程图 f 培1 3f l o wp r o c e s sd i a g r 啪o f p r o d u c t i o n ( 1 ) 板坯加热温度 当i f 钢的化学成分确定之后，i f 钢中第二相粒子的析出形态、大小和分布与板坯 加热温度有重要关系【2 3 】。在板坯加热过程中会发生第二相粒子的溶解。c 、_ n 化物在i f 钢中的固溶度是c 、n 、t i 、n b 、s 、a 1 等元素含量和温度的函数。对于碳氮化合物， 如n b c 在l o o o 完全溶解，a l n 在1 2 5 0 完全溶解，而t i ( c n ) 在1 2 5 0 尚未完全溶 解。且t i i f 钢中t i ( c n ) 粒子在1 2 5 0 加热温度下比在1 0 0 0 更细小弥散 2 4 】。显然加 热未溶解的碳氮化合物一定粗大，所以低温加热容易得到粗大的析出物，这对r 值有利。 s a i l a g i 【2 4 】等的实验发现，当加热温度大于1 1 5 0 ，卷取温度为6 5 0 时，才有粗大 的t i 4 c 2 s 2 析出，且同时细小弥散分布的t i n 减少。需指出的是，若加热温度在1 1 5 0 ， 如果提高卷取温度，也可得到粗大的t i 4 c 2 s 2 析出。 n a o i n i s u m i z 【l i 等【2 5 1 也认为，要想得到超深冲性能优良的i f 钢，板坯加热温度必须 比一般生产的板坯加热温度低。随板坯加热温度升高，粗大的t i 。c 2 s 2 粒子析出减少， 损害i f 钢的r 值。h a n s h i m a t o 【2 6 】等也得到相同的结果。m a t s u o k a 2 7 】认为，除了降低板 坯加热温度可以改善r 值外，还有一个原因，即加热温度高。板坯加热温度高可能得到 t i s 析出，板坯加热温度低则得到t “c 2 s 2 析出，其固溶度积可以用下式表示： l o g 【刀】 跚= 一3 2 5 2 丁一2 0 1 l o g n 】o5 s 】o5 = 一5 2 0 8 r o 7 8 相比较而言，t i 4 c 2 s 2 的直径小于t i s ，因而t i 4 c 2 s 2 可以更有效抑制奥氏体的再结晶和 晶粒长大。对于i f 钢这种基体相对较纯净的钢，奥氏体晶粒很容易在板坯加热时长大。 奥氏体晶粒越小，相变后的铁索体晶粒越小，对提高r 值越有利。 铁素体区热轧高强钢微观组织及织构的研究 ( 2 ) 粗轧工艺的影响 热轧生产中，钢坯从加热炉中出来后，首先要经过粗轧。传统的i f 钢热轧生产中， 为了保证i f 钢在奥氏体区精轧，粗轧温度般很高，但降低粗轧温度，一般可以使出 炉温度降低。降低粗轧温度可以使进入精轧前的奥氏体晶粒尺寸减小，有利于有利织构 1 1 1 ) 形成，从而提高r 值。对于铁素体区轧制前晶粒大小对 1 1 1 1 织构的影响，可按 b 踟e t t 和j o n a s 2 8 的理论理解： 1 1 1 鸺 构的形成与晶内剪切带的形成有关，晶内剪切带 越多，i f 钢中能够发展成 1 1 1 ) 织构的晶粒越多。晶内剪切带不同于一般的滑移带，它 的形成与铁素体区轧制时的应变硬化指数和应变速率敏感指数有关，应变硬化指数和应 变速率敏感指数越小，金属的流动受限制就越小，不容易形成品内剪切带，对 1 1 1 ) 织 构的形成不利。根据如下两种经验关系1 2 ： 肛丽 5 肛而再i 万 ( 1 2 ) 由式1 2 可知，晶粒直径降低也会导致应变率硬化系数的降低，从而提高r 值。a b e m 等认为铁素体区轧制时晶粒大的时候，易产生高斯取向的晶粒，当晶粒变小时，高斯取 向消失，而 1 1 1 ) 和 1 1 1 ) 取向得到加强。这是因为细晶粒的i f 钢在铁素体 区轧制时晶界面积大，由于晶界的阻碍可能在多处形成多重滑移，而粗大晶粒的i f 钢 变形时容易形成滑移带，每个晶粒中只有简单的滑移，所以h i r o s h it a l ( e c l l i 【2 9 j 建议轧制 前晶粒越细越好。此外，其他学者研究结果表明粗轧过程温度降低速度的加快也有利于 降低晶粒的尺寸，从而对r 值有利。 ( 3 ) 精轧工艺的影响 研究结果表明1 2 1 ，2 5 ，2 7 1 ，降低i f 钢铁索体区轧制温度，将有利于f 1 1 l 织构的发展， 从而改善r 值。按照b a r n e 缸和j o n a s 幽j 的晶内剪切带理论，变形温度的降低将会使应变 硬化指数和应变速率敏感指数变大，因而有利于晶内剪切带的形成。而晶内剪切带是最 有利的f l l l ) 再结晶织构的形核位置。t a k e h i d es e n u m a j 的实验研究认为，铁素体区内 较低温度区的轧制可以细化铁素体晶粒，从而促进f 11 1 ) 取向织构的发展，有利于r 值 的提高。但是，终轧温度不能降的太低，否则会显著提高变形抗力。 关于终轧温度影响的研究表明，铁素体区轧制终轧温度分为3 个温度范围【3 0 l 。第一 个温度范围是在7 5 0 以下，属于未再结晶铁素体区轧制。在这个范围内， 11 l 和 l o o l 织构密度增加。等轴铁素体再结晶晶粒的体积百分数在7 5 0 开始随温度上升而增加。 等轴铁素体晶粒是由再结晶、相转变、回复或形变诱发铁素体形成的。非等轴铁索体晶 大连理工大学硕士学位论文 粒的轧制织构是终轧温度7 5 0 以下形成的变形织构。热变形织构到再结晶织构转变的 趋势与冷轧带钢相同。而且在这个范围内，所轧带钢再结晶是困难的，需要进行热处理。 第二个温度范围是接近7 5 0 8 5 0 ，最强的取向是 1 0 0 。在这个温度范围内，所轧带 钢的铁索体晶粒的体积分数比第一个温度范围的要大， 1 0 0 ) 密度强。第三个温度范围 是8 5 0 以上，在这个温度范围内稳定的取向是 l 0 0 1 。 ( 4 ) 卷取温度的影响 卷取温度影响着热轧后铁索体晶粒的大小，卷取温度越高，晶粒平均尺寸越大。由 此，一般认为高的卷取温度有利于 1 1 1 ) 织构的发展，从而改善r 值。但是，v l 钉o y 【1 4 j 认为，卷取温度最好不要太高，最好低于6 0 0 ，这可避免较大程度的回复，因为回复 过程消耗大量的应变存储能，不利于再结晶过程的充分进行。所以卷取温度应在一定的 范围内选取。 ( 5 ) 压下率的影响 精轧压下率和精轧温度一样，都决定着精轧完成后的i f 钢中是否有足够多的铁素 体变形组织，即足够的变形积累。t a k e h i d es e n u m a 【2 9 l 的研究发现，钢中对深冲性能有 利的 1 1 1 ) 织构取向在轧制期间随轧制压下率的增大变化不明显，但经过再结晶后， 1 1 1 ) 织构随轧制压下率的增加而迅速增加。通过对再结晶织构发展的三维分析发现，在经过 铁素体区变形后的i f 钢的再结晶过程中，在 1 ) 附近 1 1 1 ) n d 取向得到明显 加强。随变形量的增加，铁素体将得到细化，所得r 值显著提高。他提出，为得到好的 深冲性能，铁索体晶轧压下率应超过7 5 。s a t o hs e i j i 【3 1 j 也得到类似的结论，他研究的 是铁素体区热轧后再冷轧以获得