（材料加工工程专业论文）if钢铁素体区轧制工艺的工业试验研究.pdf

东北大学硕七毕业论文摘要 摘要 随着钢铁产品市场竞争的加剧，i f 钢铁素体区热轧工艺日益成为一种对钢 铁工业生存和发展具有战略意义的新工艺，为了跟上技术发展的步伐，鞍钢集团 将“铁素体区轧制技术研究”定为其中长远课题，与东北大学合作进行，研究周期 为两年。 本文针对该合作课题，采用工业大生产试验与理论分析相结合的方式，通过 对鞍钢冶炼的含t j 以及含n b + t i 的i f 3 钢铁素体区热轧产品及冷轧产品的研究 和理论分析，开发出了鞍钢1 7 8 0 m m 热轧厂的i f 钢铁素体区热轧工艺。通过研 究得出以下结论： ( 1 ) 尽管铁素体区轧制的轧制温度比常规$ l n 的s l n 温度低，但铁索体区轧制 精轧各机架的c l n 力却均小于1 5 0 0 0 k n ，轧制力矩均小于1 4 0 0k n m ， 这说明铁素体区轧制不会造成轧制力和轧制功率的超限。因此在鞍钢 1 7 8 0 m m 热轧机组进行i f 钢铁素体区轧制，工艺上是可行的，且不须对 设备进行改造。 ( 2 ) 在热轧工艺上，卷取温度对产品性能的影响相当显著，对t i i f 钢，采用铁 素体区轧制后直接高温卷取( ，7 1 0 。c ) ，与轧制后退火处理相比，前者更 加有利于提高钢材的深冲性能；而对n b + t i i f 钢，采用热轧后直接高温 卷取，然后靠钢板的自退火完成再结晶的方案则行不通，这主要是由于 n b 的加入使再结晶温度升高，使钢板无法在目前的工艺条件下靠自退火 完成再结晶，可以对n b + t i i f 钢卷取后再进行退火，使其完成再结晶。 终轧温度对再结晶的完成及第二相粒子的析出状态也有重要的影响，并直 接影响到铁索体区轧制的板材的深冲性能，终轧温度( 7 5 0 1 0 c ) 低有 利于深冲性能的提高。 ( 3 ) 选用n b + t i i f 钢和t i i f 钢，采用低扳坯加热温度( 1 0 5 0 1 1 0 0 c ) 、低精 轧温度( 7 9 0 8 4 0 。c ) 、高卷取温度( 7 0 0 7 2 0 ) 的工艺控制，在鞍钢 1 7 8 0 r a m 热轧厂可以进行铁素体区热轧工业生产。 ( 4 ) 铁素体区热轧的i f 钢再经过冷轧和退火，r 值可以达到2 4 以上，各项性 h 东北大学倾t 毕业论文 摘受 能指标与冷轧产品接近，因此，在鞍钢铁素体区热轧工艺可以代替常规轧 制工艺。 关键词：i f 钢，铁素体区热轧，深冲性能，金相组织，第二相粒子，织构 1 1 1 东北人学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ec o m p e t i t i o ni nt h ei r o n s t e e lm a r k e tb e c a m em o r ea n dm o r ei n t e n s et h en e w s t r a t e g i ct e c h n o l o g i e st ot h es e r v i c eo f t h ei r o ne n t e r p r i s e sh a sa p p e a r e d f e r r i t i ch o tr o l l i n gi so n e o ft h e s et e c h n o l o g i e s i no r d e rt ok e e pt h ep a c ew i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g y , a n s b a n t o n s t e e lc o d e c i d e dt od e v e l o pt h ef e r r i t i ch o tr o l l i n gt e c h n o l o g yt h et o p i cf o rs t u d yw a s c o o p e r a t e dw i t hr a l a n d t h et i m ef o rr e s e a r c h i n gw o u l dl a s tt w oy e a r s a tt h i s p r e s e n tp a p e r , t h ei n d u s t r i a le x p e r i m e n t sw e r ec o m b i n e dw i t ht h et h e o r ya n a l y s i s t h eh o tr o l l i n ga n dc o l dr o l l i n gp r o d u c t i o n sw i t ht i i fs t e e la n dn b + t i i fs t e e lw e r es t u d i e d b y t h ew o r km e n t i o n e da b o v e ，t h ef e r r i t i ch o tr o l l i n gt e c h n o l o g yw a sd e v e l o p e di n17 9 0 m mm i l lo f a n s h a ni r o n s t e e lc o t h em a j o ra c h i e v e m e n t so f t h ep r e s e n tw o r kw e r ea sf o l l o w s ( 1 ) a l t h o u g ht h ef e r r i t i c h o tr o l l i n gt e m p e r a t u r ew a sl o w e rt h a ni nc o n v e n t i o n a lr o l l i n g ，t h e f e r r i t i cr o l l i n gf o r c ew a sl o w e rt h a n1 5 0 0 0k n ，a n dt h er o l l i n gt o r q u ew a sl o w e rt h a n1 4 0 0 k n m s ot h ef e r r i t i ch o tr o l l i n gc o u l db er e a l i z e di n1 7 8 0 m mm i l lo f a n s h a ni r o n s t e e l c o ( 2 ) t h ec o i lt e m p e r a t u r ea f f e c t e dt h ep r o p e n yo f t h e p r o d u c t i o no b v i o u s l y t o t i - i fs t e e l ，w h e n i tw a sc o i l e da f t e rf e r r i t i ch o tr o l l i n ga th i g ht e m p e r a t u r e ( 7 1 0 。c ) ，i tc o u l dg e tb e t t e r d r a w a b i l i t y f o rn b + t i - i fs t e e l i tc o u l d n t t h er e a s o nw a st h a tt h en bc a nr a i s et h e r e c r y s t a i l i z a t i o nt e m p e r a t u r e s ot h en b + t i - i fs t e e lm u s tb ea n n e a l e da f t e ri tw a sc o i l e d b ya f f e c t i n gt h er e c r y s t a l i z a t i o na n d t h ep r e c i p i t a t i o n ，t h ef i n i s h e dt e m p e r a t u r ec o u l da f f e c t t h ed r a w a b i l i t yo ft h es h e e t l o w e rf i n i s h e dt e m p e r a t u r e ( 7 5 0 ( 2 i o c ) c a ng e tb e t t e r d r a w a b i l i t y ( 3 ) b yu s i n g l o w e rs l a b h e a t i n gt e m p e r a t u r e ( 1 0 5 0 11 0 0 ) 1 0 w e rf i n i s h i n gr o l l i n g t e m p e r a t u r e ( 7 9 0 - 8 4 0 c ) ，h i g h e r c o i l e dt e m p e r a t u r e ( 7 0 0 7 2 0 ( 2 ) ，t h en b + t i i fs t e e la n d t h et i - i fs t e e lc a r lb eh o tr o l l e di nf e r r i t i cr e g i o n ( 4 ) t h efv a l u eo f t h ef e r r i t i ch o tr o l l i n gp r o d u c t i o ni sa b o v e2 , 4a f t e rc o l dr o l l i n ga n da n n e a l i n g i th a st h es i m i l a rp r o p e r t i e st ot h ec o l d r o l l i n gp r o d u c t i o n s ot h ef e r r i t i c h o tr o l l i n g t e c h n o l o g yo f i f s t e e lc a ns u b s t i t u t et h ec o n v e n t i o n a lr o l l i n g 东北大学烦l 学位论文a b s t r a c t k e yw o r d s ：1 f s t e e l ，f e r r i t i ch o tr o l l i n g ，d e e pd r a w a b i l i t y , m i c r o s t r u c t u r e ，p r e c i p i t a t i o n ， t e x t u r e v 声明 本人声明所提交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中所 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 本人签名：宁宁 日期：刎年1 月纠日 东北_ _ l ；= 学硕上学位论文绪论 1 1 前言 1 绪论 i f 钢( i n t e r s t i t i a lf r e es t e e l ) ，又叫无间隙原子钢，是超低碳钢中的一种。i f 钢由于其具有十分优异的深冲性能和非时效性，需求量逐年增加，其产量也逐年 上升。以i f 钢为基础发展起来的深冲热镀锌i f 钢板、深冲镀锡i f 钢板、深冲高 强i f 钢扳、深冲高强烘烤硬化i f 钢板等系列，形成了第三代汽车冲压用钢。 以i f 钢为基础的新产品的研制、开发和应用层出不穷，其生产工艺电不断优化， 近年来，为了简化深冲板生产的工艺环节、降低生产成本，热轧i f 钢的研究极为 活跃，i f 钢铁素体区轧制工艺研究已成为i f 钢研究的热点问题，有关i f 钢的研 究在国际范围内取得了飞速发展。随着人们环保意识的增强和竞争的目益激烈， 简化工艺，节约能源，降低能耗，提高生产效率成为人们研究生产工艺的首要目 标，这也使实现i f 钢的铁素体轧制成为i f 钢生产的重点。国外在这方面已取得 了初步的成果。而我国由于受工艺、设备和生产水平的限制，这项技术的发展还 处于起步阶段。 1 2 i f 钢的发展 i f 钢的设想出现于二十世纪六十年代。众所周知，薄钢板是用来锻压汽车护 板、门和相关部件的，其屈服强度必须低到足以在特定曲线或形状方面获得极佳 质量的程度，而钢板中的钛含量超过碳含量一点就使钢的屈服强度降低，于是便 有了生产i f 钢的设想，从设想至今，i f 钢经历了漫长的道路。 按汽车冲压板的历史和冲压性能水平可分为三代产品，i f 钢属于第三代【2 q 】。 沸腾钢可称为汽车覆盖件用第一代产品的主要代表，它的冲压性能与各向同 性无取向的正火钢相比无疑是一个进步。沸腾钢具有较弱的f 1 1 1 ) 织构和几乎与之 相当的其它织构，所以其r 值不高( r = 1 0 1 2 ) ，见表1 1 。沸腾钢中的固溶n 含 量较高，具有明显的应变时效，同时也具有高的烤漆硬化能力，不能较好的适应 汽车车身冲压成型的需要。 第二代产品以铝镇静钢为主要代表。通过控制a i n 的固溶和析出可以获得良 好冲压性能。铝镇静钢中，n 被固定成a i n ，在罩式退火中绝大部分碳析出成f e ，c ， 所以平整后其性能稳定。与沸腾钢相比其屈强比降到0 6 以下，应变塑性比上升 到1 6 左右。迄今为止，大工业生产中使用的各类系列的冲压板都是以铝镇静钢 为基础发展衍生而来的。 东北大学硕士学位论文 绪论 六十、七十年代以来，冶金生产技术获得重大成就，超低碳钢板的冶炼成为 可能从而使以i f 钢和镀层板为主要代表的超低碳钢板作为第三代产品在八十年 代登上历史舞台。i f 钢的屈强比下降到0 5 以下，r 值最高可达到2 8 ，其形变 硬化性能也有较大提高，i f 钢己成为目前汽车覆盖件冲压成型最理想的材料。人 们预测，超低碳钢系列作为第三代产品将逐步取代沸腾钢和铝镇静钢，而使深冲 钢板达到又一个新的水平，来适应以汽车为中心的冲压用钢所提出的更新、更高 的品质要求。 表1 1三代冲压用钢性能比较 t a b l e1 i c o m p a r i s o no f p e r f o r m a n c eo f t h r e eg e n e r a t i o nt y p i c a ld e e p d r a ws t e e 今天超低碳钢系列能作为第三代冲压用钢而出现应归功于对无间隙原子钢 的研究。c o m s t o c k 在1 9 4 9 年最先指出，当在普通低碳钢中加入足够量的t i ( 含c 量的4 5 倍) ，钢中的c 、n 原子被完全固定成t i ( c n ) ，从而该钢具有优异的深 冲性能。这便成了i f 钢发展的基础。但由于钛价格昂贵，迫于经济上的原因，这 一发现被搁置，i f 钢的发展受阻。 直到六十年代后期，由于真空技术在冶金生产中的应用，钢中的碳含量可以 降到o 0 1 以下，于是冶金学家重新对i f 钢感兴趣，i f 钢的研究立即成为个 活跃的领域。1 9 6 7 年左右，文献报道，含钛i f 钢( c = 0 0 1 ) 具有足够高的r 值 可满足深冲级钢板的要求。大约在同时，人们发现加入n b 也能改善深冲性能， 但相比，其延伸率和其它力学性能不如加t j 钢好。t i 处理的i f 钢的深冲性能比 铝镇静钢好，但需要真空脱气和昂贵的钛合金化，成本高，使之应用范围仅限于 少量特殊零件。1 9 7 2 年，日本n k k 和n l i p p o ns t e e l c o 分别开发了连续退火机组， 但是在用连续退火来生产高i 值的深冲级铝镇静钢遇到了困难( 由于快速加热和 处理周期简单) 。七十年代，工业生产的i f 钢的成分大致为：o 0 1 c 、0 0 0 3 n 、 0 1 0 t i ；或对于n b 钢，加0 1 5 n b 。 随着第一套热镀锌机组首次用于生产防腐汽车外壳用板，于1 9 7 9 年，i f 钢 作为主要汽车钢板开始大量生产。连续镀锌线上的连续退火没有过时效段，所以 除了i f 钢外，没有别的钢种可以在连续镀锌线上生产具有良好成形性能的镀锌 东北大学硕上学位论文绪论 板，可见使用i f 钢，工艺简单，因而更经济。 在八十年代，冶金技术取得了进一步发展，采用底吹转炉和改进的r h d e g a s s e r ，可以经济的生产出c = 2 0 p p m 的超低碳钢，r h 处理时间缩短到1 0 l5 r a i n ，从而导致从传统的i f 钢转变为现代i f 钢。现代i f 钢的成分范围大致为： c = o0 0 5 、n 1 5 0 0 c ) 就已形成了：在连铸或再加热 过程中( 1 2 0 0 ) t i i f 钢中先形成析出物t i s ，随温度降低，t i s 粒子热轧中 ( 9 0 0 一1 2 0 0 ) 向t i 4 c 2 s 2 转变，在一定温度范围内，两种析出物共存，形 状难以区分。 由于t i n 在铸态就存在，因而析出较粗大，再加热时仍析出长大，说明仍有 固溶n 的存在。在热轧中应加大道次变形量，减少道次间隔时间使第二相粒子尽 早析出，并有较长时间长大；c 含量过高时，无论高温卷曲还是低温卷曲都不能 析出粗大的析出物；对t i c 而言，在低温时( 6 8 0 、6 4 0 ) 不能析出，必须采 用高温卷曲( 7 2 0 ) ，其析出形状多样，长方形、针形、棒形、园形等：c 高使 t i c 和t i 4 c 2 s 2 析出温度提高，但在铸态时未发现t i c ，在c 小于4 0 p p m 中也未 发现析出。 宝钢钢研所通过t e m ( 1 0 0 0 0 x ) 观察对比研究了板坯加热温度分别为 1 2 0 0 、1 1 5 0 和1 0 0 0 ，7 5 0 终轧，6 5 0 卷取时的第二相粒子析出情况， 发现随板坯加热温度的降低，较为粗大的t i 。c 2 s 2 析出有增加的趋势，而同时 细小弥散分布的第二相粒子的析出则在减少【l ”。 东北太学硕上学位论文 绪论 s a n a g is 2 4 】研究了板坯加热温度和卷取温度对t i 。i f 钢中第二相粒子析出行 为的影响，认为低的板坯再加热温度和高的卷取温度有利于析出粗大的t i 。c 2 s ： 粒子，减少细小的t i c 粒子。较高的板坯再加热温度使在连铸坯冷却过程中析出 的第二相粒子又反向溶解，并在随后的轧制过程中重新沉淀析出，这种重新析出 的粒子比较细小；较低的板坯再加热温度降低了第二相粒子的反向溶解量，使得 已经析出的t i 4 c 2 s 2 粒子更加粗大化，从而减少了t i c 的析出量。h i n o t a n i s 2 5 】 的研究也证实了低的再加热温度有利于t i 4 c 2 s 2 的析出( 见图1 3 ) 。 3 5 0 l ：5 1 3 i2 5 0i2 5 0r 1h 】0 s ot 、，lb 秤热潺震? 图13再加热温度对t i - i f 钢中硫化物析出行为的影响 w c = o 0 0 2 4 ：w s = 0 0 0 6 5 ：w n = 0 0 0 0 7 ： ( 除已注明的以外，其余各加热点的时间均为2 h ) f i g 1 3e f f e c to f r e h e a t i n gt e m p e r a t u r eo ns u l p h u r f r a c t i o ni nt i i fs t e e l s 研究表明2 6 ：高速、大压下量和低的终轧温度将加速第二相粒子的析出，提 高细化晶粒的效果，并促进卷取后第二相粒子的粗大化：轧后急冷虽能细化晶粒， 但也抑制了第二相粒子的析出；较高的卷取温度不仅会促使析出物在铁素体中继 续析出，而且能够提高其扩散能力，促进第二相粒子在卷取后的缓冷过程中聚集、 粗大化。研究认为【2 7 】：较低的再加热温度、低的精轧卷取温度和高的卷取温度有 利于形成粗大稀疏的第二相粒子。 由以上研究结果可知，为了形成粗大、稀疏的第二相粒子，宜采用低温加热、 低温终轧、高温卷取、大的压下量和大变形速率的热轧制度，这是i f 钢铁素体区 轧制工艺参数制定的依据。 1 7 2 热轧工艺条件对织构的影响 1 7 2 1 铁素体轧制过程中织构的变化规律 东北大学硕士学位论文绪论 图1 4 表示促进有利于深冲性能的n d 织构形成的生产过程控制原理 冷轧追火 回囤 幽l4 促进n d 织构形成的生产过程控制原理 2 8 1 f i g1 4b a s i cm e t a l l u r g i c a lp r i n c i p l ef o rp r o m o t i n g t h ef o r m a t i o no f n d t e x t u r e 在铁素体区热轧不仅在工艺上可行，而且经随后的冷轧及退火在成品的织构 组成上表现为强烈的 1 1 1 1 退火织构，使材料具有良好的深冲性能【2 9 1 。 m r b a r n e t th 叫就不同温度铁素体区轧制过程对低碳钢及i f 钢的显微组织及 织构进行了研究，发现变形状态的试样都具备一个重要的特征，即在不同的温度 段，都出现了晶内剪切带，剪切带与轧制平面呈3 0 。3 5 。的角，但同时也观察 到有1 7 。一2 0 。取向的剪切带。这种带状组织发生的程度及特征对i f 钢而言是不 受轧制温度影响的，而低碳钢在4 0 0 c 以上轧制时，带状组织发展的程度急剧下 降。所有的变形织构都表现出铁素体区轧制的典型形式，即部分r d 纤维织构( 具 有 轴平行于轧向的一个取向组) 和n d 纤维织构( 轴垂直于轧制平面 的一个取向组) ，对i f 钢而言不同轧制温度下所表现出的织构基本保持不变，而 低碳钢在高温下( 如7 0 0 ) 的织构强度明显高于低温( 低于3 0 0 ) 时的情况。 可能是剪切带引起晶粒分裂从而弱化了变形织构，也可能是由于剪切带使变形远 离了基体，使基体不能象它原有的那样快速转动。 经不同温度温轧并退火处理后，i f 钢的再结晶行为，包括再结晶晶粒尺寸、 完成5 0 再结晶所用时间以及再结晶织构的组成，受轧制温度影响很小川。i f 钢 再结晶织构主要由 u l 组成，而低碳钢的再结晶织构较为复杂，由高 斯织构 0 1 1 、n d 纤维织构 1 1 1 和部分r d 纤维织构 f 0 0 1 1 1 2 组成，且织构的强度因温轧温度而异，见图1 5 。由于温轧最有 前途的应用之一是代替冷轧，所以经温轧并退火后的性能与冷轧并退火后的性能 越接近越好，因此i f 钢用温轧代替冷轧具有可行性。而低碳钢的再结晶行为具有 对变形温度的高敏感性，这可能是晶内剪切带对形核的影响所致。m r b a m e t t p l l 东北大学硕七学位论文1 绪论 建议通过在低碳钢中添加合金元素的方法增加n d 纤维织构的形核率，并进而提 高r 值。 班 墁 蔓宠强鼽 图i 5 变形温度对再结晶织构中主要成份强度的影响【3 f i g 1 ，i n f l u e n c eo f d e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r eo i 3 _ t h ea v e r a g ei n t e n s i t i e so f t h et h r e em a i n 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 n e n t s f o rs t e e l sl ca n dl m n 变形后的金属在加热过程中会发生再结晶。根据加热工艺的不同可以发生回 复、再结晶、晶粒长大及二次再结晶等现象。再结晶是一个生核和核长大的过程， 而核在什么地方形成以及哪些核能长大，很大程度上要受到变形晶粒取向的影 响，进而形成再结晶织构。体心立方金属的再结晶织构通常是 1 1 l ， 1 1 1 织构，以及高斯织构( 0 1 1 ) 和立方织构 0 0 1 等。 s l a n t e r i 3 2 】发现加热速度对再结晶及织构形成有一定的影响，慢速加热时， 经再结晶发展起来的y 织构成分比快速加热时更强，这归因于在慢速加热时形成 的y 织构的初始晶核，在大量其它取向的形核发生之前，有充足的长大时间。 在i f 钢铁素体区热轧实验研究中发现口】，润滑条件良好时，由试样的表面至 中心层，织构类型保持了较好的一致性，表层的主要织构类型为f 5 5 4 d 0 0 1 j 织构，由表及里 5 5 4 织构逐渐占据主导地位，强度逐渐增加， f 0 0 1 织构强度变化不大。无润滑轧制时，试样的中心层 5 5 4 织构成 为主要织构，而表层仅有一定强度的 1 1 0 剪切织构和 221 1 ) 织 构。总体表现为试样表面织构较弱，由过渡层至中一i i , 层织构逐渐变强。 r o l a n ds e b a l d 3 3 】发现铁素体区温轧后试样的中心层由典型的轧制织构组 成，接近表面层表现为剪切织构。退火处理往往对表面织构成分影响不大，只是 强度减弱。总体而言，依赖于一些工艺条件，金属材料表面织构有时与内部不同， 表面织构与内部织构大约是沿着横向转动9 0 0 的关系。 1 7 2 2 工艺参数对i f 钢铁素体轧制织构的影响 东北大学硕士学位论文绪论 ( 1 ) 粗轧工艺的影响 热连轧生产中，钢坯从加热炉出来后，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，粗轧温度一般较高，因此降低粗轧温度， 将可以使出炉温度降低。由于降低粗轧温度可以使进入精轧前的奥氏体晶粒尺寸 减小，因而可以提高r 值，多数研究结果也表明粗轧过程温降速度的加陕有利于 降低晶粒的尺寸，从而对r 值有利。 ( 2 ) 精轧温度的影响 降低i f 钢铁素体区轧制温度，将有利于 1 1 1 ) 织构的发展，从而改善r 值。 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减小，因而有利于晶 内剪切带的形成，而晶内剪切带是最有利的 1 1 1 再结晶织构形核位置。铁素 体区内较低温度区的轧制可细化铁素体晶粒，从而促进 1 1 1 取向织构的发展， 有利于r 值的提高。但是，终轧温度不能降得太多，否则会显著提高变形抗力。 关于轧制变形时的动态、静态回复和再结晶过程，现有的报道中对奥氏体 区热变形的研究远比铁素体区热变形的研究多。鹿岛康弘等的研究表明 3 5 1 ，在 牛脂润滑的条件下，i f 钢在7 5 0 精轧时整个板厚方向上都是来再结晶的变形 组织；在8 0 0 精轧时，残留部分未再结晶变形组织；而在8 5 0 铁素体区精 轧时则整个板厚方向上已完成了再结晶。如果在考虑到冷轧和退火工艺，在未 再结晶区精轧的7 0 的压下率可得到与再结晶区时9 0 压下率相同的r 值。 ( 3 ) 压下率对织构的影响 精轧压下量和精轧温度一样，都决定了精轧完成后的i f 钢中是否有足够 多的铁素体变形组织，即足够充分的变形积累。i f 钢中对深冲性能有利的f 1 1 1 耿向在轧制期间随轧制压下率的增大变化不明显，但经过再结晶后发现，f 1 1 1 织构随轧制压下率的的增加而迅速增加。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 1 1 附近的 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。为得到好的深冲性能，铁素体精轧压下率应超过7 5 。 因为大压下量能够促进铁素体再结晶的形核和长大，所以大压下量轧制的 带钢的( 1 1 1 ) 密度比常规热轧的带钢要强烈。铁素体区轧制的带钢， 1 0 0 密度 与常规轧制的带钢相同，退火后 1 0 0 密度降低。在同一终轧温度下，大压下 量改变了稳定取向，大压下量所轧带钢的稳定取向是 1 1 2 ，热处理之后 是稳定取向是 1 1 1 ) 。常规热轧的带钢轧后和退火后的稳定取向都是 f 1 0 0 3 4 】。 ( 4 ) 轧制润滑条件对织构和深冲性能的影响 近年来，利用铁素体热轧技术直接生产经济的热轧薄板，同时也可以进一 东北大学硕士学位论文绪论 步冷轧生产具有超高深冲性能的s e d d q 冷轧薄板。有关的研究和应用在迅速 深入，但无一例外，首先要解决的是工艺问题是铁素体区轧制时的润滑。铁素 体区热轧时，由于轧辊和钢板之间的摩擦较大( 0 2 0 4 ) ，会造成钢板表面的 剪切应变。轧辊和钢板之间摩擦系数大时，这种附加应变就大，在这种剪切应 变下将生成 l l o 平行于板面的织构，这种织构的存在将损害钢板的r 值。该应 变在带钢厚度方向上是不均匀分布的，因而织构分布是不均匀的，愈是靠近钢 板的表面，0 平行于板面的织构越多。铁素体区轧制时，这种不均匀变形 导致板厚方向上织构不一致，影响到最终性能，可使整个钢板的r 值降低到1 0 以下。鉴于此，要提高热轧板的深冲性能，就必须在铁素体区轧制时施以强润 滑，减小摩擦作用，从而减少剪切应变和不均匀变形，使得板厚方向上织构基 本一致地保持 1 1 1 平行于板平面。 s a i j im a t s u o k a 等发现，无润滑条件下铁素体区轧制组织沿厚度方向分布 不均匀，越靠近板表面的地方晶粒越细。同样，退火以后的晶粒分布也是不均 匀的，板表面附近是粗大晶粒，细晶粒分布在板厚1 1 0 处。在有润滑条件下， 不管是热轧后的晶粒，还是退火后的晶粒都是呈均匀态分布。x 射线衍射分析 表面，无润滑条件下( “= 0 3 ) ， 1 1 0 平行于板平面的再结晶织构在板表面附 近最强，在1 1 0 板厚处达到峰值，然后大幅度降低，直到板厚中心处降到最低， 此时对r 值有利的 1 1 1 ) 织构才开始形成。电子背散射衍射分析( e b s d ) 也得 到类似结果，织构的分布导致r 值的不同。 鹿岛康弘【 5 | 在研究牛脂润滑条件下进行未再结晶铁素体区热轧以及7 0 冷轧钢板时发现无论是在热轧状态、冷轧状态和退火状态的钢板，板厚方向极 密度分布均匀，没有明显变化：而在无润滑条件下，热轧状态、冷轧状态和退 火状态的钢板板厚方向极密度分布有明显的不均匀性，在表层各极密度与随机 强度大致相同，而随着趋近于板厚中央，各方位的密度变得大致与牛腊润滑情 况下的极密度分布相同。他的试验发现热轧时板厚方向的织构不均匀分布可以 通过随后的冷轧和退火来减小。鹿岛高弘进一步指出，热轧形成的织构，能够 通过冷轧在板厚方向上大体达到均匀。无润滑剪切变形带来的f 1 1 0 ) 织构强度 也减小了，r 值也没有热轧降低得那样多了。有关这方面的研究值得注意。鹿 岛高弘还研究在冷轧表层形成的织构的特点。不论铁素体区轧制是否有润滑， 冷轧刚开始时总会在钢板表面形成( 1 1 0 ) 织构，但随冷轧压下率的增大 1i o ) 织 构就消失了，不过热轧和润滑条件下 1 l o 织构消失的所用的退火时间不同。 ( 5 ) 卷取温度的影响 由于铁素体区变形温度低，应变诱发的和本来存在的第二相粒子在精轧过 程中都难以有明显的聚集和长大，这将有利于再结晶过程的进行，有利于再结 东北大学硕士学位论文l 绪论 晶过程中f 1 1 l 织构的发展，从而改善r 值 3 ”。但是vl e r o y 认为，卷取温度 的不应太高，最好低于6 0 0 。c ，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。同时，由于铁素体区变形 后，铁素体区变形在i f 钢中积累的较大的应变很可能诱发第二相析出，这也 将消耗大量的应变能，不利于再结晶过程的充分进行。如果铁素体区精轧温度 很低，则在巷取之前，还需再加热。如果i f 钢靠卷取后自退火完成再结晶， 则应采取较高的卷耿温度，但若需进行退火和热镀锌，则卷取温度不能太高， 其退火制度也需适当调整。 ( 6 ) 退火条件对织构的影响 铁素体区轧制超低碳钢的轧制织构向到再结晶织构转变的趋势与冷轧带 钢相同。加钛的i f 钢在铁索体区轧制后，即使经过充分的退火，织构和组织 的不一致仍被保存至完全再结晶的晶粒中。再结晶动力学不仅在厚度方向上不 一致的，晶粒与晶粒之间也不一致。退火过程中，在表层，具有f l1 0 和 1 1 2 剪切织构的细小晶粒合并成一个大晶粒，织构没有发生变 化。在中部有三种晶粒，一种是有 1 1 1 ) 织构的细小晶粒，合并 成一个大的铁索体晶粒，织构在退火过程中没有发生变化：另一种出现变形带 的晶粒，在退火过程中沿变形带优先发生再结晶，产生具有 l l l 的再结晶晶粒；第三种是表面光滑的晶粒，被在原始晶粒边界形核的 f l l 再结晶晶粒消耗。它们也发生再结晶，产生具有大的竹节状结构的 晶粒，织构不发生变化，而且小的再结晶晶粒首先沿具有光滑表面晶粒内的变 形带形核，在完全再结晶晶粒内生成少量的 1 0 0 织构组分。 退火再结晶过程是对深冲性能有利的 1 1 1 织构形成的重要过程，铁素体 精轧过程得到的有利取向的晶粒还需通过退火再结晶过程发展成 l l l 织构。 不管采取什么样的退火制度，充分的再结晶是必须保证的。很多研究者的试验 得到这样的结果，铁素体精轧后没有经过退火的热轧板，不管轧制时有没有润 滑，它们的r 值相近，都比较低，但经过退火再结晶后，r 值迅速提高，有润 滑的i f 钢板的r 值明显高于没有润滑的，分析表明这是因为 1 1 1 ) 织构形成主 要在再结晶过程中完成。应当强调的是，必须保证充分再结晶。很多研究结果 都表明。在再结晶过程的后期( 再结晶分数超过6 0 以上) ，此时才有利于f 1 1 1 织构的形成和发展。 东北大学硕士学位论文绪论 1 8 本文研究内容、目的和意义 1 8 1 本文研究的目的和意义 铁素体轧制工艺一方面可以应用于轧制超薄规格热轧带钢，直接代替部分 冷轧产品，供应用户；另一方面可用于进一步冷轧或热镀锌，因此铁素体轧制 意义深远，具有巨大的经济效益和社会效益。而尽管铁素体区热轧工艺在国外 一些先进国家已经得到应用，在我国由于受工艺、设备和生产水平的限制，这 项技术的研究开展还属于起步阶段。为了尽快填补这项空白，宝山钢铁公司和 东北大学于1 9 9 8 年6 月签订了“超低碳钢铁素体区轧制工艺的研究”合作协 议，正式丌始了这项技术在我国的基础理论研究和应用技术的开发，目前已经 取得一定的成果，并在宝山钢铁公司得到了应用。为了进一步完善铁素体轧制 技术，推广铁素体轧制的应用范围，缩短我国热轧带钢技术与国外的差距，东 北大学与鞍山钢铁集团公司技术中心于2 0 0 2 年1 月1r 签署了合作合同，共 同开发研究i f 钢铁素体区轧制技术。通过本文的研究工作，将进一步阐明铁 素体区轧制工艺条件对i f 钢的金相组织、力学性能、第二相粒子及织构的影 响，并开发出适合于鞍钢1 7 8 0 热轧厂的i f 钢铁素体区轧制的工艺技术。 1 8 2 本文研究内容 本文采用工业大生产试验与理论分析相结合的方式，针对鞍钢冶炼的含 t i 以及含n b + t i 的i f 钢，进行以下几个方面的研究工作： 1 ) i f 钢铁素体区热轧工业生产的试验及在鞍钢1 7 8 0 m m 热轧厂实施铁素 体区热轧的可行性研究： 2 ) i f 钢铁素体轧制产品的组织性能分析： 3 ) i f 钢铁素体区热轧后第二相粒子的析出研究： 4 ) i f 钢铁素体区热轧产品的织构研究： 5 ) i f 钢铁素体区热轧工艺对随后冷轧产品性能的影响； 6 )制订鞍钢1 7 8 0 热轧厂超低碳钢铁素体区热轧的工艺制度。 东北大学硕士学位论文 2i f 钢铁素体区热轧可行性工业试验的研究 2if 钢铁素体区热轧可行性工业试验的研究 2 1 前言 i f 钢首先在奥氏体区粗轧，然后在铁素体区精轧，热轧i f 钢可以得到近似 于冷轧的组织和性能。铁素体区热轧的终轧温度和压下率、卷取温度对i f 钢的 组织和性能都有重要的影响，采取适当的终轧温度、卷取温度和压下率能够得到 具有良好深冲性能的热轧带钢。直接做为成品使用。绪论中已经提到，铁素体轧 制工艺一方面可以应用于轧制超薄规格热轧带钢，直接代替部分冷轧产品，供应 用户；另一方面可用于更高精度的冷轧或热镀锌，因此铁素体区轧制意义深远， 具有巨大的经济效益和社会效益。为了在鞍钢1 7 8 0 m m 热轧厂实现铁索体区热轧， 2 0 0 2 年9 月在鞍钢1 7 8 0 m m 热轧机组进行了第一次铁素体区热轧试验，共轧制 实验钢5 卷。 2 2 试验目的 ( 1 ) 研究在鞍钢1 7 8 0 热轧机组上实现i f 钢的铁素体区轧制的可行性； ( 2 ) 研究i f 钢在铁素体区轧制工艺下各机架的实测温度、轧制负荷和卷取 温度，为今后提高轧制压力设定精度，确定合理的铁素体区轧制工艺积累数据； ( 3 ) 研究铁素体区轧制工艺对热轧i f 钢组织、性能的影响，寻找改善产品 性能的途径。 2 3i f 钢铁素体轧制工业试验情况 2 3 1 熔炼成分要求及实际检验成分 本次试验所采用钢为n b + t i i f 钢，熔炼成分要求及实际钢坯成分如表2 ，1 板坯规格：2 3 0 1 2 8 0 x 9 6 0 0 m m ，成品规格：5 0 1 2 6 5 m m 。 表2 1 熔炼成分及实际钢坯成分( w t ) t a b l e2 1t h ec o m p o s i t i o no f t h es t e e l ( w t ) 东北大学硕士学位论文2 【f 钢铁素体区热轧町行性工业试验的研究 2 3 2 热轧生产计划 ( 1 ) 出炉温度1 0 7 0 2 0 ； ( 2 ) r 2 出口温度9 0 0 2 0 ： ( 3 ) f 1 入口温度8 4 0 2 0 。c ； ( 4 ) 终轧温度7 6 0 2 0 ； ( 5 ) 卷驳温度6 7 0 ： ( 6 ) f l f 7 机架轧制润滑投入，供油流量调至最大 ( 7 ) 其它工艺参数参照现行的i f 钢轧制工艺执行。 2 3 3 热轧试验过程操作要点 ( 1 ) 加热温度控制 本次试验坯料共5 块，由于i f 钢铁素体区轧制对板坯加热温度( 1 0 5 0 1 1 0 0 ) 的要求低于常规轧制的加热温度( 1 2 3 0 1 2 8 0 ) ，因此为了保持工业生产的 连续性，与前面正常加热坯料涮保持5 块坯料的位置，与后边正常加热坯料闻保 持3 块坯料的位置，使加热炉温度的变化不影响其它钢坯的加热。其中，前面空 出2 块坯料的位置，外加3 块垫料( 出钢后回炉) ：后面空出3 块坯料的位置。 ( 2 ) f l 入口温度及中间坯头尾温差控制 中间坯在r 2 机架与f 1 机架前摆动待温。待温过程中，保温罩打开，f 1 咬 钢后，除前面2 个保温罩打开外，其余保温罩全部盖上。试验中，由人工测量中 间坯温度，待其温度达到目标值时，进行f 1 咬钢操作：同时，由精轧机组的自 动测温仪来连续测量钢坯进入f l 前中间坯各点温度值，若中间坯尾部温度值高 于头部，则下块钢轧制前实施减罩操作。 ( 3 ) 终轧温度和卷取温度控制 若终轧温度和卷取温度同时低于目标值，可采取升速轧制措施调整：若终 轧温度高而卷取温度低，可采取降低f 1 入口温度，同时采用升速轧制措施来调 整。 ( 4 ) 辊面质量和润滑状态控制 在铁素体轧制前第1 5 块钢时，o r g 在线磨辊开始投入，并在铁素体轧制 前第1 块钢时结束。铁素体轧制试验中，要保证润滑系统喷嘴状态良好，防止堵 塞现象。 ( 5 ) 试验过程控制 第一块实验钢作特殊标记，试验时不投入使用a g c ；同时，其r 2 出口温度、 f l 入口温度及终轧温度可按目标值上限控制。随试验的进行，尽可能将r 2 出口 9 东北大学硕士学位论文 2i f 钢铁素体区热轧可行性工业试验的研究 温度、f 1 入口温度和终轧温度按下限控制，卷取温度则尽可能按上限控制。在 负荷允许情况下尽量加大r 2 低温范围的压下量。 2 3 4 铁素体区轧制与常规轧制比较 相同成分的i f 钢，铁素体区轧制与相同规格的常规轧制的各项工艺参数比 较见表2 2 ，由轧制力实测值可知，在压下率相差不大的情况下，尽管铁素体区 轧制的轧制温度比常规轧制的轧制温度低，但铁素体区轧制精轧各机架的轧制力 却均小于1 5 0 0 0 k n ，轧制力矩均小于1 4 0 0k n m ，这说明铁素体区轧制不会造 成轧制力和轧制功率的超限。 表2 2 铁素体区轧制与常规轧制的比较 t a b l e2 2t h ec o m p a r i s o no f f e r r i t i cr o l l i n ga n dc o n v e n t i o n a lr o l l i n g 铁崇体 选轧州 常蜘 轧制 轧制，j ( k n ) 扭矩( k n m ) 功率( k w ) 轧制温度( ) 压下苹( ) 轧制力( k n ) 扭矩( k n m ) 功率( k w ) 轧制温度( ) 压下苹( ) 1 3 0 8 5 8 7 6 3 8 0 0 8 2 67 3 52 1 4 7 0 9 9 7 7 3 6 6 2 9 9 8 0 3 6 1 1 1 9 3 0 4 6 8 5 2 8 7 8 1 22 3 04 【2 3 4 6 4 7 0 4 3 9 8 9 5 9 9 3 01 1 0 2 4 2 2 8 9 4 5 6 i 8 0 53 2 47 l l l 5 6 3 2 2 4 4 1 7 9 3 8 7 2 46 8 5 4 0 1 9 8 4 2 2 6 7 9 64