（材料加工工程专业论文）冷轧深冲钢板织构的数值模拟.pdf

内蒙山科技人学硕 ：学佩论文 摘要 本文采用p c 模型进行了冷轧深冲钢板纵构的模拟计算研究。研究过程采用 m i c s o 鑫v i s 珏a ib 鑫s e6 0 谣言结合m 8 t l 最b 豁模掇诗算冷鞔深冲钢援冷转缓稳，_ 劳 与包钢c s p 冷轧试样的织构检测结聚相比较。即通过计算机编程模拟冷轧深冲钢板织 麴数演交过程。 要研究织构，就必须进行大量的试验。似是，出于织构测定的时浏成本和经济成本 冀鬻离，蹦各i 孛残分秘交影爨憝试铎的缀携逡行一一溅定是不瑷实豹。在当嚣静实验条 件和计算条件允许的情况下，为了使理论更好的与实践相结合，更好的指导实践，我们 以测定少数几个点豹试验为依据，镧建摸接诗冀方案，并鞋实验验证模錾； 葵缡栗豹| l 确性，再以模拟结果作为依据推导出皱佳试验方案。通过对冷轧深冲钢板的够 构的模拟 汁算，我们可戳燹好戆了鳃冷枣t 瀑挣钢扳冷霉0 织梅戆滚变麓镶，放囊 瑟好懿撂毽生产实 践。经过模拟计算和e 较后，可以得到以下结论： 与毽钢c 船冷辘试撵懿实溅织稳粳 较，采震p e 模型氍 1 0 l l 滔移系为主癸 滑移系的模拟结果的变化趋麴基本可以反殴晶粒实际聚集情况的基本特征。但模拟结果 与实溅续巢出瑷了并不是完全蓬合，分褥其联嚣主要怒开动潺移系熬逡择存在瓣题，这 说明 1 1 0 滑移系是主要开动的滑移系，但不是唯一的滑移系。采用p c 模型以 1 2 3 澎穆系为主要潺移系鳃模数结果譬雹镊冷转键扳实测熬缀捻缝巢镶麓较夫， 这说朋在p c 模型下对冷轧深冲钢板纵构的模拟来说， 1 2 3 l 滑移系不是主要的变 形襁铡。 从模拟结果来着，冷轧深冲钢板在 1 1 2 ) 和 1 1 l 附近的聚集较为突 出，虽在 l l l ， l 瓣返的聚集程度较褰。援羧缝果中淹羞变形量的增大， l l l l l 织构的组分在增大，且向 1 1 2 织构偏移，而 1 1 0 ) 织构的组分却在减少。 关键词：织构，冷轧，深冲钢板，模拟 内蒙占科技人学硕十学位论文 c o m p u t e r s i m u l a t i o no ft h et e x t u r e si nc o l d r o l l e de n h a n c e dd e e p d r a w i n g s t e e ls h 喇 a b s t r 趣c t 墨& 娜珏疆焱l 滋a i o no 锺撼自淑si n | 。o l d 嚷莲醚d 哗翻诚n g 她旌一盎e 崴( c 蛰s ) 黯 b e e nc 州e do nb yp a r 6 a lc o n s 慨n t ( p c ) m o d e l m i c r o s o f iv i s u a lb a s i c6 0 ( v b 6 ) a n d m g 戮曲6 5h a s 醅e n 醢s 藤遮t 站s i l m l l 蕊o n 。曩l e 怼s u l to f 壤e 妇n 落蕊o ni se 孵n l 掰醚谢也l r e s u l to f 幽et c s to f c s ps i m d l eo f b a o t o ui r o n & s t e e lc o 。l t d ，a n e rs 证m l 鼬e dt h et e x t u r ei n c d s 。a n d 联| 铭f c h e d 蝴c o l d l l e dt e x t 啉。 al o to f e x p 嘶m 翩t sm u s tb em a d et or e s c 猷c hm et e x _ 1 1 r ei nc d s 商激i ti s 瑚p r a e 埴c a l1 0 m a k oe x p e r i m e n ti ne v e r yc o n d i t i o n ，b e c a u s et h ec o s ti s 伽l l i g hw h a t e v e ri nt i m eo ri nm o n e y s ow 。c a n m 凛ep i a n 酶s e d o ns e v e 燃d a 瓿g o t 散 黼m 敷i n g a f e w o f e x p e 巍鞠氇翻韬豳l d a l e t b e 把x t u r ej nc d s ，a n ds e l e c t 小eb e 啦o n ef m mt l l er e s u l t so fm es i m m a t i o n s a n dm a k e 嚣( p 群 ￥慰1 t 弧也e 聪i 蠢摊s e l e e 怒d 魏 s 蠡函鑫e a 蛙l oc o 辩参a r et h e 挖s 国to fs i m 瘸舔i o 鞋s 碱 t h er e s u l to fm ee x p e 酊m e 玎t s a 陆c a l c u 】a t i n ga n dc m n p a d n 吕、懈c a nc o n c l u d e 幽ef o l l o w c o n c l u s i o n s c o m p a 刚、v j 山t h er e s u l to ft i et c s to fc s ps 妇p l eo fb a o g 锄如心1 er e s u ho f 也e s i h l u l a n o n w h i c h l l s e d 1 1 0 l g y s t e ma n db a s e d 蚰p c m o d e lc a ne s s e n t i a l l y m 日e c t t h e c h a r a c 钕o f 氆e 蠡e s 转u ti ti s 拍o te x a c 娃y c o n s s t e 哦i t 幽o w s 量l a tm ef 1 1 0 g y s 咖 s t h em o s tm 旬o rs l i p p a 鐾e 趼s t e mb u tn o t 伽eo n l yo n e a n d 舶e r ei sab i gd e v i 撕o nt h a tb e t 、v e e n 疆碌嬲翻lo f 穗et e 盘o fc s ps 垂熊玲 co f 辩礤) ( 翔鼗a n d 氇e s 珏l to f 氇e 盘m 罐鑫 i o nw b i 商u s e d 1 2 3 ) s y s t e ma 1 诅b a s e do n p cm o d e l ，矗n d j ts h o w s m mm c 1 2 3 ) s y s 姗l i sn o t t h e 擞o s 重搦鸯撵蛙i 殚l a g os y s t g m ， i tc a nb ec o n c l l l ( i e d 蠡o mt h er e s u nt l l a tt l l e 1 1 2 a n df 1 1l ， t e x t u r e c o n l p o n e i i ta m 刚d e n t ，a n d lll 章e x n 磷c o m p o n e n ti sd e n s e r a st a h g m e “瞧蛀o no f 妇a m o u n o fd e f 0 1 瓤1 a t i o 玛m e l l l t e x t u r ec o m p o n e n td e c r e a s e d k e yw o r d s ：t e x t u r e ，c o l d - r o i i e d ，c o l d r o u e dd e e p _ d r a w i l i gs t e e i - s h e e t ( c d s ) ， c 稚p 珏垂e r 袋擞珏h 菇。魏 。2 一 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究二l i 作及敬得看并究成票。尽我所知，除了文中特剐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 内蒙吉科技大学或其谴教簿视构懿学位或证书掰使爱过静材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表永了溅意。 签名：勉日期：型：坠 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保餐送交论文憋复印体，允许论文被套潺秘黄阕；学校嘲 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：熟一 导舞签名：欲垂拯 圈期删。；， 内蒙d ，科技人学预 ：学位论文 引言 无间隙原予钢，或称i f 钢( i n t e r s t i t i a lf m es t c 峙1 ) 是自2 0 世纪7 0 年代以来随着真 空冶炼接术发震恧鑫现劳褥爨王曼讫生产蕊耨一代镪叛。盘予芟较 毳豹蘑鞭强度耪 嚣 高的翔性应变比值( r 值) 使得这种钢板具有优越的超深冲压性能。这样就可以使许多 难净压零 孛、深冲压零搏一次冲压残形，困蘧受至l 了汽车、撬攘等多工整减产裙门豹欢 迎。进入8 0 年代，这种钢板的世界年产量已达到数百力- 吨，并且相应品种也不断增 多。以强本镪铁公司为键，其l 鳄2 年无闯熬辍予键豁产量是1 9 繇年懿7 k 镶多。毽是文 于无间隙原予钢生产涵盖较高的技术含量，因而其生产主要集中在闩本、德国、法国等 少数= i ：盟发达霆家。中霉予8 0 年饯泰簸嚣鲶疆毒无翔骧琢予锈并获褥残功，宝 “镶缓 公司予9 0 年代初期已经可以生产冷轧无间隙原子钢扳。生产无问隙原子钢的旗本原则 是利震囊空黢气、炉多 蘸蕊等先莲冶练技术使镶中懿冬秘杂蒺盂素含鬟大夫降低，其嘻| 碳、氮无问隙原子的含量要明厦低于力| 分之一，使钢达到高纯净的状态。然后利用钢种 擞量秘钛、锾等强碳、氮优物澎成元索遂一步扫渣基体内故闲藩骧子，傻钢达到_ 无闺毅 原子的状态。目前钢铁工业所达到的c + s + p + 0 + n 十h 的总量可以低于1 0 0 p p m 。研 究表鼹，在这静裹缝渗、无瓣踩原孑瓣舔戆冷霉i 熬王过程中，装矮唆鬟戆动态鞠复过程 可阻造成很强的冷轧 1 1 1 ) 纤维面织构，并促使最终有利的 1 1 1 ) 再结晶面纵构的进一步 增强，放两毒l 臻其各自舅性大簇凌熬摄赢钢板麴深 孛压一睦姥嘲。 长年的生产实践彼人们发现，表达钢板冲压性能的塑性应变比r 值，叼钢板织 构毒羲密切的关系。鞭豳毯珏s o n 总结了这一关系，结粱表明镪援数 l l l 纾终嚣级掇秀 利于深冲压憾髓的提高而其 1 0 0 面织构则不利于冲压性能的提高嘲。 假设单嚣铁援的巍瑟为镰妊 蘑，对单磊体沿毒瑟菜一方超 乍挺傍变形。控 枣方囱 与板筒上 u w 归晶向的夹角分别为o 。、4 5 。和9 0 。设单晶体变形时开动的滑移系怒 l l o ，旦为单罨瀵移，朝在零皴拉l 枣应力下取波因孑最大熬瀑移系殍动。这蟪当 于s a c h s 模型。计算板面内垂赢拉伸方向与轧板法向的正应变比，即可求出r 德。不论 拉传方自与晶体 u v 咿方向的夹角是多少，当龋体戆 l 渴l 乎； 亍子板瑟时爨获缮骢r 毽 最低，而当晶体的f 1 1 1 ) 面平行于板面时所获掰的r 值最高。蕻他情况则介于这话者之 阍。也就是泌照体 方向熬塑性撼力最大。当然实际鲍无麟熬原予镪不是荦晶俸， 塑性褒形时不一定是单系滑移，开动的滑移系也不一定仅仅是f 1 1 0 ，同时还会有 一些冶金因素影响至i 钢板的r 篷。但从这晕麓化了斡计簿分援词以定瞧瓣焘篷织梅与 内蒙占科技人学硕十学能论文 值的关系基本为正比关系。无间隙原子钢i f 怒利用增强 111 纤维面织构造成的板厚殿 方蠢主戆毫黧瞧变形蕊力寒大壤度遗耄鏊毫锶叛深、舜匿瞧能。 疆研究织构，就必须进行大量的试验，但是，由于织构测定的时间成本和经济成本 j 常赢，霹各耱成分稻变形黧豹试榉熬绥擒逡行一一渊定是不魂实鹃。在当翦熬实验象 件和计算条件允许的情况下，为了使理沦更虫：f ：的与实践相结合，更好的指导实践，我们 隘测定少数足个点豹试验为缀撬，到定模接诗葵方案，著羧实验验证壤羧舌 冀结果静燕 确性，再以模拟结采作为依据推导出最佳试验方案。通过对冷轧深冲钢板的纵构的模拟 计算，我朝霹鞋更好瓣了簿冷霉l 深狰锱叛冷牟l 织棱款演交蠼撵，鼠瑟雯好熬撰浮生产实 践。 。2 山蒙占科技人学硕 ：制证论文 1 冷轧深冲钢板的生产工艺简述 1 1 概述 2 0 世纪9 0 年代以柬，工、世界对材料的性能提出了评价要素系统，并指出对材料性 s e 的要求主要是强度、变形、断裂、热特性以及综舍性能。从经济社会角度磊，未来对 材料和工业技术的评价要素则主要是低成本、环境友好、节能节材、便于i j 动化等。依 据这些评价要素，钢铁材料具有其他树券斗不可比拟的优越性。从可持续发展角度来看， 材料的易f 网收和循环使用对环境保护和节能有着重要意义，是选择材料的一个重要依 据。从现在的统计材料町以看出，在钢铁、玻i 离、纸、铝和塑料等主要材料回收率的比 较中，钢铁的回收率明显高于其他材料。实际上，垒球的粗钢产量中有一半左右是以各 类废钢为原料生产出来的。因此，在口j 以遇见的未泰年代里，钢铁作为一种重要结构材 料的地位不会发生重大变化，仍将是全球性的主要基础原料，并将对全球经济发展和社 会文明的进步起到基础性的支撑作用。 如前所述，钢铁工业一直处于基b 产业的定位，而冷轧板带的生产又是钢铁工业发 展中的最重要的课题之一。因此，近年来囡内外冷# l 板带的生产技术得到了很大的发 展。由于冷轧薄板具有很高的尺寸精度、表面质量和优良的综合性能，得到越来越广泛 的应用，成为国民经济中各生产建设领域和轻【部门所需的必须材料刚。 i 2 产品及用途【4 】 冷轧板表丽美观、尺寸精确，井对加工丁具有广泛的适应性，因此在汽车、电器制 品，家具、装饰制品、建筑装饰材料等多方面领域得到了广泛的应用，并且在同常生活 旱也用的较多，还用来作为渡锌板、渡锡板、彩色涂层板等表面处理板的原板。闩布1 业标准规定了四种冷轧钢板分别为：一般用冷轧钢板( s p c c ) 、冲压用冷轧钢板 ( s p c d ) 、深_ 【 _ 用冷轧钢板( s p c e ) 、非耐效深冲压用冷轧钢板( s p c e n ) 。其他公 司对冷轧钢板的分类足按照特殊用途进行的，包括：低屈服点钢板、超深冲用钢板、搪 瓷用钢板、耐大气腐蚀钢板、低级电工用钢板、硬质钢板、烤蓝钢板、高强度冷轧钢 板、压花钢板、渡锌原板、渡锡板及无锡钢板( 可以代替渡锡板的电解铬酸处理板 - 叼) 。 1 _ 3 工艺 拎轧钢板的基本生产1 艺流程为： 酸沈冷轧一靖洗一退火平整一精整【4 酸沈冷轧一清洗一退火平整一精整【4 3 内蒙占科技人学硕十学位论文 1 3 1 酸洗 酸洗用的酸，有盐酸和硫酸，最初是用硫酸酸沈。赫酸具有与氧化铁皮的化学反应 速度抉、，芝藏蕊盐在东中载溶解瞧强，煎萁侩格较羯，蒸汽的压力毫，产生戆雾气瘗锤 性强并h 罐于处理。当前的生产工艺耋要采用卧式豁酸酸洗线，它正在向着离效化、自 动化、省力化、提高质墩、改善环境等方向发展。 1 3 2 冷轧 熟轧带钢终冷轧届可敞得至4 狠薄的、厚度精发和平坦度优异的、漂亮光潞的带钢， 并且经退火、平整后其机械性能和加工性能良好。冷轧工序决定了冷轧材料的质量水平 和整个工的生产规模，是冷车l 厂中最重要豹工序。 冷聋l 工照需要篷设餐如下：掇藏设备( 包赣豢锯卷廷理设备、开卷瓿) 、夸l 裁设备 ( 包括轧辊、压下装置、自动穿带裟鼹、输入导板、换辊装置、脔辊等) 、电气和计量 仪表( 测脬靛置、轧机速度控制、张力控制、自动厚度控制a o e 、板形检测镎) 、油 库设冬( 窜l 辍冷帮、袋濑溜海、过滤瓣、废东建避警) 。 为了囱冷轧机提供鼠有良好板形的原料，近年来，出现了许多新型热轧机，如p c 轧机、h c 轧机、c v c 轧机、c r 轧机、u c 轧机瓣替代传统的【! 】j 辊轧机。液压弯辊、 锥形支撑辍、工作辗横移及珏g c ( 波压自动厚度控露装置) 以蒋遮采用，对鼹商扳形 及精度菲常有稍。此外，为了生产不切边的冷轧爨带钢辩，熟轧枫的珏a w c ( 液压 自动宽度控制装置) 和中间带坯边部加热装置已广泛的应用口，4 1 。 上世纪8 0 年代以柬，世界上约有8 0 以 = 的轧机新建或改建的h c 冷轧机。h c 巍誊旯豹特点嚣司隧铰麓乎囊工俸辍；由弓：运下薰豹灞大，i 对熬可以篌灞较簿的熬轧 料；可以缩小边部减薄的范围；板型控制能力大，可改善板形、产品平直度。 为了满足冷轧板生产中品种多、小批量、低成本和交货陕的新要求，简化或合并现 有分教憨生产工艺，糁冬道工序连接怒来，实理联会生产或臻短王艺滚程，这楚冬餮玲 轧厂多年溺塑解决的技术难题。 1 3 3 清洗 在冷霉l 带镪的表嚣。上黪羲许多霉l 测、渡、祝涵、铁来、萃西荻尘镰异糗，渍除辩罄在带 诵表露这些演污是清洗作业线的强酌。当清洗不净时，退火石这髓污垢成为碳亿物残留 着，既有损外观，也是后部工序产生事故的原凶，特别是进行表渐涂、镀层等处理的钢 板，产生袭随骚不均，往往使耐腐蚀燃变坏。近来溃沆作业线为搬随生产能力，有高速 纯静矮囊。奁毫遮下要达至l 清洗豹矮子净，这藏为极大静霹题。渗洗豹方法誊纯学清洗 ( 溶剂清溉、碱洗、界颟活性剂清洗和乳化液清洗等) 和物理清 先( 浸渍清洗、滚刷和 矗。 内蒙占科技火学硕十学位论文 喷水清洗) 、电解清洗和超声波清洗等，当这些方法最佳组合时，可得到最好的清洗效 果。高速化作业设备的管理和维护卜分重要。近年来节约资源，节省能源以及高效率生 产的观点得到广泛的采用和实施。另外环境保护力面要求发展清洗废液处理的新技术， 使清洗伯【k 线出现新局面。清洗过程是伴随这生产全线的过程，清沈设备分布在整个生 产线上鸭 1 _ 3 4 退火 板材过大压下率冷轧，晶粒组织被延伸和硬化，这样的板几乎不能进行任何进一步 的加工成形。因此，为了成形加工，必须进行再结晶退火，适当调整晶粒的生长和恢复 所需的塑性。同时，为了得到良好的成形性，期望形成一致的适合成形的结晶织构。这 就是退火的目的。 低碳钢板的退火通常是在还原性气氛中加热到a 1 点温度下保温数小时后冷却，这 种退火成为光亮退火。以前玎发的退火炉形式和操作方法如图1 1 ： ，移动式厂单垛 簇 r 分批式ll 多垛一紧卷 退火炉il 固定式睽合退火线r 松卷 l 紧卷 r 带钢连续式广立式 。连续式ll 卧式 l 台车隧道式 图l _ 1 、退火炉的形式 紧卷退火有充分的加热和均热时间，使晶粒牛长和特定趋向结晶增加，通过缓慢的 冷却过程使均热时多余的固溶碳和氮充分析出，结果得到良好的材质，可以制造经各种 加：r 的制品。但是热量传到带钢卷内缓慢，生产率低；另外各层带钢卷间和同一带钢卷 内有温度差州。 松卷退火法的加热和冷却气氛在卷松的带钢问循环，这样加热和冷却都快，与紧卷 退火相比退火时间大大缩短，而且保护气氛与整个带钢表面接触，两者的直接反应激 5 内蒙内科技人学硕十学位论文 烈，通过滤当的改变保护气氛成分，可改变钢板袭面的成分或全板厚方向的组织和成 分。但松辫退火在多层煎叠时，底层的带钢卷边部易损伤和变形，影响产品质最，所以 重叠层数葶【l 装入重量受到限制，这戚为大容量遐火炉蛉难点。l = = | 紧卷至l 松卷秘在返颡紧 卷需要两次重卷操作，魄易产生缺陷。 连续邋火生产率高，它是以带钢状态进行加热、均热和冷却的。他能得到较硬的材 质，大都用于硬质镀锡原板生产，不能用俸软钢叛的退火。但怒通过适当选择化学成 分、热乾条俘帮时效赴毽条件，已有翔予裁遥深冲黼镌板。 全氢罩式退火炉：从2 0 世纪7 0 年代在欧洲出现并丌始使阁，由于在7 4 0 时氢的 热传导系数为氮的6 5 倍，氢的动力睾占度只有氮的5 0 ，因此，在强对流型的翠式退火 炉中采矮缀俸为缳护气章 = ，露隧挺爨鼷遴女e 热蠢冷却速度4 0 5 麟。蓑用全辍攀式遂 火炉可得别优质表面的带钢，表面质徽接近于连续遐火可能达到的质量，总的能耗费用 也减少3 0 。因此，在意厂改造时，特别是炼钢，热轧等工艺条件没有重大改变的情况 一f ，在匿夕 大部分选用全氢退火炉。 连续潺隧杌缀：2 0 擞纪7 0 年代初期开始出现带有快速冷却系统静连续邋火机组， 可以满足生产的连续化，缩短生产周期，提高产鼎质量，减少势动定额等诸因素的要 求。早期建立的连续迟火往往考虑多鼯秘，而新建的连续退火线正在根据t 卜产：的品辩逐 渐趋予专门位，强洚 蓑掇缀戆基建投资，著有翻予耀高覆量，扶逶一步发震柬褥，有帮 于实现全酾连续工艺线，即酸洗一冷轧，连续退火平熬联合生产线i 圳。 1 3 5 平整 冷辜t 露遥火懿豢镄继续遴毒亍乎熬，其羹兹煮下三点：茨壹发稽拉 孛嚣l 夔 枣长著褥 到必要的机械性能：改蒋带钢的板形，使之平坦；达到要求的表丽光洁度。以压下率为 o 5 4 0 发右的轻微的冷轧，称为平拯。它和冷轧的不同点是幽于压下率小，所以扎 之时可以不向带镪和巍辍喷射润漤溜翻冷却承。邋常在渡锡板熬乎整中不使蠲事l 隶渡， 鄯所谓予孰吲。 在平撼中通常以延伸率代替冷轧时采用的压下率来进行管理。延伸率的定义为： 式中 6 。 盟气 j 1 盥乇 1 内蒙占科技人学硕十学位论文 譬一延伸翠 。乾鼹的豢锶长度 f 一轧后的带钢长度 r 一压f 率 “轧前的带钢厚度 一轧后的带镪厚度 1 3 6 精整 经平整调整了机械性能的冷轧钢板在最衙的精憋i 1 二序中按用户所需的规格进行精 整。在精整作业线上有重卷作业线、纵剪作业线、剪断作业线、挑选分类作业线等，饿 们分剐进行剪边、级药和剪渐等，把平整后的带钢卷加工程用户所需的重量和尺寸的卷 或极。出厂鲫，要对尺寸精度、表面缺陷、平坦度和内部缺陷簿进行最后枪受，再涂防 锈酒和摘扎包装称为最终产晶。 1 4 原料条件 冷轧用钢坯必须低杂质。冷轧钢板广泛用于汽车、家电、建材、罐头盒及包装等方 蘧。因此，襄求有良盎孑躲表联矮量、尺寸精度、扳形及凝壤瞧能。钢承毖矮煮缀裹豹缝 净度及性能的均性。近年来，由新网铁所开发o r p ( 最佳精练工艺) 已逐渐为世界各 闽黢接受。0 r p 的主要工业滚程是蘧炉铁拳炉女i 聪臻、在湿铁炉中铁水 兖聪疆、混绞 车中铁水脱磷、脱硫、转炉脱碳升温、r h 真空处理。在钢水真空处理方面开发出超低 碳铡的稳定生产技术簿，使钢水更热缝净，容易撂至l 含碳量小予5 0 p 瓣数低羰锹。_ i 匿 年来还开发了在连铸中问包中采用等离子火焰加热法，可使遣铸时中问包中钢水温度差 控制在5 内，进一步提高了产品性熊躲均一性。 同本川崎钢铁公司生产的i f 铡用予超深冲汽车钢板的实物 样鼎的化学成分如表1 1 f 4 i 。 表1 1 臻钢实物样品的化学成分( 质量匿分比) 7 内蒙占科技人学硕十学位论文 f f 本川崎钢铁公司生产的d i 罐材质的硬度为t 1 级的软质镀锡板，其化学成分如 表l ，2 嘲。 表1 2 软震渡镯援健擎成努( 鹱爨吾努毙) 从以上躲化学戏分可以卷出，没纛良好躲冶蕊及连铸工艺鼍三段，藏不霹栽生产出俊 质的冷轧板。冷轧用料必须有良好的热轧条件。按冷轧产品性能均一| 生的蹑求，熟 季i 过程中应建立严格托瀑度条l 奠：，以保谖沿铡攀全部茨度的缝织一致。因戴，采翅繁卷 箱的卷曲机怒一。种较好的控制温度的方法。 为了向冷轧机提供具有嶷好投影的原料，近年来，出现了谗多薮爨热牟圆，熟p c 轧机、h c 轧机、c v c 轧机、c r 轧机、u c 轧机等替代传统的四辊轧机。液压弯辊、 锥形支撑辊、工 乍辍横移及淞g c ( 液压基动厚度控豢装置) 以普遍黎震，对提裹扳形 及精度非常有利。此外，为了生产不切边的冷轧宽带铜料，热轧机的h a w c ( 液压自 动宽度控专装霪) 积中闽繁坯边邦女h 热装置已广泛的波蠲。 冷轧用料有加厚的趋势：出于大部分冷轧料含碳摄的降低及大压下量轧机的出现， 以及酸洗一冷戟( c d c m ) 联含规组在酸洗和冷建蹲个：e 序之瓣的l 力平衡，冷霉i l 凝 加厚的技术已广泛用于生产中。 8 内蒙占科技火学硕 j 学位论文 2 织构概述 由于工业牛产对金属材料性能的要求日趋严格，以及织构研究方法的现代化，使人 们愈来愈深刻地认以到研究织构的必要性和织构对材料性能的重要影响。目| j 世界许多 国家都有不少专业人员在深入研究各种材料中的织构以及织构的形成机理。每3 年召丌 一次有关织构的国际会议，新的研究成果不断涌现，并迅速被工业生产所吸收和应用 o 】。同时人们也在继续探讨织构研究中许多悬而未决的问慰”。现代工业对材料中织构 的要求远不只局限于有无而是根据不同产品要求特定的织构结构，因此研究实际生产中 的织构问题不仅足十分重要的，而且是非常必要的。 2 1 织构定义 较现代的织构定义为：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的现象口j ，而晶体取 向足指晶体的三个晶轴在给定参考半标系( 如轧制样品坐标系) 内的相对方位，可以用 具有起始取向的晶体坐标系到达实际晶体坐标系时所转动的角度表达实际晶体的取向。 织构常常产生于物理冶金的各种过程，如：铸造、形变( 冷变形和热变形) 、再结晶 ( 初次再结晶和二次再结晶) 、甚至粉末材料的烧结过程中。 2 2 材料中织构与。陛能的关系 对于一种多晶体材料，如果各个晶粒的空间取向分布状态明显偏离随机分布的话， 即称之为有织构口】。金属的织构来源j 二许多方面：如铸造、轧制、再结晶和晶粒长大 等。金属中的织构对于材料的性能有很大影响【8 1 ，有时需要消除或减弱金璃中的某些织 构，如冷轧深冲钢板的 1 0 0 织构；有时又需要在金属中形成很强的纵构，如冷轧板的 f 1 1 l l 织构。不同类型的织构对金属材料性能的影响也不相同，因此需要对材料中的织 构进行有效的控制，所以深入地研究材料中的织构的形成、发展变化规律及对性能的影 响具有很高的现实意义1 9 j 。 测定金属和合金中的织构方法有【目：x 射线法、磁转矩法、中子衍射法、腐蚀坑法 等等。在这些测量方法中，x 衍射法较为准确。最近几十年问，利用计算机和自动衍射 仪联机测量的方法发展迅速，自动化程度大大提高，各种织构分析软件也相应出现，这 些都为进行织构研究打下了很好的基础。 一个晶粒的取向具有三个自由度，而极图表达的是一个二维的信息，所以个二维 极图无法完整地表达三维取向分布的概念，具有很大的局限性，容易对织构类型产生错 误判断。 9 内蒙幽科技人学硕 _ ：学位论文 最近2 0 年以来，取向分布函数0 d f l l q 埘( o r i e n 协d 衄d i s m b u t i o nf 咖【c t i o n ) 的方法 褥到_ 鑫广泛静应弱。 通常定义： ，( g ) = ，( 纯，忱仍) ( 妒，妒，的定义参见1 9 ) 如果用髫来表述空间的巢一取向，则可以用取向分布函数，( g ) 表达空间取向g 的 分奄揍援，测鼹0 踯，可以更期猴勰缝知道楗料中熬俸敬囱分蠢l 圭援，为熨好选定璧 化研究织构提供了有力的工县。 在o d f 的实甄：计算积应用中，需要把镄) f 展嚣成广义塔函数，0 d 王? 静广义球函 数的展开系数称为c 系数。如果我们知道了c 系数，实际上也就知道了整个0 d f 函 数，在实际艨援中，避圭经誊使爆c 系数寒逮l 予讨算2 。 对于单晶而占，测量它的物理或力学性质时，在不同的方向测量会得到不同的结 果。这 孛瑷象拣为单弱性熊的各自异睫。由零晶性能懿冬肉异性，会嚣致多鑫性能的餐 向异性。多醐呈现的宏观性能各向异性取决于两个因素：材料的织构和组成材料的单晶 的各良异性。在实际应用中，为了褥劐良好的性能，麟霰要从这嚣方蕊入手，期调节携 料的宏观织构和材料的单晶佻质，协调搭配这两个因索，最后得到优异的材料性能。 实际生产中，织橡对产菇性能影魄很大，对于一燧榜料露砉，控誊l 其织构成为控镑4 其性能的重要方面，例如深冲钢板、磁性材料、超导材料等。同时为了预测产品的性 能，常常需要建立一攮数学模型，这就要求对毒葶将的宏双性能秘材料的织翰之闻的关系 作深入地研究，即从产品的宏观织构和单晶的性质出发，研究其宏观性能随这两个因素 的变化规律。 如果不考虑材料内部品粒之间的相互作用，则材料的宏观性质实际t 是组成这个材 料的器个单黯性质的加投迭加。为了计箕枣手料魄宏鼹毂能，设想荸晶体有某一性质m ， 它和晶体单晶的取向关系为m = m ( 譬) ，将其展开成广义球函数： 掰= 瓣 f 2 一n m 为震开系数，尹为广义球函数。设此种材料静o d f 的广义球蠲数的鼹开系数为 c ，根据广义球函数性质，可以计算出材料在板平面内和轧向方向夹角为值的宏观性能 为： 1 0 内蒙占科技人学硕f ：学1 ：c 7 = 论文 丽= 兰、警筹嘉慨”叫”c o s e n 疗， ( 2 2 ) 即物葳的性质出代表甥鹱攀鑫蠼矮熬磁系数靼魏溪织槐熬c 系数决定暇垃l 。 2 3 织构的取向分布函数( 0 d f ) 分析 整姨 二髓纪褐年代彀爨分毒函数( 0 i f i 嫌嘶鳆d i 虹转i 建i 挑 豫髓溆) f 满整以 来，o d f 分析已经成为织构研究中一种不可缺少的煎要手段。传统的织构表达方式采 爱掇窝霸反缀圈，它靠j 坟仪蹩一个二维豹平甏闺，囊磊落取魁育三个鑫瘗度，圈i 龟采稻 极图方法难于对织构进行准确的定量分析。7 0 年代发展起来的取向分布函数( 0 d f ) 方法采臻三缳空阙 | | l 述多磊豁敬良分奄，篷全露准确分帮亍缀穗的骞效手段，敬离分匆灏 数使用欧拉角( 仍，热p ：) 柬表示空问取向用g = ( 竹，仍仍) 表示，取向分靠函数 ，( 彩= 歹蛾，伊，炉：) 表达了空翔取彝g 圭二豹取离分布密发。瑶( 纯，弘张) 作为空澜直角坐 标系的三个变量就可以建立越取向空间( 称作欧拉空间) ，考虑轧板织构相对于轧板坐 标系( r d 为巍囱，簟d 为横离，n d 为投法国) 兵有正交对称往双及立方晶系自身豹对 称性，其取向空间范闱可只取o 识，妒，弘兰硝2 。对于轧制样品，常用的表达晶体取向 静壹疆方式为 君x 三并材v 妨，表示警搦 翔豇 蕊平行子乳面、知刑晶阿平行予轧向。墩 向表达的两种方式 棚跹妇w ) 和( 识，蛾热) 之蚓可按确定关系转换嘲。 2 - 4 转u n g e 系统的0 1 ) f 计算原理凝方澍h 1 级数震嚣法是鼙蘩应霜鬣广泛静毒中篓取巍分毒毯数静方法，分瓷帮涎( 毽黼窖e ) 法 和罗伊( r o e ) 法。二者原理綦本相同。b l l l l g e 系统的0 d f 方法可将试样的轧向、横向 霹毒溺法两弼踺在瑟薅学取爨空淄表示蜜柬，完整瑟定量逡糖述鑫体翡致满分蠢。 晶体的驭向g 用欧拉角( 朔，妒，p 2 ) 表示，并由此建立一个以仍，仍妒2 为轴的磨角坐标 系，称为欧控空羯。舞票蒋试辑中瑟蠢鑫粒戆敬彝蘩栎绘在数控空逡，瑟l 可褥至l 所溺试 样的三维取向分布，即用耿向分布函数表示试样的织构，设取向落在g 到g 十g 范围内 熬瑟粒懿体积之帮为v ，试榉慈体积为v ，定义致蠢分每函数为： 触m ( 隅鳓= 警 ( 2 。3 ) 敬囱分奄丞数不誊接幽实验覆羹窭来，麓够溅爨褥到翡试榉敬良分凌i 情况是霜校 图或反极图柬表示的。根据数学原理可将极密度函数0 ，p ) 和取向分句函数 内蒙占科技人学硕士学位论文 ( 眠，妒，伊：) 分别展开为相应的球谐函数，通过两者展丌系数之问的关系，并考虑对称 性，可由极图数据求出取向分布函数的系数，从而得到取向分布函数。只。，仁，卢) 和 厂( 纪，妒，妒：) 有以下关系： 吲哪，= 去州，黔咖：渺 ，( 妒，妒，妒：) 展开为球谐函数的级数： 厂( 妒，妒，妒：) = c ，”乃( 吼，p ：) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 其中乃( 吼，妒，妒：) 为归一化球谐函数，是( 仍，妒，妒：) 的已知函数，系数c 7 “为未知 数，求得该系数，则分布函数可知，将( 2 5 ) 式代入( 2 - 4 ) 式可得 到 c a 棚2 善差薹c ，”去l 圳矿c 痧舰渺 。：勘 方程要求对r 求积分，为解积分方程，暂用耿向【 肼 ，口，y 代替欧拉角，得 去k 筇，矿( 慨卿肛熹p ( 埘( ( 2 - 7 ) 其中厨和世? 是球谐函数，吼。和风。，是取向 觥f 】对应于晶体坐标系统的球极坐 标，“ 表示共轭函数。 从而( 2 6 ) 式成为以下形式： ( 口，) 2 善薹 薹鲁c ，”足 几f ) 】群( 筇) 。：鳓 一1 2 内蒙占科技人学硕十学侥论文 方括号中的表达式与极图的q 、b 无关，因此可以将其概括为一个常系数 f ”( 肼) ： ( 2 9 ) ( 2 9 ) 式将极图用一一个球谐函数的级数展开式表达出来，其系数e ”( 肼) 与函数 f 、。，妒，妒：) 的系数口”有以下关系： 州删) = 薹南c 氍h 钆川 ( 2 1 0 ) 这样，就将极图的函数植和取向分布函数之间的关系用两者的系数表示出来。 运用球谐函数的证交关系可得到( 2 9 ) 式的反演式： 珊肼) 2e 。蹦口，蹦筇) s i l l 谢蒯 ( 2 _ 由极图测量可得到只。( 口，卢) ，将只。， ，) 代入( 2 1 1 ) 式则可求得巧”( 盯) ，由 鼻”( 肼) 解线形方程组( 2 。1 0 ) 可求解出o d f 的曰”系数，再通过( 2 5 ) 式由掣“系数 计算出取向分布函数厂( 确，妒，仍) 。 要求解线形方程组( 2 1 0 ) ，至少需要2 l 十1 个方程，也就是需要至少2 l 十1 个极 图，若将级数展丌到l = 2 2 ，则需要4 5 个极图，但实际上，使用晶体学对称和试样统计 对称后，所需极图的数目可大大减少。对于立方晶体板对称试样，只需测量2 个完整极 图或3 个不完整极图。 2 5 体心立方金属中重要的取向线【5 】 体心立方金属各晶粒取向总是倾向于聚集在取向空间内不同的取向线附近。图2 - 1 显示了体心立方金属常见的几条取向线。口线表示的是取向线 吼= o 。，妒= o 。斗9 0 。，p 2 = 4 5 。口线上重要的取向有( o 。，o 。，4 5 。) 即 o o l ( 1 1 0 ) ， ( o 。，3 5 。，4 5 。) 即 1 1 2 ( 1 1 0 ) ，( o 。，5 4 7 。，4 5 。) 即 1 1 l ( 1 1 0 ) 等。，线表示的是取向线 纪= o 。斗9 0 。，妒= 5 4 7 。，妒：= 4 5 。，由于y 线刚好与三个子空间相切，线上的方向有重复 一1 3 妒l k 肼 巧 “训。 | | 、j 矗d ，l 吃 内蒙占科技大学硕+ 学位论文 性，冈此只耿j 分之一就够了。通常取纯= 6 0 。斗9 0 。，线上重要的取向有 ( 6 0 。，5 4 7 。，4 5 。) 即 1 1 1 ( 0 1 1 ) 和( 9 0 。，5 4 7 。4 5 。) 即 1 1 l 1 1 2 ) 。髓线与，线在( o 。，5 4 7 。，4 5 。) 处相连接。 图2 一l 还给出了叩线的位置。他表示的是立方取向( o 。，o6 ，0 6 ) 即 0 0 1 1 0 0 ) 和戈斯取 向g ( o 。，4 5 。，o 。) 即 0 l l ( 1 0 0 ) 之问的取向线。 一般在分析再结晶织构时才用得到。 0 。 啦 9 0 。 9 0 o 图2 1 取向空问内晶粒取向的聚集线( b e c ) r d - 轧制方向；n m 法线方向 图2 2 还给出了体心立方会属口与y 取向线分析的一个实例。 从总体上看，人们对立方金属织构的研究较多。在织构理论方面，由于用计算机易 于对形变织构进行模拟，所以成熟的成果较多，对再结晶织构形成理论尚有不同的观 点，还有待进一步探讨。取向分布函数的问世使织构研究手段有了飞跃性的发展，但今 天人们仍在不断努力改进已有的研究手段，发展新的研究方法。 立方金属中存在着各种各样的织构，有面心立方冷轧织构、体心立方冷轧织构、面 心立方再结晶织构、体心立方再结晶织构掣”。 1 4 内蒙古科技大学硕十学伉论文 影响织构形成的因素也非常多。如变形程度、变形温度、变形遴度、变形几何祭 _ ! 二、锪始晶糖度、秘媲织梅、冶金矮爨、第二程及其洛数凄、层绩能、翻煞瀵震、燕热 速度、加热时间、相变、微繁元素含缀，乃至样品尺寸等等许许多多的因素都会影响织 穆熬形成，其中不少影响因素滏未磺究瀵楚。 圈2 2 铁轧制织构的取向绫分析 ( a ) g 驳国唆( b ) y 取向线 a 9 0 汹 2 。6 体心立方金属冷毒l 织构形成的般裁德 铁是最常见的体心立方金属。工h k 上用量最大的愈属板材魑冷轧的钢板。随着工业 懿发溪，冷莪钢叛静瀵耗量不凝凌长，对冷孝t 钢板豹震量要慕遣羹煮罐离。镶舞对汽 车，搪瓷工业用深冲钢板、工业用软磁钢板都衡较高的各向异性，即织构要求 6 j 。 体心立方金毽冷霉绥弱形藏懿藏露与囊心立方袅瓣耀毙煮诲多数耱嗣之笼，冷辜l 过 程巾晶粒取向不断在般向空间内的稳定取向聚集，所不同的是体心立方愈属有另外的耿 涟线。篷鳃慧表达落心立方金矮联良聚集弱8 线与y 绫，线上蹶有取两都有 l l 方 向平行于轧向，n 周围聚集的取向成为 i i 轧向的线织构或a 织构。在v 线上所有 麴取国 方囊乎行予扳法囊，￥线援固聚集数鑫粒取囱舔为乎嚣予板法瓣靛线绞 ，1 5 内蒙占科技人学硕十学位论文 构或 线织构，y 线织构。他们对铁基金属性能的各向异性有很大的影q m 因此他 们的变化规律受到广泛的重视。 文献 5 】中提到：将热轧t 业纯铁按( o 0 2 4 c ，o 0 9 5 s i ，o 1 5 m n ，o 0 11 p ， o 0 0 7 s ) ，分别轧薄2 5 、5 5 、7 8 、8 8 、9 2 。其真应变分别为o 3 、o 8 、1 5 、 2 1 和2 6 。测定各样品的 1 1 0 ) 、 2 0 0 ) 、 1 1 2 和 1 0 3 不完整极图，由此计算出各样品 的取向分部函数，并作线织构定量分析。 ( c ) ( d ) ( f ) 图2 - 3 工业纯铁不同变形量时的取向分布函数 ( 密度水平：2 、6 、1 0 、1 4 、1 8 ) ( a ) 轧制度2 5 ，巾l = 0 。： ( c ) 轧制度7 8 ，巾1 = o 。； ( e ) 轧制度9 2 ，由1 = 0 。： ( b ) 轧制度2 5 ，巾l 硼。： ( d ) 轧制度7 8 ，m 1 = 帅。： ( f ) 轧制度9 2 ，m 1 爿盯： 1 6 内蒙古科技大学硕士学位论文 图2 3 所示的部分取向分部函数值给出了冷轧变形过程中各晶粒取向的聚集状态。 从图2 3 a 、2 3 c 和2 3 e 可阻看出随着变形最的增加各晶粒取向不断汇聚到d 取向线 ( 西1 嘈5 4 ) 附近。y 线上的( 1 1 1 ) 取向( 妒f 5 5 。) 周围以及 1 1 1 ) 取向 ( 图2 _ 3 b 、2 - 3 d 和2 - 3 f 中九两5 。) 周围的取向密度都有所增加。从图2 3 上还可以看 出y 线上晶体取向聚集的程度远不如a 线圈。 图2 4 给出了轧制过程中n 线和y 线上取向密度的变化。可以观察到，低轧制度 ( q 5 ) 时晶粒取向主要汇聚予 0 0 1 ( 图2 4 a ) 变形到5 5 的y 线上的取向密 度增加比较明显( 图2 - 4 a 、2 4 b ) ，所后直至高轧制度( 9 2 ) ，y 线织构不再明显上 升。晶粒取向主要聚集到 0 0 1 ) 和 1 1 2 ) 两处，造成两个峰( 图2 _ 4 a ) ，而且 1 1 2 上密度的增加总比 0 0 1 1 上来得迟。 图2 - 5 是织构定量分析的结果。在变形过程中取向随机分布的晶粒，即背底组分持 续减少，而d 及y 线上晶粒取向聚集总量不断增长( 图2 5 a ) 。整个取向空间内晶粒取 向分布基本可以划入这三个组分。其中线织构组分a 比y 线织构的增长量大得多。图2 5 b 显示了线正态分布的啮合计算所得的n 及y 线织构散布宽度随变形降低的情况。可 见比y 线织构组分在形变过程中逐渐变的锋锐，也就是说各组分的峰值密度( 图2 1 7 内蒙占科技人学硕+ 学位论文 见n 比y 线织构组分在形变过程中逐渐变的锋锐，也就是说各组分的峰值密度( 图2 - 4 ) 和百分含量增加的同时其散布的漫散程度变小了。这清楚地表明了a 和y 线是多晶 纯铁轧制变彤过程中各晶粒取向移动的目标。线织构正态分布啮合能够定量地描述线织 构，从而增添了新的分析织构的手段。 分析面心立方金属的变形过程发现， 1 ll 滑移系开动造成的变形可以使精力 去向先汇聚于取向 1 1 0 附近，然后沿面心立方金属取向空阳j 内的a 线 ( 0 。9 0 。、4 5 。、0 。) 流向取向 1 1 0 。体心立方金属的 1 1 0 滑移系丌动也会 造成类似情况，即相当多的晶粒取向在变形过程中先汇聚于取向f o 叭) 附近，然后 沿q 线流向取向 1 1 2 。 图2 5 工业纯铁织构成分定量分析 ( 8 ) 织构成分的体积分数( b ) 织构成分的散布宽度 1 8 ，世悄梏衽 内蒙占科技大学硕士学位论文 纯铁冷变形时实际开动的滑移系不很确定，且要受到纯度的影响。丌动的滑移系不 羁，变形磊缮爨汝织棱瞧不撵。大爨磅究表明，魄王韭缝铁鑫族、懿及