“ASP+罩式退火工藝”生產(chǎn)Ti-IF鋼的織構(gòu)演變

張 磊，夏茂森，宋振官

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 前 言

濟(jì)鋼利用“ASP 連鑄連軋+雙機(jī)架可逆軋機(jī)+罩式退火爐”成功大批量生產(chǎn)Ti-IF 鋼。IF 鋼又稱無(wú)間隙原子鋼，是在超低碳鋼中加強(qiáng)碳、氮化物形成元素，使鋼中C、N 原子完全以碳、氮化物形式從基體中析出，鋼中無(wú)間隙原子存在，因而具有優(yōu)異的塑性應(yīng)變比（r）、高的應(yīng)變硬化指數(shù)（n）、良好的伸長(zhǎng)率及非時(shí)效的特性，從而廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。研究表明［1］，IF 鋼之所以具有高的深沖性能與其髙取向密度的再結(jié)晶γ纖維織構(gòu)（{111}∥ND）密切相關(guān)，而IF 鋼的成分、熱軋、冷軋、退火每一環(huán)節(jié)都對(duì)最終成品的{111}∥ND織構(gòu)形成均起到重要作用。

本研究結(jié)合濟(jì)鋼生產(chǎn)實(shí)踐，選取不同成分的IF鋼樣品，針對(duì)IF鋼生產(chǎn)過(guò)程中的熱軋、冷軋和退火3個(gè)工序進(jìn)行分析，測(cè)定并計(jì)算熱軋、冷軋和退火試樣中的織構(gòu)組分及體積分?jǐn)?shù)，討論IF鋼生產(chǎn)過(guò)程中從熱軋到冷軋?jiān)俚酵嘶鹪嚇拥目棙?gòu)演變過(guò)程及傳承關(guān)系。

2 試驗(yàn)過(guò)程

從濟(jì)鋼工業(yè)化生產(chǎn)中隨機(jī)挑選兩爐IF鋼，分別選取熱軋、冷軋、退火狀態(tài)的薄板試樣，線切割成24 mm×14 mm 試樣。使用200～1000 號(hào)砂紙打磨至1/4處表面，使用德國(guó)SIMENS公司生產(chǎn)的D500有測(cè)角臺(tái)的X 射線衍射儀測(cè)定{110}、{200}、{211}極圖數(shù)據(jù)。采用Bunge 級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算ODF 數(shù)據(jù)并繪出ODF截面圖和α、γ取向線上取向密度的變化。試樣化學(xué)成分及編號(hào)如表1所示，試樣的熱軋、退火工藝在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中基本一致，但熔煉成分及冷軋總壓下率存在差異。

表1 試樣熔煉成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及冷軋壓下率

3 結(jié)果與分析

3.1 熱軋板織構(gòu)

熱軋?jiān)嚇拥目棙?gòu)定量分析及ODF圖如表2、圖1所示。通過(guò)熱軋板織構(gòu)的ODF 恒45°截面圖可以看出，在ASP中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝下，熱軋板織構(gòu)已經(jīng)具有一定量的γ纖維織構(gòu)，強(qiáng)度為5.2～6.5 級(jí)；同時(shí)熱軋板的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)、高斯織構(gòu)和{112}<110>織構(gòu)強(qiáng)度較高，強(qiáng)度都達(dá)到了3.0級(jí)。

表2 不同熱軋板織構(gòu)分析

通常情況下，熱軋過(guò)程金屬內(nèi)部主要發(fā)生兩種微觀過(guò)程：一是以位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主的塑形變形，并伴隨著金屬基體缺陷密度的增加；二是以回復(fù)、形核和晶粒長(zhǎng)大為主的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，并伴隨著金屬基體缺陷密度的下降。兩者在變形過(guò)程中同時(shí)或交替出現(xiàn)，因而使試樣在熱軋過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜的微觀變化。軋制過(guò)程導(dǎo)致金屬內(nèi)生成變形織構(gòu)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程會(huì)造成再結(jié)晶織構(gòu)，但兩過(guò)程同時(shí)或交替進(jìn)行，使兩類組織均不能得到充分發(fā)展，所以往往導(dǎo)致熱變形后金屬形成很弱的織構(gòu)［2］。但在ASP中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝下，采用合理終軋和卷取工藝，濟(jì)鋼Ti-IF鋼熱軋形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu)，達(dá)到5 級(jí)，為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。

圖1 熱軋?jiān)嚇覱DF恒45°截面

熱軋板α取向線上織構(gòu)密度的最強(qiáng)點(diǎn)在0°和55°～60°之間，即為旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)和γ纖維織構(gòu)（見(jiàn)圖2a）。熱軋板γ取向線上的織構(gòu)平均密度在5.5級(jí)左右，其織構(gòu)密度最強(qiáng)點(diǎn)在{111}<112>織構(gòu)上，強(qiáng)度達(dá)到5.8 級(jí)，織構(gòu)最弱點(diǎn)在φ1=70°上，{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度為5.3級(jí)（見(jiàn)圖2b）。

圖2 各熱軋板的α、γ取向密度線

1120卷與1130卷屬同一爐鋼的熱軋鋼板，含C量為35×10-6，1050 卷與1070 卷屬同一爐鋼的熱軋板，含C 量為45×10-6。從ODF 恒45°截面圖1 中可以看出，含C量低的{111}比含C量高的強(qiáng)，由圖2可知，含C量為35×10-6的{111}<110>、{111}<112>均高于含C量為45×10-6的熱軋板。從具體量化表2中可以看出，對(duì)于深沖有利的{111}織構(gòu)，含C量為35×10-6的{111}平均含量為11.58%，而含C 量為45×10-6的{111}平均含量為10.35%，含C 量低的{111}織構(gòu)強(qiáng)。對(duì)于深沖不利的{100}織構(gòu)，含C量為35×10-6的{100}織構(gòu)含量平均為4.54%，而含C量為45×10-6的{100}織構(gòu)含量為4.89%，含C量低的{100}織構(gòu)弱。

綜上所述，在濟(jì)鋼ASP 連鑄連軋生產(chǎn)工藝下，Ti-IF 鋼形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu)，達(dá)到5 級(jí)，為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。隨著含C量的增加，Ti-IF鋼有利織構(gòu){111}的含量減小，有害織構(gòu){100}的含量增加，對(duì)深沖性能不利，進(jìn)而影響到退火板的深沖性能。

3.2 冷軋板織構(gòu)

圖3是不同冷軋板的ODF恒45°截面圖。3個(gè)冷軋卷均有較高的{111}面織構(gòu)強(qiáng)度和較弱的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>及{112}<111>，強(qiáng)度分別為10級(jí)、1～2級(jí)、4級(jí)。冷軋卷27和28來(lái)自同一爐鋼，冷軋壓下率分別是78%和82%，隨著冷軋壓下率的提高，{111}面織構(gòu)強(qiáng)度增加，同時(shí)旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>也有所增強(qiáng)，高斯織構(gòu){011}<100>隨冷軋壓下率的增加而減少。29 冷軋卷壓下率也是82%，C 含量增加到45×10-6，其高斯織構(gòu)增強(qiáng)。

圖3 不同冷軋板的ODF恒45°截面

圖4 是各冷軋板的γ、a、ε取向密度線。總的看來(lái)，冷軋板織構(gòu)具有完整的γ纖維織構(gòu)（{111}∥ND）和不完整的a 纖維織構(gòu)（<110>∥RD）。γ纖維織構(gòu)分布相對(duì)均勻，28 卷和29 卷取向密度變化趨勢(shì)一致，取向密度在10～11 之間變動(dòng)，27 卷取向密度變化趨勢(shì)恰好和28、29卷相反。27、28、29卷的a纖維織構(gòu)變化趨勢(shì)一致，取向密度差別較小，均在{111}<110>處達(dá)到峰值，在{001}<110>和{011}<110>處降到最低。ε織構(gòu)在φ＜55°時(shí)各個(gè)織構(gòu)取向密度幾乎都趨于0，φ＞55°時(shí)，取向密度隨φ增加而增大，在{011}<110>達(dá)到最大，不過(guò)其最大值也僅在2.0左右。織構(gòu)比熱軋板減少，{111}/{100}的強(qiáng)度比顯著增加，保證Ti-IF鋼深沖性能得到較大提高。

圖4 各冷軋板的γ、α、ε取向密度線

表3是不同冷軋卷織構(gòu)占有率定量分析。由表3可知，{111}織構(gòu)的含量比熱軋板約高1倍，而{100}

表3 不同冷軋鋼卷及罩式退火后的鋼卷織構(gòu)占有率

3.3 罩式退火后織構(gòu)

圖5為罩式退火后ODF恒45°截面圖，圖中27卷、28 卷經(jīng)罩式退火后均有較強(qiáng)的{111}織構(gòu)，強(qiáng)度分別為12級(jí)、10級(jí)，而29卷的{111}織構(gòu)較弱，僅為6級(jí)，這從表3 也可看出，29 卷的{111}織構(gòu)含量?jī)H為12.85%，其余兩個(gè)的{111}含量在20%左右。

圖5 罩式退火工藝下ODF恒45°截面

含C為35×10-6的27卷與28卷相比，前者的壓下率為78%，而后者的壓下率為82%，由圖5 可知，退火板均有10 級(jí)以上較強(qiáng)的{111}織構(gòu)。前者的{111}織構(gòu)含量為22.29%，比后者的（19.66%）高，但是{100}有害織構(gòu)也比后者高。作為衡量深沖性能標(biāo)準(zhǔn)之一的{111}/{100}，前者為9.57，后者為10.29（見(jiàn)表3）。當(dāng)總壓下率＜90%時(shí)，在含C量相同的情況下，壓下率越大，{111}/{100}越高，深沖性能越好。對(duì)于含C 量為45×10-6的29 卷，其{111}面織構(gòu)含量偏低，原因可能與第二相粒子或夾雜有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

4 不同工序Ti-IF織構(gòu)演變規(guī)律

對(duì)編號(hào)1120 的鋼卷在不同工序下對(duì)ODF 圖及α、γ取向密度線進(jìn)行對(duì)比，如圖6、圖7所示。

從圖6a 中可以看出，熱軋板由{111}面織構(gòu)、旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>、立方織構(gòu){001}<011>、銅型織構(gòu){112}<111>、高斯織構(gòu){011}<100>等織構(gòu)組成。值得一提的是，與傳統(tǒng)的IF 鋼相比較，濟(jì)鋼IF 鋼熱軋形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu)，達(dá)到5級(jí)，為后序形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r 值打下了基礎(chǔ)。圖6b是冷軋織構(gòu)，{111}面織構(gòu)在冷軋過(guò)程中進(jìn)一步得到加強(qiáng)，達(dá)到10級(jí)；旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>由3級(jí)降至2 級(jí)；高斯織構(gòu)和立方織構(gòu)消失。圖6c 是退火織構(gòu)，退火后{111}面織構(gòu)減弱，高斯織構(gòu)出現(xiàn)。

圖6 不同工序試樣的ODF恒45°截面

圖7 不同工序試樣對(duì)應(yīng)的α、γ取向密度線

由圖7 可以看出，在α取向線上，熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度呈現(xiàn)雙峰分布，在{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>處達(dá)到極大值，分別為4 級(jí)、3.5 級(jí)、6 級(jí)，在φ=20°及70°～90°附近，織構(gòu)強(qiáng)度趨于0，即為不完全織構(gòu)。冷軋板和退火板織構(gòu)強(qiáng)度出現(xiàn)單峰分布，在{111}<110>處達(dá)到最大值，為9.5 級(jí)左右，退火板峰值比冷軋板峰值小1 級(jí)。同時(shí)可以看出，熱軋板在冷軋后，織構(gòu)強(qiáng)度分布由雙峰變成單峰，{112}<110>向{111}<110>轉(zhuǎn)變，直接導(dǎo)致{111}<110>強(qiáng)度提高（見(jiàn)圖7a）。在γ取向線上，熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度分布較為平坦，為6級(jí)左右，在冷軋和退火后γ纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng)，達(dá)到8 級(jí)以上（見(jiàn)圖7b）。冷軋板和熱軋板的織構(gòu)強(qiáng)度分布趨勢(shì)相仿，只是強(qiáng)度提高了約5個(gè)級(jí)。退火后織構(gòu)強(qiáng)度隨φ單調(diào)增加。對(duì)比冷軋板織構(gòu)分布可以看出，退火后，{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度減弱，{111}<112>織構(gòu)增強(qiáng)。表4 是不同工序織構(gòu)占有率分析，是上述分析的一個(gè)量化。相較冷軋?jiān)嚇樱质酵嘶鸷髙111}面織構(gòu)含量和{100}面織構(gòu)含量均有小幅下降，但{111}/{100}的強(qiáng)度比由9.12 提高至10.29，成型性能進(jìn)一步加強(qiáng)。

表4 不同工序鋼卷的織構(gòu)占有率

5 結(jié) 論

5.1 在濟(jì)鋼ASP 連鑄連軋生產(chǎn)工藝下，Ti-IF 鋼熱軋板由{111}面織構(gòu)、旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}<011>、立方織構(gòu){001}<011>、銅型織構(gòu){112}<111>、高斯織構(gòu){011}<100>等織構(gòu)組成。

5.2 濟(jì)鋼Ti-IF 鋼熱軋板形成了較強(qiáng)的{111}面織構(gòu)，達(dá)到5級(jí)，為后續(xù)形成強(qiáng)的{111}面織構(gòu)從而得到較高的r值打下了基礎(chǔ)。

5.3 Ti-IF 鋼熱軋織構(gòu)與含C 量有密切關(guān)系，隨著含C 量的增加，有利織構(gòu){111}的含量減小，有害織構(gòu){100}的含量增加，對(duì)深沖性能不利。

5.4 在a 取向線上，熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度呈現(xiàn)雙峰分布，在{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>處達(dá)到極大，在φ=20°及70°～90°附近為不完全織構(gòu)；冷軋板和退火板織構(gòu)強(qiáng)度呈單峰分布，在{111}<110>處達(dá)到最大，退火板峰值比冷軋板峰值小1級(jí)。

5.5 在γ取向線上，熱軋板織構(gòu)強(qiáng)度分布較為平坦，在冷軋和退火后γ纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng)，冷軋板和熱軋板的織構(gòu)強(qiáng)度分布趨勢(shì)相仿，只是強(qiáng)度有所提升；冷軋織構(gòu)在罩式退火后，{111}<110>織構(gòu)強(qiáng)度減弱，{111}<112>織構(gòu)增強(qiáng)，{111}/{100}的強(qiáng)度比進(jìn)一步加強(qiáng)。

［1］于鳳云，王軼農(nóng)，蔣奇武.深沖IF鋼再結(jié)晶{111}纖維織構(gòu)形成機(jī)制探討［J］.材料科學(xué)與工藝，2008，16（5）：137-140.

［2］袁澤喜，代禮斌，賈涓，等.IF鋼生產(chǎn)過(guò)程中的織構(gòu)演變［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（6）：405-409.