濟(jì)鋼ASP線Ti-IF鋼析出相及織構(gòu)演變分析

于浩，毛偉，孫衛(wèi)華，夏茂森

（1北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083；2濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南250101）

濟(jì)鋼ASP線Ti-IF鋼析出相及織構(gòu)演變分析

于浩1，毛偉1，孫衛(wèi)華2，夏茂森2

（1北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083；2濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南250101）

采用化學(xué)相分析及透射電鏡（TEM），對ASP線生產(chǎn)的Ti-IF鋼析出相進(jìn)行了定性和定量的研究，并利用ODF分析方法，揭示了生產(chǎn)過程中Ti-IF鋼的織構(gòu)演變規(guī)律。結(jié)果表明：析出相主要由TiN、Ti2CS、Ti（C，N）和FeTiP粒子組成。熱軋后即發(fā)現(xiàn)少量FeTiP粒子，呈球狀或橢球狀，大小在100 nm以下。冷軋過程是深沖織構(gòu){111}<110>和{111}<112>形成的重要階段，冷軋織構(gòu)由較強(qiáng)的α和γ纖維織構(gòu)組成。退火過程中，γ織構(gòu)不斷增強(qiáng)同時伴隨著α織構(gòu)的不斷減弱，最終形成了沿γ纖維的{111}再結(jié)晶織構(gòu)。

ASP；Ti-IF鋼；析出相；織構(gòu)；深沖性

1 前言

濟(jì)鋼1 700中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線采用了鞍鋼1 700中薄板連鑄連軋生產(chǎn)工藝和技術(shù)（ASP）。無間隙原子鋼（Interstitial-free Steel，簡稱IF鋼）是在超低碳鋼中加入適量合金元素（如Ti、Nb），使鋼中的C、N原子完全以碳氮化物形式從基體中析出，從而鋼中基本上無間隙原子存在。IF鋼成分的特點(diǎn)是超低碳、微合金化和鋼質(zhì)純凈，因此IF鋼具有優(yōu)良的深沖性能和非時效性。本研究以濟(jì)鋼ASP生產(chǎn)線生產(chǎn)的Ti-IF鋼為實(shí)驗(yàn)材料，分析其析出相及其織構(gòu)的演變規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)用鋼為濟(jì)鋼經(jīng)ASP線生產(chǎn)的超低碳Ti-IF鋼。采用135 mm的連鑄坯經(jīng)1（粗扎）+6（精軋）軋制成4 mm的熱軋板，板坯加熱溫度1 150℃，終軋溫度890℃，卷取溫度700℃。熱軋卷取板經(jīng)過酸洗后，軋成0.8 mm的冷軋卷，隨后進(jìn)行罩式退火。實(shí)驗(yàn)材料取自卷取后的冷軋基板及退火后的成品板，化學(xué)成分見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

將實(shí)驗(yàn)鋼成品板沿軋制方向成0°、45°和90°線切割成標(biāo)距為50 mm的拉伸試樣，拉伸方向產(chǎn)生15%應(yīng)變時測得r值。其中r-=（r0+2r45+r90）/4，平面各向異性Δr=（r0+2r45+r90）/2。力學(xué)單向拉伸性能由濟(jì)鋼技術(shù)中心測定。

采用化學(xué)相分析的方法提取第二相，借助X射線衍射分析方法鑒定冷軋基板及成品板各析出相的類型，并計(jì)算各析出相的數(shù)量及組成結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在鋼鐵研究總院進(jìn)行。析出物的定性分析應(yīng)用碳膜萃取復(fù)型技術(shù)制備樣品，在透射電子顯微鏡下（TEM）分析析出物的數(shù)量、形態(tài)、大小及分布，并進(jìn)行能譜分析（EDS）。

采用X射線衍射（XRD）進(jìn)行冷軋基板和成品板的織構(gòu)測量和分析。用線切割方法在退火板上截取24 mm×14 mm的試樣，用砂紙?jiān)谲埫孢M(jìn)行打磨，至厚度的1/4處，采用德國西門子D5000型X射線織構(gòu)儀上進(jìn)行織構(gòu)測定，共測得（110）、（200）、（211）3張不完整極圖，并利用級數(shù)展開法計(jì)算三維取向分布函數(shù)（ODF）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 力學(xué)性能與組織分析

實(shí)驗(yàn)所測的成品板及標(biāo)準(zhǔn)IF鋼［1］綜合力學(xué)性能如表2所示。從表2中可以看出，ASP線生產(chǎn)的超低碳Ti-IF鋼具有較低的屈強(qiáng)比、高應(yīng)變硬化性能和高塑性應(yīng)變比，基本滿足標(biāo)準(zhǔn)IF鋼力學(xué)性能要求。通過計(jì)算，平面各向異性系數(shù)│Δr│為0.005，非常小，這樣就意味著沖壓成形過程中出現(xiàn)“制耳”的可能性很小。但是發(fā)現(xiàn)ASP線生產(chǎn)的IF鋼屈服強(qiáng)度偏高20 MPa，二相粒子類型、大小及數(shù)量是上述現(xiàn)象的原因之一。下面通過化學(xué)相分析等手段進(jìn)一步分析其原因。

3.2 化學(xué)相定量分析

不同熱連軋工藝制度會對析出相的類型、組成、數(shù)量以及粒度的分布產(chǎn)生影響，析出物不僅影響C和N等間隙原子的清除，還關(guān)系到鋼板的綜合力學(xué)性能以及軋制—退火過程中組織織構(gòu)的演變規(guī)律［2］。

表2 實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)IF鋼的對比

采用化學(xué)相分析的方法對濟(jì)鋼ASP線生產(chǎn)的熱軋板及后續(xù)成品板的析出物進(jìn)行定量分析。表3顯示了試驗(yàn)鋼中的析出相種類，即各析出相的點(diǎn)陣常數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)，表4表明了主要析出相的類型和所占合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表3 試樣中的析出相

表4 主要析出相中各元素占合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

由表4可知，濟(jì)鋼ASP線生產(chǎn)的Ti-IF鋼熱軋板中析出相由TiN、以及少量的FeTiP粒子組成，沒有發(fā)現(xiàn)TiC粒子。退火后成品板中的析出相中出現(xiàn)了Ti（C，N）粒子，因?yàn)镹原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)無增減，可以推測TiC借助TiN形核長大，進(jìn)而形成Ti（N，C）粒子。Ti2CS粒子退火前后無變化，但是FeTiP粒子大幅度增加。圖1是通過透射電子顯微鏡（TEM）和X-射線能譜儀（EDS），對附著在微柵上的粉末進(jìn)行觀測，得到的FeTiP粒子圖像及其能譜。FeTiP粒子在基體中屬于強(qiáng)化相，類型屬于正交晶系，球狀或橢球狀大小在100 nm以下。這也是現(xiàn)階段ASP線生產(chǎn)Ti-IF鋼屈服強(qiáng)度偏高的原因。

圖1 析出相FeTiP粒子TEM形貌及能譜

3.3 宏觀織構(gòu)分析

獲得優(yōu)良深沖性能的充分必要條件是占優(yōu)勢的{111}<112>和{111}<110>退火織構(gòu)，而{111}退火織構(gòu)的形成與材料的純凈度以及之前的軋制工藝是密切相關(guān)的。{111}這種織構(gòu)之所以有利于沖壓，是因?yàn)轶w心立方（bcc）晶格結(jié)構(gòu)的{111}面間距最小為（{100}面間距為1/2，{110}面間距為其強(qiáng)度最大，而這種強(qiáng)度最大的方向垂直于薄板上下表面，使鋼板具有較大的抵抗鋼板減薄能力。在高應(yīng)變比條件下，鋼板不易致裂，成形性能良好。

圖2表示了實(shí)驗(yàn)鋼不同狀態(tài)下（熱軋、冷軋及退火）織構(gòu)的演變規(guī)律。熱軋織構(gòu)是微弱的，主要由許多具有較弱的取向分布函數(shù)值[（f（g）≤4）]的織構(gòu)組分組成。冷軋是通過滑移系統(tǒng)產(chǎn)生織構(gòu)的重要階段，織構(gòu)主要由{001}<110>、{112}<110>、{111}< 110>和{111}<112>組成。退火階段主要是冷變形亞晶的合并和多邊形化，α纖維織構(gòu)有所減弱，同時γ纖維織構(gòu)有所增強(qiáng)，表現(xiàn)出來的是{110}<111>和{112}<111>這兩個方向的強(qiáng)度降低，而{111}面織構(gòu)增強(qiáng)［3］。

圖2 實(shí)驗(yàn)鋼不同狀態(tài)下ODF圖及取向線分析

4 結(jié)論

4.1 由性能數(shù)據(jù)可知，濟(jì)鋼ASP線可以生產(chǎn)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的Ti-IF鋼。

4.2 ASP線生產(chǎn)的IF鋼的析出相粒子由TiN、Ti2CS、Ti（N，C）以及FeTiP粒子組成。

4.3 ASP線生產(chǎn)的IF鋼屈服強(qiáng)度偏高，原因之一是熱軋和退火后發(fā)現(xiàn)了FeTiP粒子，該粒子是基體強(qiáng)化粒子，呈球狀或橢球狀，大小在100 nm以下。

4.4 冷軋是形成有利織構(gòu)的重要階段，織構(gòu)主要由{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>和{111}<112>組成。在退火階段，α纖維織構(gòu)有所減弱，同時γ纖維織構(gòu)增強(qiáng)，表現(xiàn)出來的是{110}<111>和{112}<111>這兩個方向的強(qiáng)度降低，而{111}面織構(gòu)增強(qiáng)。

［1］康永林.現(xiàn)代汽車板工藝及成形理論與技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009：19-20．

［2］石京，王先進(jìn).IF鋼再結(jié)晶退火過程中析出相行為研究［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，20（5）：461-466.

［3］Karel ELOOT，Kaneharu OKUDA，Kei SAKATA，et al.Texture Evolution during Cold Rolling and Recrystallisation of IF Steel with a Strong{111}Hot Band Texture［J］.ISIJ International，1998，38（6）：602-609．

Production Practice on Ti-IF Steel Sheets on Jinan Iron and Steel ASP-line

YU Hao1,MAO Wei1,SUN Wei-hua2,XIA Mao-sen2
（1 School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China；2 The Technology Center of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

With chemical phase analysis and transmission electron microscopy(TEM),the precipitates of the Ti-IF steel produced in the ASP-line were carried out a qualitative and quantitative research,and by ODF analysis methods,Ti-IF steel Texture Evolution law in the production process was revealed.The results showed that:the precipitated phase is mainly composed of TiN,Ti2CS,Ti(C,N)and FeTiP particles.A small amount of particles FeTiP were found after hot-rolled,which are spherical or ellipsoidal and the size below 100 nm.Cold-rolled process is an important stage in the formation of deep-drawing texture{111}<110>and{111}<112>,while cold rolling texture are consist of stronger α-fiber and γ-fiber texture.During annealing process,γ-fiber texture growing while α-fiber texture weakening,cold rolling texture is transformed to a very strong{111}γ-fiber annealing texture.

ASP;Ti-IF steels;precipitates;texture;drawability

TG115

A

1004-4620（2010）01-0035-03

2009-12-02

于浩，男，1970年生，工學(xué)博士，材料加工工程專業(yè)，北京科技大學(xué)教授。主要研究方向?yàn)檐堉萍夹g(shù)與組織性能控制，鋼的組織性能綜合控制理論與應(yīng)用研究及新產(chǎn)品開發(fā)，金屬塑性加工與成形過程模擬仿真。