“ASP+罩式退火工藝”生產(chǎn)Ti-IF鋼的織構演變

張 磊，夏茂森，宋振官

（濟鋼集團有限公司，山東 濟南 250101）

1 前 言

濟鋼利用“ASP 連鑄連軋+雙機架可逆軋機+罩式退火爐”成功大批量生產(chǎn)Ti-IF 鋼。IF 鋼又稱無間隙原子鋼，是在超低碳鋼中加強碳、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，鋼中無間隙原子存在，因而具有優(yōu)異的塑性應變比（r）、高的應變硬化指數(shù)（n）、良好的伸長率及非時效的特性，從而廣泛應用于汽車工業(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晶γ纖維織構（{111}∥ND）密切相關，而IF 鋼的成分、熱軋、冷軋、退火每一環(huán)節(jié)都對最終成品的{111}∥ND織構形成均起到重要作用。

本研究結合濟鋼生產(chǎn)實踐，選取不同成分的IF鋼樣品，針對IF鋼生產(chǎn)過程中的熱軋、冷軋和退火3個工序進行分析，測定并計算熱軋、冷軋和退火試樣中的織構組分及體積分數(shù)，討論IF鋼生產(chǎn)過程中從熱軋到冷軋再到退火試樣的織構演變過程及傳承關系。

2 試驗過程

從濟鋼工業(yè)化生產(chǎn)中隨機挑選兩爐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 號砂紙打磨至1/4處表面，使用德國SIMENS公司生產(chǎn)的D500有測角臺的X 射線衍射儀測定{110}、{200}、{211}極圖數(shù)據(jù)。采用Bunge 級數(shù)展開法計算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。試樣化學成分及編號如表1所示，試樣的熱軋、退火工藝在工業(yè)生產(chǎn)過程中基本一致，但熔煉成分及冷軋總壓下率存在差異。

表1 試樣熔煉成分（質量分數(shù)）及冷軋壓下率

3 結果與分析

3.1 熱軋板織構

熱軋試樣的織構定量分析及ODF圖如表2、圖1所示。通過熱軋板織構的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，熱軋板織構已經(jīng)具有一定量的γ纖維織構，強度為5.2～6.5 級；同時熱軋板的旋轉立方織構、高斯織構和{112}<110>織構強度較高，強度都達到了3.0級。

表2 不同熱軋板織構分析

通常情況下，熱軋過程金屬內部主要發(fā)生兩種微觀過程：一是以位錯運動為主的塑形變形，并伴隨著金屬基體缺陷密度的增加；二是以回復、形核和晶粒長大為主的動態(tài)再結晶，并伴隨著金屬基體缺陷密度的下降。兩者在變形過程中同時或交替出現(xiàn)，因而使試樣在熱軋過程中發(fā)生復雜的微觀變化。軋制過程導致金屬內生成變形織構，動態(tài)再結晶過程會造成再結晶織構，但兩過程同時或交替進行，使兩類組織均不能得到充分發(fā)展，所以往往導致熱變形后金屬形成很弱的織構［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，濟鋼Ti-IF鋼熱軋形成了較強的{111}面織構，達到5 級，為后序形成強的{111}面織構從而得到較高的r值打下了基礎。

圖1 熱軋試樣ODF恒45°截面

熱軋板α取向線上織構密度的最強點在0°和55°～60°之間，即為旋轉立方織構和γ纖維織構（見圖2a）。熱軋板γ取向線上的織構平均密度在5.5級左右，其織構密度最強點在{111}<112>織構上，強度達到5.8 級，織構最弱點在φ1=70°上，{111}<110>織構強度為5.3級（見圖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，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，對于深沖有利的{111}織構，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}織構強。對于深沖不利的{100}織構，含C量為35×10-6的{100}織構含量平均為4.54%，而含C量為45×10-6的{100}織構含量為4.89%，含C量低的{100}織構弱。

綜上所述，在濟鋼ASP 連鑄連軋生產(chǎn)工藝下，Ti-IF 鋼形成了較強的{111}面織構，達到5 級，為后序形成強的{111}面織構從而得到較高的r值打下了基礎。隨著含C量的增加，Ti-IF鋼有利織構{111}的含量減小，有害織構{100}的含量增加，對深沖性能不利，進而影響到退火板的深沖性能。

3.2 冷軋板織構

圖3是不同冷軋板的ODF恒45°截面圖。3個冷軋卷均有較高的{111}面織構強度和較弱的旋轉立方織構{100}<011>及{112}<111>，強度分別為10級、1～2級、4級。冷軋卷27和28來自同一爐鋼，冷軋壓下率分別是78%和82%，隨著冷軋壓下率的提高，{111}面織構強度增加，同時旋轉立方織構{100}<011>也有所增強，高斯織構{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，其高斯織構增強。

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，冷軋板織構具有完整的γ纖維織構（{111}∥ND）和不完整的a 纖維織構（<110>∥RD）。γ纖維織構分布相對均勻，28 卷和29 卷取向密度變化趨勢一致，取向密度在10～11 之間變動，27 卷取向密度變化趨勢恰好和28、29卷相反。27、28、29卷的a纖維織構變化趨勢一致，取向密度差別較小，均在{111}<110>處達到峰值，在{001}<110>和{011}<110>處降到最低。ε織構在φ＜55°時各個織構取向密度幾乎都趨于0，φ＞55°時，取向密度隨φ增加而增大，在{011}<110>達到最大，不過其最大值也僅在2.0左右?？棙嫳葻彳埌鍦p少，{111}/{100}的強度比顯著增加，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是不同冷軋卷織構占有率定量分析。由表3可知，{111}織構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占有率

3.3 罩式退火后織構

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的{111}織構，強度分別為12級、10級，而29卷的{111}織構較弱，僅為6級，這從表3 也可看出，29 卷的{111}織構含量僅為12.85%，其余兩個的{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 級以上較強的{111}織構。前者的{111}織構含量為22.29%，比后者的（19.66%）高，但是{100}有害織構也比后者高。作為衡量深沖性能標準之一的{111}/{100}，前者為9.57，后者為10.29（見表3）。當總壓下率＜90%時，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。對于含C 量為45×10-6的29 卷，其{111}面織構含量偏低，原因可能與第二相粒子或夾雜有關，有待進一步研究。

4 不同工序Ti-IF織構演變規(guī)律

對編號1120 的鋼卷在不同工序下對ODF 圖及α、γ取向密度線進行對比，如圖6、圖7所示。

從圖6a 中可以看出，熱軋板由{111}面織構、旋轉立方織構{100}<011>、立方織構{001}<011>、銅型織構{112}<111>、高斯織構{011}<100>等織構組成。值得一提的是，與傳統(tǒng)的IF 鋼相比較，濟鋼IF 鋼熱軋形成了較強的{111}面織構，達到5級，為后序形成強的{111}面織構從而得到較高的r 值打下了基礎。圖6b是冷軋織構，{111}面織構在冷軋過程中進一步得到加強，達到10級；旋轉立方織構{100}<011>由3級降至2 級；高斯織構和立方織構消失。圖6c 是退火織構，退火后{111}面織構減弱，高斯織構出現(xiàn)。

圖6 不同工序試樣的ODF恒45°截面

圖7 不同工序試樣對應的α、γ取向密度線

由圖7 可以看出，在α取向線上，熱軋板織構強度呈現(xiàn)雙峰分布，在{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>處達到極大值，分別為4 級、3.5 級、6 級，在φ=20°及70°～90°附近，織構強度趨于0，即為不完全織構。冷軋板和退火板織構強度出現(xiàn)單峰分布，在{111}<110>處達到最大值，為9.5 級左右，退火板峰值比冷軋板峰值小1 級。同時可以看出，熱軋板在冷軋后，織構強度分布由雙峰變成單峰，{112}<110>向{111}<110>轉變，直接導致{111}<110>強度提高（見圖7a）。在γ取向線上，熱軋板織構強度分布較為平坦，為6級左右，在冷軋和退火后γ纖維織構顯著增強，達到8 級以上（見圖7b）。冷軋板和熱軋板的織構強度分布趨勢相仿，只是強度提高了約5個級。退火后織構強度隨φ單調增加。對比冷軋板織構分布可以看出，退火后，{111}<110>織構強度減弱，{111}<112>織構增強。表4 是不同工序織構占有率分析，是上述分析的一個量化。相較冷軋試樣，罩式退火后{111}面織構含量和{100}面織構含量均有小幅下降，但{111}/{100}的強度比由9.12 提高至10.29，成型性能進一步加強。

表4 不同工序鋼卷的織構占有率

5 結 論

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

5.2 濟鋼Ti-IF 鋼熱軋板形成了較強的{111}面織構，達到5級，為后續(xù)形成強的{111}面織構從而得到較高的r值打下了基礎。

5.3 Ti-IF 鋼熱軋織構與含C 量有密切關系，隨著含C 量的增加，有利織構{111}的含量減小，有害織構{100}的含量增加，對深沖性能不利。

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

5.5 在γ取向線上，熱軋板織構強度分布較為平坦，在冷軋和退火后γ纖維織構顯著增強，冷軋板和熱軋板的織構強度分布趨勢相仿，只是強度有所提升；冷軋織構在罩式退火后，{111}<110>織構強度減弱，{111}<112>織構增強，{111}/{100}的強度比進一步加強。

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

［2］袁澤喜，代禮斌，賈涓，等.IF鋼生產(chǎn)過程中的織構演變［J］.武漢科技大學學報，2011，34（6）：405-409.