濟鋼ASP線Ti-IF鋼析出相及織構演變分析

于浩，毛偉，孫衛(wèi)華，夏茂森

（1北京科技大學材料科學與工程學院，北京100083；2濟鋼集團有限公司技術中心，山東濟南250101）

濟鋼ASP線Ti-IF鋼析出相及織構演變分析

于浩1，毛偉1，孫衛(wèi)華2，夏茂森2

（1北京科技大學材料科學與工程學院，北京100083；2濟鋼集團有限公司技術中心，山東濟南250101）

采用化學相分析及透射電鏡（TEM），對ASP線生產的Ti-IF鋼析出相進行了定性和定量的研究，并利用ODF分析方法，揭示了生產過程中Ti-IF鋼的織構演變規(guī)律。結果表明：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{111}<110>和{111}<112>形成的重要階段，冷軋織構由較強的α和γ纖維織構組成。退火過程中，γ織構不斷增強同時伴隨著α織構的不斷減弱，最終形成了沿γ纖維的{111}再結晶織構。

ASP；Ti-IF鋼；析出相；織構；深沖性

1 前言

濟鋼1 700中薄板坯連鑄連軋生產線采用了鞍鋼1 700中薄板連鑄連軋生產工藝和技術（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鋼成分的特點是超低碳、微合金化和鋼質純凈，因此IF鋼具有優(yōu)良的深沖性能和非時效性。本研究以濟鋼ASP生產線生產的Ti-IF鋼為實驗材料，分析其析出相及其織構的演變規(guī)律。

2 實驗材料及方法

實驗用鋼為濟鋼經ASP線生產的超低碳Ti-IF鋼。采用135 mm的連鑄坯經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℃。熱軋卷取板經過酸洗后，軋成0.8 mm的冷軋卷，隨后進行罩式退火。實驗材料取自卷取后的冷軋基板及退火后的成品板，化學成分見表1。

表1 實驗材料化學成分（質量分數(shù)）%

將實驗鋼成品板沿軋制方向成0°、45°和90°線切割成標距為50 mm的拉伸試樣，拉伸方向產生15%應變時測得r值。其中r-=（r0+2r45+r90）/4，平面各向異性Δr=（r0+2r45+r90）/2。力學單向拉伸性能由濟鋼技術中心測定。

采用化學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，并計算各析出相的數(shù)量及組成結構，該項實驗在鋼鐵研究總院進行。析出物的定性分析應用碳膜萃取復型技術制備樣品，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，并進行能譜分析（EDS）。

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

3 實驗結果與分析

3.1 力學性能與組織分析

實驗所測的成品板及標準IF鋼［1］綜合力學性能如表2所示。從表2中可以看出，ASP線生產的超低碳Ti-IF鋼具有較低的屈強比、高應變硬化性能和高塑性應變比，基本滿足標準IF鋼力學性能要求。通過計算，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線生產的IF鋼屈服強度偏高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。下面通過化學相分析等手段進一步分析其原因。

3.2 化學相定量分析

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生影響，析出物不僅影響C和N等間隙原子的清除，還關系到鋼板的綜合力學性能以及軋制—退火過程中組織織構的演變規(guī)律［2］。

表2 實驗材料力學性能與標準IF鋼的對比

采用化學相分析的方法對濟鋼ASP線生產的熱軋板及后續(xù)成品板的析出物進行定量分析。表3顯示了試驗鋼中的析出相種類，即各析出相的點陣常數(shù)和晶體結構，表4表明了主要析出相的類型和所占合金的質量分數(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量分數(shù)%

由表4可知，濟鋼ASP線生產的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，因為N原子質量分數(shù)無增減，可以推測TiC借助TiN形核長大，進而形成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Ti-IF鋼屈服強度偏高的原因。

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，而{111}退火織構的形成與材料的純凈度以及之前的軋制工藝是密切相關的。{111}這種織構之所以有利于沖壓，是因為體心立方（bcc）晶格結構的{111}面間距最小為（{100}面間距為1/2，{110}面間距為其強度最大，而這種強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。在高應變比條件下，鋼板不易致裂，成形性能良好。

圖2表示了實驗鋼不同狀態(tài)下（熱軋、冷軋及退火）織構的演變規(guī)律。熱軋織構是微弱的，主要由許多具有較弱的取向分布函數(shù)值[（f（g）≤4）]的織構組分組成。冷軋是通過滑移系統(tǒng)產生織構的重要階段，織構主要由{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纖維織構有所減弱，同時γ纖維織構有所增強，表現(xiàn)出來的是{110}<111>和{112}<111>這兩個方向的強度降低，而{111}面織構增強［3］。

圖2 實驗鋼不同狀態(tài)下ODF圖及取向線分析

4 結論

4.1 由性能數(shù)據(jù)可知，濟鋼ASP線可以生產完全符合標準要求的Ti-IF鋼。

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

4.3 ASP線生產的IF鋼屈服強度偏高，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的重要階段，織構主要由{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>和{111}<112>組成。在退火階段，α纖維織構有所減弱，同時γ纖維織構增強，表現(xiàn)出來的是{110}<111>和{112}<111>這兩個方向的強度降低，而{111}面織構增強。

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

［2］石京，王先進.IF鋼再結晶退火過程中析出相行為研究［J］.北京科技大學學報，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，工學博士，材料加工工程專業(yè)，北京科技大學教授。主要研究方向為軋制技術與組織性能控制，鋼的組織性能綜合控制理論與應用研究及新產品開發(fā)，金屬塑性加工與成形過程模擬仿真。