ASP+罩式退火工藝下Ti-IF鋼析出相研究

張 磊

（山東鋼鐵股份有限公司,濟南 250100）

ASP+罩式退火工藝下Ti-IF鋼析出相研究

張 磊

（山東鋼鐵股份有限公司,濟南 250100）

對ASP中薄板坯連鑄連軋和罩式退火工藝下生產(chǎn)的Ti-IF鋼，定量研究其熱狀態(tài)和退火態(tài)的析出相。在熱軋工序未發(fā)現(xiàn)TiC二相粒子析出，而發(fā)現(xiàn)少量FeTiP二相粒子析出，F(xiàn)eTiP在基體中起強化作用，并阻礙有利織構(gòu)的形成，其存在對Ti-IF鋼的成型性能有害。

ASP中薄板坯連鑄連軋；罩式退火；析出相

1 前言

IF鋼優(yōu)異的深沖性能是由于基體內(nèi)不含C、N等間隙原子，同時有大量的{111}織構(gòu)存在。IF鋼的性能特點與析出物密切相關(guān)，大量研究表明[1]，粗大稀疏的第二相粒子是保證IF鋼{111}織構(gòu)充分發(fā)展、獲得優(yōu)異成形性能的重要條件。深入了解IF鋼在熱軋和退火工藝過程中的析出行為，是IF鋼物理冶金的重要組成部分，并能更好的掌握提高IF鋼深沖性能的規(guī)律，使IF鋼的生產(chǎn)與應(yīng)用向深度與廣度發(fā)展。

2 試驗過程及結(jié)果

試驗材料選擇濟鋼ASP中薄板坯連鑄連軋和罩式退火工藝下批量生產(chǎn)的Ti-IF鋼，定量研究其熱軋態(tài)和退火態(tài)的析出相。試樣具體熔煉成分如表1所示，主要生產(chǎn)工藝參數(shù)為：熱軋終軋目標溫度900℃，熱軋卷取目標溫度720℃，罩式退火溫度720℃/740℃（冷點/熱點）。

表1 試驗鋼種化學(xué)成分（wt ％）

析出物的定量分析應(yīng)用碳膜萃取復(fù)型技術(shù)制備樣品，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各析出相的類型，在透射電鏡下分析析出物數(shù)量、形態(tài)、大小及分布，并進行能譜分析。表2為X射線衍射分析方法鑒定出的各析出相的類型。通過對相中各元素的測定，計算出各相的量及各元素占合金的質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果如表3所示。

3 試驗結(jié)果討論

從表2、表3中可以看出，在ASP中薄板坯連鑄連軋和罩式退火工藝下，熱軋后鋼中存在的二相粒子包括TiN、Ti2CS、FeTiP和極少量的AlN，沒有發(fā)現(xiàn)TiC粒子，但發(fā)現(xiàn)了少量的FeTiP粒子。退火后，鋼中存在TiN、Ti（C,N）、Ti2CS、FeTiP和極少量的AlN。其中熱軋工序與退火工序所生成的TiN、Ti2CS和AlN二相粒子總量相當，說明這三種粒子在熱軋工序已經(jīng)完全析出，經(jīng)冷軋、退火后總量未發(fā)生變化，熱軋工序是控制上述三種粒子分布、形貌及含量的關(guān)鍵。退火工序后FeTiP粒子大量析出，并析出一定量的TiC粒子。

表2 第二相結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

圖1 IF鋼中的第二相粒子的析出起始溫度

由圖1可知，Ti-IF鋼析出物穩(wěn)定性順序為TiN、TiS、Ti2CS，鋼中析出物的析出順序為TiN-TiS-Ti2CS-TiC。Ti、N原子具有強的結(jié)合能力，在高溫時開始形成TiN，冷卻過程中繼續(xù)析出，在熱軋工序TiN粒子已經(jīng)全部析出。高溫時TiS作為主要的硫化物析出，而在低溫時，Ti2CS的穩(wěn)定性比TiS強，TiS附近的C被吸收轉(zhuǎn)為為Ti2CS，Ti2CS的析出占主導(dǎo)地位，當Mn含量高于臨界值時會同S結(jié)合生成MnS，TiC在鐵素體中析出，熱軋工序高溫卷取可促進TiC在析出和長大[2]。

試驗鋼種熱軋和退火工序均未發(fā)現(xiàn)MnS二相粒子，說明鋼中Mn含量控制在臨界值以下。在熱軋工序未發(fā)現(xiàn)TiC粒子，原因可能是C含量較低，熱軋過程中高溫析出的TiS在低溫時優(yōu)先與固溶C結(jié)合生成Ti2CS后，剩余C原子與Ti結(jié)合的動力學(xué)條件不足，不能使 TiC粒子的析出；罩式退火工藝較長的保溫時間和較高的保溫溫度，為TiC緩慢析出提供條件，使TiC粒子析出，該粒子以TiN為形核中心，形成Ti（C,N）。

圖2 FeTiP析出相粒子（a）（c）形貌；（b）（d）能譜

需要特別關(guān)注的是，在熱軋工序發(fā)現(xiàn)了FeTiP粒子，其圖像和能譜如圖2所示，F(xiàn)eTiP粒子成球狀或橢球狀，粒子尺寸在50-70nm。FeTiP在基體中起強化作用，并阻礙有利織構(gòu)的形成，其存在對成型板來說是有害的。相關(guān)報道認為，對于Ti-IF鋼，F(xiàn)eTiP、（Ti,Mn）S粒子在熱軋板中都不存在，經(jīng)罩式退火后均析出這兩相，而連續(xù)退火處理卻不析出這2種析出物[3]。

分析熱軋工序出現(xiàn)FeTiP二相粒子的原因。從表3各元素的量化值可以看出，熱軋后用去了0.02％的Ti，退火后用了0.035％的Ti，形成了Ti的化合物，退火比熱軋多用了0.015％的Ti；鋼中總Ti含量是0.062％，經(jīng)過熱軋、退火工序后，基體中還剩下0.027％的自由Ti。熱軋后形成的二相粒子用去了0.001％的P，退火后形成的二相粒子用了0.007％的P，退火比熱軋多用了0.006％的P，鋼中總P含量是0.013％，基體中還剩下0.006％的自由P。Ti和P的過剩是造成熱軋工序FeTiP粒子析出的原因。Ti-IF鋼經(jīng)罩式退火工藝析出更多的FeTiP相，主要是由于罩式退火工藝具有較長保溫時間，有利于新相的緩慢析出。此外過剩的Ti和P原子對新生晶界的拖曳作用，使組織中的最終晶粒尺寸變小，這也是導(dǎo)致鋼板強度高的原因之一。

4 結(jié)論

（1）ASP中薄板坯連軋連軋和罩式退火工藝下，Ti-IF鋼中Mn含量控制在較低水平，可有效防止MnS二相粒子析出；C含量較低的情況下，熱軋工序不析出TiC二相粒子，在后續(xù)罩式退火過程中TiC粒子TiN為形核中心，形成Ti（C,N）

（2）P含量偏高，將使FeTiP二相粒子在熱軋工序析出，該粒子在基體中起強化作用，并阻礙有利織構(gòu)的形成，其存在對成型板來有害。生產(chǎn)過程中為提高Ti-IF鋼成形性能，在實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)強化煉鋼過程操作，使P含量盡量按下限控制，并使過剩Ti控制在較低水平。

[1]商建輝，王先進，蔣冬梅等.卷取溫度對Ti-IF鋼第二相粒子及晶粒尺寸的影響[J].鋼鐵,2002,37（05）：43-47.

[2]景財年，王作成，韓福濤.IF鋼的析出物[J］.材料導(dǎo)報，2005,19（05）：50-52.

[3]Mendoza R, Alanis M , Alvarez-Fregoso O,et al.Processing conditons of an ultra low crabon Ti stabilised steel developed for automotive applications[J].Scr Mater,2000,43（08）：771.

表3 熱軋態(tài)和退火態(tài)Ti-IF鋼內(nèi)析出物的類型和所占合金的質(zhì)量分數(shù)

張磊（1981—），男，2006年畢業(yè)于山東大學(xué)材料加工工程專業(yè)，工程師，主要從事：汽車和家電用鋼新產(chǎn)品開發(fā)工作。