不同热连轧工艺TiIF钢板中析出相及织构的研究.pdf

下半月出版M a t e r i a l&H e a tT r e a t m e n t)材料热处理技术不同热连轧工艺T i I F 钢板中析出相及织构的研究赵志毅，张晓君，薛润东，李杏娥(北京科技大学材料科学与工程学院。北京1 0 0 0 8 3)摘要：采用电镜和化学相分析的方法对三个热连轧厂不同工艺条件下生产的T i I F 钢热轧板析出相进行了定性和定量的研究，并分析了T i 礤钢热轧板织构及其深冲性能。结果表明：在化学成分基本相同的情况下，不同热连轧工艺对T i S 与T h E：S：析出量影响较大。三种钢板主要的析出相为T i N、T i S 与T i 4 C 2 S 2，其中T i N 的析出量相同，T i S 与T i 4 C：S：析出量差异较大。T i S 与T W 2 S：析出量多的钢板，析 l 相平均粒度大，有利织构 1 1 1 织构强深冲性能好。关键词：T i I F 钢；热连轧工艺；析出相；织构中图分类号：T G 3 3 5 5+6文献标识码：A文章编号：1 0 0 1 3 8 1 4(2 0 0 9)0 8 0 0 2 5 0 4R e s e a r c ho nP r e c i p i t a t e sa n dT e x t u r ei nT i I FS t e e lS h e e t sP r o d u c e db yD i f i e r e n tH o t r o l l i n gP r o c e s sZ H A OZ h i)r i，Z H A N GX i a o j u n，X U ER u n d o n g，L IX i n g e(S c h o o lo f M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n 垂n e e n n g,U n w e 船渺o f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g，B e q n g10 0 0 8 3，C h i n a)A b s t r a c t：T h ep r e c i p i t a t e si nt h r e ek i n d so fT i-I Fs t e e l sw e r ea n a l y z e du s i n gT E Ma n dc h e m i c a lp h a s ea n a l y s i s，B e s i d e s，t h ef o r r n a b i l i t ya n dt h et e x t u r ei nt h eT i I Fs t e e l sw e r ed i s c u s s e d T h et h r e ek i n d so fT i-I Fs t e e l sw e r er o l l e db yd i f f e r e n te q u i l：I m e n t sa n dp r o c e s s e si nt h r e eh o t-r o l l i n gf a c t o r i e s T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a i np h a s e si nt h et h r e ek i n d so fT i-I Fs t e e l sa r eT i N，T i Sa n dT h E 2 S 2w h e nt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o ni sa l m o s tt h es a m e T h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h er o l l i n gp r o c e s s e sh a s 伊e m e re f f e c to nt h ep r e c i p i t a t i o nq u a n t i f i e so fT i Sa n dT L C 2 8 2 T h eq u a n t i t yo fT i Nh a sn od i f f e r e n c e B u tt h eq u a n t i t i e so fT i S a n dT i 4 C 2 S 2a r ed i f f e r e n t T h ef o r m a b i l i t yi sb e t t e ra n dt h ea d v a n t a g e dt e x t u r e 1 11)i ss t r o n g e ri nt h eT i I Fs t e e lw h i c hc o n t a i n sm o r eT i Sa n dT h C 2 S 2，i nw h i c ht h ea v e r a g ep a r t i c l es i z ei sb i g g e r K e yw o r d s：T i I Fs t e e l s；h o t-r o l l i n gp r o c e s s；p r e c i p i t a t e s；t e x t u r eI F 钢是一种新型的、具有高深冲性能的汽车用钢板其特点是在超低碳钢中加入适量合金元素(i nN b、T i 等)使之与钢中间隙原子(C，N)形成稳定的化合物，从而尽可能地降低钢中间隙固溶原子含量(”。I F 钢的深冲性能主要取决于C、N 间隙固溶原子含量、热轧钢板晶粒大小、析出相形态等因素。热轧钢板晶粒尺寸的变化及C、N 间隙原子的固定均与析出相密切相关。析出相的类型、组成和数量表征了去除间隙原子C 和N 的效果。以及对热轧板晶粒大小及织构等的影响。最终对产品性能产生影响。不同热连轧丁艺制度会对析出相的类型、组成、数量以及粒度的分布产生影收稿日期：2 0 0 8 1 0 1 9作者简介：赵&,g t(1 9 6 2-)，男，|I J 东青岛人，副教授，博十，主要从事金属压力加工工艺研究：电话：0 1 0 6 2 3 3 3 7 9 9；E m a i l：z h a o z h i y i 2 6 3 n e t响，影响热轧板的织构及深冲性能对于随后冷轧板的微观结构有影响。通过控制热轧板的织构，可以提高冷轧板的质量刚。本文在采用电镜对试样析出相进行定性分析的同时结合化学相分析的方法对添加T i 的I F钢在i 个热连轧厂不同T 艺条件下生产的热轧板中析m 相的类型、组成、数量以及粒度的分布进行了定量的研究；同时对三种热轧钢板的织构进行测试。对比三种钢板析出相和织构的特征，为探讨不同工艺条件对I F 钢性能的影响提供依据。1 实验过程试样材料是主要化学成分基本相同的板坯在i 个热连轧厂不同热连轧工艺生产的三种T i 一钢板，将三种热轧工艺分别编号为A、B、C，对应的热轧板为A、B、C 钢板，各钢板的主要化学成分热加工工艺2 0 0 9 年第3 8 卷第8 期 万方数据材料热处理技术：M a t e r i a l&H e a tT r e a t m e n t2 0 0 9 年4 月如表1 所示。表l 三种钢板的化学成分(质量分数，)T a b 1T h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h et h r e e k i n d so fI Fs t e e ls h e e t s(w t，)丁艺CST iPM nA l sA0 0 0 20 0 0 70 0 5 40 0 1O 1 30 0 4B0 0 0 20 0 0 80 0 5 2O 0 l l0 1 30 0 4C0 0 0 20 0 0 8O 0 5 l0 0 0 7 7O 0 5O 0 3 l析出物的定性分析应用碳膜萃取复型技术制备样品在J E M 一2 0 0 0 F X 透射电子显微镜下分析析出物的数量、形态、大小及分布，并进行能谱分析。采用化学相分析的方法提取第二相。借助X 射线衍射分析方法鉴定各析出相的类型并计算各析出相的量及组成结构、析出相粒子的粒度大小分布。在三种钢板中部取1 0 r f l m x l 5 m m 试样：采用S i m e n s D 5 0 0 0 X 射线织构仪：用C o K a 辐射测量板表面的织构，O L 为0 0 7 0 0，口为0 0 3 6 0 0，测最步长为5。采集 1 1 0 、2 0 0 、2 1 l 三张极图，并利用级数展开法计算取向分布函数(O D F)。在三种钢板上各部位沿与轧制方向分别成0。、4 5 0 和9 0 0=三个方向线切割取3 个拉伸试样。在M T S 一8 1 0 材料试验机上测量n、r 值。2 实验结果及分析2 1 析出物的形貌在三种T i I F 钢热轧板中观察到析出相的形貌主要有圆形、椭圆形、六角形、方形、棒形等，如图1 所示。通过能谱分析(图2)，以T i 的S 化物为主。主要为T i S 或T i 4 C 2 S 2 粒子。图1 析出相的T E M 形貌F i g 1T h eT E Mm i c r o s t r u c t u r eo ft h ep r e c i p i t a t e sE k e V图2 试样中析m 相的能谱网F i g 2C o r r e s p o n d e n tE D So ft h ep r e c i l：I i t a t e si nt h es a m p l e s2 2 析出物的定量分析采用化学相分析的方法对三种钢板中的析出物进行定量分析。表2 为X 射线衍射分析方法表2 试样中析出相种类T a b 2T h ep r e c i p i t a t e so ft h es a m p l e s相类型点阵常数n m晶系T i Na o=0 4 2 4 0 0 4 2 5 0面心立方T i Sa o=0 3 4 1 6，c o=2 6 4 0 0六角T i 2 c Sa o=0 3 2 1 0 O 3 2 4 0C o=1 1 2 0 31 1 3 0 8C O a o=3 4 9六角鉴定出的各析出相的类型。通过对相中各元素的测定计算出各相的量及各元素占合金的质量分数结果如表3 所示。表3 主要析出相中各元素占合金的质量分数(叭，)T a b 3T h em a s sp e r c e n to fe v e r ye l e m e n ti nt h em a i np r e c i p i t a t e so ft h ea n o y(w t,)T i NT i ST i，C ST iN+T iS+T iC 搴S艺0 0 0 7 40 0 0 2 2 0 0 0 9 6O 0 0 7 1n 0 0 4 80 0 1 1 90 0 0 2 10 0 0 0 30 0 0 0 70 0 0 3 l0 0 0 7 60 0 0 2 3 0 0 0 9 90 0 0 5 2旺0 0 3 50 0 0 8 7O D 0 30 0 0 0 40 0 0 l0 0 0 4 40 D 0 7 40 0 0 2 20 D 0 9 60 0 0 5 90 0 0 4D 0 0 9 9O D 0 20 0 0 0 30 0 0 0 7O-0 0 3从表2 可以看出，i 种钢板中主要的析出相为T i N、T i S 和T i 2 c s(即T i 4 C 2 S 2)，几乎没有T i C。从表3 中可以看出i 种钢板中，T i N 和T i S 析出量比较多，而T i 2 C S 析出量比较少。首先看T i N 的析出量。A 钢板和C 钢板中T i N 的析出量一样。均为0 0 0 9 6，B 钢板中为0 0 0 9 9 三种钢板中T i N 的析出量差别不大。而对于T i S 和T i 4 C：S：的析出，i 种钢板差别比较明H o tW o r k i n gT e c h n o l o g y2 0 0 9，V 0 1 3 8，N o 8 万方数据下半月出版M a t e r i a l&H e a tT r e a t m e n t 材料热处理技术显。A 钢板中T i S 和T i 4 C 2 S 2 析出量的总和最大。B钢板次之，C 钢板最小。在扫描电镜和透射电镜下观察均发现A 钢板中的析出较多。C 钢板较少且通过能谱分析，这些粒子大部分含T i 和S 可以确定主要为T i S、T i 4 C 2 S 2。三种钢板析出相的质量分数及粒度分布如表4 所示。三种钢板粒度分布各区间内的质量百分数比较如图3 所示。表4 三种钢板析出相的质量分数及粒度分布T a b 4T h em a s sp e r c e n ta n dp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ft h ep r e c i p i t a t e s粒子尺寸试样A试样B试样C问隔r i m质罱盯累计质罱 质罱玎累计质苛质罱自累计质量分数()一分数p 匐分数E 分数(嘲分数I i 分数C)l O 1 81 0 1l O 17 67 66 36 31 8 3 61 9 52 9 61 4 52 2 11 1 21 7 53 6 6 00 93 0 57 93 0 O5 52 3 O6 0-9 67 93 8 49 83 9 71 3 93 6 99 6 1 4 05 14 3 69 84 9 58 64 5 51 4 0 2 0 01 9 76 3 31 8 46 7 91 6 56 1 92 0 0 3 0 01 2 27 5 41 2 88 0 71 9 98 1 93 0 0 4 3 03 87 9 22 38 3 O5 78 7 64 3 0 6 2 02 0 81 0 0 O1 7 01 0 0 01 2 41 0 0 0平均粒度n m2 0 6 21 8 8 81 9 1 2从图3 可看出。在3 6n m、1 4 0 一2 0 0a m和，4 3 0 n m 区间，A 板析出相质量分数最大，B 板次之，C 板最小；在3 6-一6 0 n m、9 6 1 4 0 a m 区间，B 板析出相质量分数最大，C 板次之，A 板最小；咖2=4 5。0 岛1 斯1 (a 冲2=4 5。主要织构成分1 83 66 09 61 4 02 0 03 0 04 3 06 2 0糙度尺寸n m图3 气种钢板粒度分布各区间内的质量百分数比较F i g 3T h em a s sp e r c e n tc o m p a r i s o na b o u tp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o ni nt h et h r e ek i n do fI Fs t e e ls h e e t s在6 0 9 6 n m、2 0 0 3 0 0 n m、3 0 0 4 3 0 n m 区间，C板析出相质量分数最大，B 板次之，A 板最小。从表4 可看出。A 钢板中析出相的平均粒度最大，达到了2 0 6 2 a m，C 钢板次之，为1 9 1 2 n m，而B 钢板最小，为1 8 8 8 a m。而且通过透射电镜析出相的观察发现，T i S、T i 4 C：S：的尺寸大小主要分布在1 0 0 2 0 0 n m。由此可得，A 钢板中的T i S、T i 4 C 2 S 2的析出量最多。且粒度较大。A 钢板中析出相的平均粒度明显高于其他两种钢板，由于具有稀疏粗大的析出物。细小均匀的铁素体晶粒的I F 钢，深冲性能比较高。可见A 钢板的深冲性能应该最好 5-o q。2 3 三种钢板织构的比较试样的恒q b 2=4 5。O D F 截面图如图4 所示。由于 1 1 1)织构组分可以获得较大的r 值和很小的趣一岛蹈皤莲缓豢安兰兰毫。溅(b)A 试样(c)B 试样图4 三种钢板的恒q b 2-4 5。O D F 截面网F i g 4 咖2=4 5 0O D Fs e c t i o n so ft h et h r e ek i n d so fI Fs t e e ls h e e t sr 值，是理想的有利织构。由图4 可看出。试样沿构的性质决定的，最有利的取向为f 1 1 1 ，即1 取向线密度较大，试样A 的有利织构 1 1l N D 织构，即1 织构；最不利的取向是 织构最强。O O l 。上述织构组分的对比关系强烈影响图5 为三种钢板的取向线分析。可以看出，虽深冲性能指标r 值，如果钢板中存在 o o l 面织然在咖=5 5 0 三种钢板均出现较强的取向，但是A 板构，将使其深冲性能恶化，一份 0 0 1 织构造成的的取向密度最大。研究表明，材料r 值的大小是由织成形性下降，需4 5 份的 1 l l 织构才能得以补热加工工艺2 0 0 9 年第3 8 卷第8 期2 7 万方数据材料热处理技术?M a t e r i a l&H e a tT r e a t m e n t2 0 0 9 年4 月咖咖l图5 三种钢板的(a)O t 和(b)y 取向线分析F i g 5a 和yo r i e n t a t i o no ft h et h r e ek i n d so fI Fs t e e ls h e e t s偿，1 11 织构组分越强，1 0 0 织构组分越弱，深冲性能越好。深冲性能指标r 值随 l l l 1 0 0 组分强度比率的增大而提高。l l1 1 2 0 0)，会先形成T i S 析出物。之后，随着温度的降低，T i S 粒子在热轧(9 0 0-一1 2 0 0)过程中向T i 4 C：S：转变。到一定温度，T i S 粒子就完全转变为T i 4 C 2 S 2 粒子t 8-9 1。所以，对T i I F 钢中晶粒大小起决定性作用的析出物应该为T i S 与T i 4 C：S：，在一定温度范嗣内两种析出物同时存在有的单独存在，有的则两种析出物复合析出。它们的析出对铁素体晶粒的晶界起到了钉扎作用阻碍了铁素体晶粒的长大，使得晶粒尺寸较小，晶粒细化，促进 1 l l 、1 1 1 织构的生长，有利于r值的提高。从而使钢板具有较好的深冲性能【姗。3结论(1)三种热轧丁艺装备条件下的I F 热轧钢板中主要的析出相均为T i N、T i S 与T i 4 C：S：。(2)在化学成分基本相同时，T i N 量不随工艺制度而改变，T i S 与T i。C：S：的析出量随热轧工艺的不同有差异。三种热轧板T i S 与T i 4 C：S：的析出量总和的顺序为A 板 B 板 C 板。(3)A 工艺生产的钢板 l l l 织构最强，同时r值的大小顺序也是A 板 B 板 C 板。(4)A 钢板中析出相的平均粒度最大，达到了2 0 6 2 a m，C 钢板次之，为1 9 1 2 a m，而B 钢板最小。为1 8 8 8 n m。参考文献：1】邱瑞青。沈如美，陈名浩I F 钢相分析方法的研究及其应用【J】钢铁研究学报，1 9 9 7，9(S 1)：8 0-8 4【2】石京，王先进钢冉结晶退火过程中析出相行为研究f J】北京科技大学学报，1 9 9 8，2 0(5)：4 6 1-4 6 6【3】商建辉T i I F 钢板热轧过程中第二相粒子析出演化规律的研究【D】北京：北京科技大学，2 0 0 0【4】康永林现代汽车板的质量控制与成形性【M】北京：冶金工业出版社1 9 9 9 8 3 9 1【5】沈汝美，陈名浩含T i N b 无间隙原子钢中微量相的研究【J】钢铁研究学报，1 9 9 4，6(2)：7 1-7 6【6 1焦书军利井j 热模拟技术研究T i I F 钢热轧过程中二相粒子析出规律【D】北京：北京科技大学，1 9 9 7【7】张晓君不同热连轧工艺I F 钢板组织性能的研究【D】北京：北京科技大学，2 0 0 7【8】T i t h e r0，G a r c i aCI，H u aM e ta 1 P r e c i p i t a t i o nb e h a v i o ra n ds o l u t e e f f e c t si ni n t e r s t i t i a ls t e e l s，p r o c e e d i n g so fi n t e r n a t i o n a lf o r u mf o rp h y s i c a lm e t a l l u r g yo fI Fs t e e l【J】I S UI n t e r n a t i o n a l，1 9 9 4，3 4 q：5)：2 9 3-3 2 2【9】N a o k iY o s h i n a g a，K o h s a k uU s h i o d a，S a t o s h iA k a m a t s u P r e c i p i t a t i o nb e h a v i o ro fs u l f i d e si nT i-a d d e du l t r al o w-c a r b o ns t e e li n a u s t e n i t e【J 1 I S I JI n t e r n a t i o n a l，1 9 9 4，3 4(1)：2 4 3 2【l O】杨弟，王绪超深冲I F 钢组织对力学性能的影响【J】钢铁，1 9 9 5，3 0(1)：6 0 6 2 L H2 8H o tW o r k i n gT e c h n o l o g y2 0 0 9，V 0 1 3 8，N o 8 万方数据