第34卷第6期 2011年12月 武汉科技大学学报 Vo1.34,No.6 Dee.2011 Journal of Wuhan University of Science and Technology IF钢生产过程中的织构演变 袁泽喜,代礼斌,贾涓,宋新莉 (武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉,430081) 摘要:对IF钢生产过程中热轧、冷轧及退火试样的织构演变进行研究。分别借助EBSD和XRD测定和计算 了热轧、退火及冷轧试样的取向分布函数及相关织构组分的体积分数。结果发现,热轧板在变形过程中发生 了动态再结晶,晶粒为细小的等轴晶,为后续组织发展提供了基础;热轧后试样中的织构很弱,不会影响冷轧 织构组分及含量。冷轧过程是织构形成的主要过程,试样中含有4种主要的织构组分:{001}(1i0>、{111) <110)、{lll}<l12>和{1]2}<110)。退火过程中发生再结晶,4种冷轧织构组分在退火过程中均分别转变为 {¨1)面织构。 关键词:IF钢;织构;热轧;冷轧;退火 中图分类号:TB31 文献标志码:A 文章编号:1674—3644(2011)06—0405—05 IF钢(Interstitial Free Stee1)广泛应用于汽 为0.75 mm的钢板。采用盐浴退火模拟工业生 车和船舶制造工业领域_】 ],其生产工艺流程主要 产中的连续退火,盐浴成分为 (BaC1 ): 为:高炉冶炼铁水预处理一转炉冶炼一RH精 (NaC1)一1:1,于810。C下保温90 S后空冷。 炼一连铸一热轧一冷轧~退火,生产过程中的每 从退火试样和热轧试样上截取10 mill(横 一个工艺阶段均影响着IF钢的最终性能【3]。热 向)×15 ITem(轧向)规格的试样,对轧向(RD)和 轧、冷轧和退火三个工艺步骤是材料最终织构形 法向(ND)组成的侧面进行电解抛光,借助FEI 成的关键步骤。热轧板织构通常很弱;冷轧IF钢 公司NOVA4oo Nano—SEM场发射扫描电子显 中的主要织构组分为a纤维织构((110)//RD)和 微镜上配置的电子背散射衍射(EBSD)探头对试 丫纤维织构((111>//ND),退火后,a织构逐渐消 样进行观测,每个试样选取3个不同区域进行检 失,7织构的取向密度进一步增加_4 ]。本文针对 测。利用HKL公司Channel软件对数据进行处 IF钢生产过程中的热轧、冷轧和退火三个工艺步 理,分别得到试样的取向成像图和取向分布函数 骤进行研究,测定并计算热轧、冷轧和退火试样中 (ODF)。冷轧试样则借助配备面探测器的Bruk— 的织构组分及体积分数,对此过程中织构的演变 erD8型X射线衍射仪进行测试,利用Textools 进行系统分析,讨论IF钢生产过程中从热轧到冷 软件对数据进行计算,得出冷轧试样取向分布函 轧再到退火试样的织构演变过程及传承关系。 数和织构组分的体积分数。 1试验 2结果与分析 在实验室利用50 kg真空炉冶炼了实验用IF 2.1显微组织 钢,其化学成分如表1所示。 图1所示为热轧、冷轧和退火试样的显微组 将钢锭加热至1 250℃,保温3 h后进行热 织。从图1中可以看出,热轧试样晶粒细小均匀, 轧,制成厚度约为3 1TIm的钢板,终轧温度为910 且为等轴晶粒;冷轧后,晶粒沿轧向拉长,呈现出 ℃。热轧后的钢板经酸洗后再冷轧,制成厚度约 轧制纤维,最明显的金相学特征是晶内剪切带的 表1试验钢种的化学成分(wn/%) 出现,这一特征曾被描述为鱼骨结构l_8 ;退火以 Table 1 Chemical compositions of the experimental steel 后,轧制纤维转变为等轴晶粒。 C N Si Mn S Ti P 图2所示为热轧和退火试样的取向成像图。 0.0018 0.004 0.067 0.335 0.012 0.08 0.09 取向成像图中以取向差大于10。的晶界作为大角 收稿日期:2011-04—07 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50901054). 作者简介:袁泽喜(1946一),男,武汉科技大学教授,博士生导师.E—mail:yuanzexi@163.COFI1 2011年第6期 袁泽喜。等:IF钢生产过程中的织构演变 从图3(a)中可以看出,热轧试样的极密度等高线 形状散乱、强度较弱且分布均匀,表明热轧试样中 的晶粒取向混乱,织构很弱。热轧试样中含有几 种强度较弱的织构组分:{儿1)<110>、{111} <112)、{554}<225)、{1l2}(110)和{O01)<110)等。 对比图3(a)和图3(b)可以看出,热轧试样边部和 芯部的织构相差不大,均为散乱的取向分布线,强 度略有差别,这是因为热轧过程中金属内部主要 发生两种微观过程,一是以位错运动为主的塑性 变形,并伴随着金属基体缺陷密度的增加;二是以 回复、形核和晶粒长大为主的动态再结晶,并伴随 着金属基体缺陷密度的下降。两者在变形过程同 时或交替出现,因而使试样在热轧过程中发生了 复杂的微观变化。轧制过程导致金属内生成变形 织构,动态再结晶过程会造成再结晶织构,但两过 程同时或交替进行,使两类织构均不能得到充分 发展,所以往往导致热变形后金属内形成很弱的 织构 。 2.2.2 冷轧试样的0DF分析结果 图4所示为冷轧试样取向分布函数垂直于 方向的系列截面图,间隔为5。。从图4中可以 看出, 一0。时,极密度等高线向(够 一45。, 一 0。, 2=O。)和( 1—45。, 一90。, 2一O。)处聚集, 对应的织构组分为{001}(110>;随着 的增大, 极密度等高线最强点渐渐向( 一0。, 一0。, 一 0。)处移动;当 2—2O。时,( 一45。, 一90。, 2= 20。)处极密度等高线消失,而在( 一45。, 一0。, 一2O。)附近处的极密度强度有所提高,且这 种强度一直保持并继续向( 一0。, 一0。, 一 3O。)处移动,在此过程中,有部分晶粒向( 一0。, 2=0 2:5。 妒2=10 ‘p2=15。 ‘P2=20。 l}== l l l ;三誊 :: 一L……一j 』l 一 ‘P2=5 =55 ‘P2=60。  ̄2=65。 ‘P2=70 =75。  ̄2=8ff =85。 2:90。 ∑童皇 一 ———— 一 ————一一 —==一 r————— —} i} I =o 90。 } l{ l寸 ( 乏 \、』/, 三 一 :0 ̄,90 图4冷轧试样ODF截面图( 恒定,间隔为s。) Fig.4 Serious ODF sections of cold rolled sample :35。, 2:3O。)处转变; 2—35。时,极密度强点 到达( 一0。, 一0。, 2—35。)处,同时在( 一 9O。, 一55。, 一35。)处出现极密度线,而且( 一9O。, 一0。, :35。)处也出现较强的极密度 线;到 2—45。时,( 1—0。, 一0。, 2—45。)和( 1 —90。, 一0。, 。一45。)处极密度强度基本保持不 变。同时在( 为O。~9O。, =55。, z一45。)处形 成了具有一定强度的{111}面织构,其中包括了织 构组分{ll1)(110)和{111}<112);随着 2继续增 大,极密度线先在 一60。处聚集,极密度强度先 增强,然后逐渐向( 一45。, =55。)处聚集,最终 又回到与( 一45。, 一0。, 2—0。)状态一样的 ODF截面图。表2给出了各织构组分所对应的 欧拉角以及以15。为发散角进行统计计算出的织 构组分的体积分数。由表2中可见,冷轧试样中 存在的主要织构组分有4种,按含量从少到多依 次为:{001)(110>、{111)(110>、{111}(112)和 {112}(110)。 表2冷轧织构组分所对应的欧拉角及体积分数 州~ ~一l一。 一一。一。~。l一 一加一 =O。 =5。 :l0 :15。  ̄2=20。 (=) . 2=5 =55。  ̄z=60。  ̄z=65 ‘。2=70。 己/一/、 < ) 妒 9.............. 4-・-----——--——一 6— 8一 ,击l0—— 图5退火试样ODF截面图( 恒定,间隔为5。) Fig.5 Serious ODF sections of annealed sample 武汉科技大学学报 2011年第6期 高线,表明其强度小于2; :20。时,极密度等高 线开始在( 一25。, 一60。, 2—20。)和( 】一65。, 面,滑移方向趋于平行于轧向。依据单晶滑移模 型,取向在a线上的晶粒轧制变形时主要有两个 滑移系{001}(111)和{l01}(1l1),这两个滑移系 一60。, 。=20。)处出现;随着 。增大,极密度等 高线逐渐增多,强度逐渐提高,到 一40。时,强度 达到最高; 。:45。时,极密度等高线聚集于( 一 0。, =60。, 2—45。)和( 】一55。, 一60。, 2= 的综合作用会使晶粒的(112)面趋于平行于轧面, 晶体的[1i0]方向趋于平行轧向,因此晶粒取向 趋于流向(112)[1 1 0]取向 。其次由于晶体缺 陷(如杂质原子)抑制滑移系启动和晶粒旋转,使 {111)晶面平行于轧面,最终形成了{l11)(1t0>和 {111)(112>冷轧织构 。IF钢经冷轧后主要存 在4种织构组分,分别为{111}(110>、 11l} 45。)处,其对应的织构组分为{ll1)(110).其次在 ( 1—35。, 一6O。, 2—45。)和( 1—90。, 一60。, =45。)处还有一定强度的极密度线,对应的织 构组分为{l11}<112);此后,随着 增大,极密度 等高线逐渐减少,强度逐渐降低,当 :一65。时,极 密度等高线只剩一条, ===70。时,没有极密度线, 强度已小于2。对应表2中织构组分的欧拉角可 知,冷轧IF钢经退火后,形成了{1l1)面织构,包 括{111}(110>和{111}(112>两种织构组分,其织 构组分的体积分数分别为28 和17.5 。 3 讨论 热轧钢板在生产过程中与织构形成有密切关 系的物理过程主要有奥氏体形变、),/a相变和铁 素体形变 i。由于本实验的终轧温度为910 C, 所以热轧板是在奥氏体区轧制,这将会产生再结 晶织构和形变织构,而这种织构将在随后的’, 相变过程中遗传给铁素体 。奥氏体相变形成铁 素体时,铁素体织构会与奥氏体织构有一定取向 关系,而当钢在奥氏体向铁素体转变时,通常遵循 K—S(Kurdjumov—Sachs)关系,相当于),和d两种 晶格共<ll2)轴旋转90。。文献[6]中根据K s关 系研究表明:当织构遗传没有取向选择时,奥氏体 再结晶织构{001)<100>将转变为{001}<110>、 {110)(001>和{110)(110>,而在奥氏体轧制织构 时产生的Copper织构主要转化为{112}(110>, Brass织构主要转化为{¨1}<112>,{001)<l10> 等,其次是Goss织构将均等地转化为{001} <100)、{111}<110>和{1l2}(110)三种织构组分。 所以热轧后的织构组分很多,在高温和变形的共 同作用下,导致热变形后的织构很弱。然而,热轧 后的细小均匀晶粒为后续冷轧和退火提供了必要 的组织准备。 由于热轧后试样中的织构非常微弱,不会给 冷轧织构的变化造成影响。冷轧过程中,启动的 滑移系主要有:{110)(1l1)、{112}(】11)和{123} (111),同时由于热轧晶粒细小,相当多的晶粒取 向在变形过程中先汇聚于取向{001)(110>附近, 然后沿a线流向{112)(110>取向。轧制时位错滑 移造成的取向变化趋势是滑移面趋于平行于轧 (112)、{112}<l10)和{()(]1}<110)。冷变形过程中 形成足够强的变形织构是后期获得理想退火织构 的必要条件,通常采用大压下量来控制冷轧织构。 冷轧试样中存在有较强的冷轧织构组分 {111}(1l0)、{111}(112>、{112}(110)和 【)【jl <1 10>,当退火过程中形成再结晶晶粒时会发生择 优形核和选择长大,从而形成与冷轧织构不完全 相同的退火织构。4种冷轧织构组分的储存能大 小顺序为E… l1 2)>E…1…l。 >E…2… 、> E ,再结晶退火过程中,{11l}<112>储存能 高,优先形核,其次是{111}<110),最后是{001} <110),由此表明,冷轧形成的{ll1}面织构将转变 为退火{l11}面织构,而且{001}(110)和j l12} (110>最终也将转变为{1l1}(112>织构组分,所以 {1l1)面织构成为退火后的主要织构,这将更有利 于提高IF钢的深冲性能。因此,IF钢最终织构 和性能的控制是依靠整个生产过程的综合调配来 达到的,每个工艺步骤都需要严格控制。 4 结论 (1)热轧过程中发生动态再结晶,形成细小的 等轴晶粒,提供了后续工艺步骤中所需要的组织。 再结晶织构和变形织构均不能得到充分发展,最 终形成较弱的织构,不会影响冷轧织构的形成。 (2)冷轧过程是织构形成的主要工艺步骤,冷 轧IF钢中主要含有4种织构组分,按其体积分数 从小到大依次为:{O0l}<l10>,{111)(110>。{l】l} (1l2>和{l12}(110>。 (3)较强的冷轧织构是最终理想织构形成的 必要条件,冷轧{111}面织构储存能高,退火后将 优先形核,形成退火{111}面织构,{001}(1l0)和 {112}(110>织构组分最终也被{111}(112)织构组 分取代。 参 考 文 献 [1]Sennma T.Present status of and future prospects for precipitation research in the steel industryfJ 。 2011年第6期 袁泽喜,等:IF钢生产过程中的织构演变 ISU Internationa1,2002,42(1):1-12. l994,39(4):129一l 72. [2] Bevis H,Dorota A.Mechanisms and modelling of E53刘战英,王涛,周满春,等.IF钢冷轧和退火过程中 microstructure/texture evolution in interstitial—free 织构的演变FEB/OL].(201I-03—17)[2011-04一O1]. steel sheets[J].ISIJ International,2001,41(6): http://WWW.chinabaike.com/z/yj/544415.html#1 533-541. E6] 吕庆功,陈光南,周家琮,等.热轧钢板的织构[J]. [3] 马呜图.先进汽车用钢EM].北京:化学工业出版 钢铁钒钛,2001,22(2):1—8. 社,2008:51. E7]毛卫民.冷轧钢板变形织构的定量分析EJ].北京 E42 Ray R K,Jonas J J,Hook R K.Cold rolling and 科技大学学报,1993,15(4):369—374. annealing textures in low carbon and extra low car— E8] 毛卫民,杨平,陈冷.材料织构分析原理与检测技术 bon steels[J].International Materials Reviews, [M].北京:冶金工业出版社,2008:16. Texture evolution of IF steel in production Yuan Zexi,Dai Libin,Jia Juan,Song Xinli (College of Materials Science and Metallurgical Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China) Abstract:Evolution of the textures of hot roiled,cold roiled and annealed IF steel samples iS studied in this paper.The advanced electron backscatter diffraction(EBSD)technique and XRD are employed to calculate and determine the orientation distribution functions and texture components of the samples. The results show that dynamic recrystallization takes place during hot rolling and that the grains of the hot rolled sample are small and equiaxial,which forms the basic microstructure for the next process.The texture of the hot rolled sample iS found to be weak which wil1 not affect the texture components and their percentages in the descendent cold rolling.The texture components are formed mainly during the cold rolling process.There are mainly four texture components in the cold rolled sample,and the order is{001)(110>,{111}(110>,{l11}(112>,{112}(110>.A11 the four components transfer tO the{1 1 1}plane texture during the recrystallization annealing. Key words:IF steel;texture;hot rolling;cold roiling;annealing [责任编辑郑淑芳]