济钢ASP线Ti-IF钢析出相及织构演变分析

于浩，毛伟，孙卫华，夏茂森

（1北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083；2济钢集团有限公司技术中心，山东济南250101）

济钢ASP线Ti-IF钢析出相及织构演变分析

于浩1，毛伟1，孙卫华2，夏茂森2

（1北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083；2济钢集团有限公司技术中心，山东济南250101）

采用化学相分析及透射电镜（TEM），对ASP线生产的Ti-IF钢析出相进行了定性和定量的研究，并利用ODF分析方法，揭示了生产过程中Ti-IF钢的织构演变规律。结果表明：析出相主要由TiN、Ti2CS、Ti（C，N）和FeTiP粒子组成。热轧后即发现少量FeTiP粒子，呈球状或椭球状，大小在100 nm以下。冷轧过程是深冲织构{111}<110>和{111}<112>形成的重要阶段，冷轧织构由较强的α和γ纤维织构组成。退火过程中，γ织构不断增强同时伴随着α织构的不断减弱，最终形成了沿γ纤维的{111}再结晶织构。

ASP；Ti-IF钢；析出相；织构；深冲性

1 前言

济钢1 700中薄板坯连铸连轧生产线采用了鞍钢1 700中薄板连铸连轧生产工艺和技术（ASP）。无间隙原子钢（Interstitial-free Steel，简称IF钢）是在超低碳钢中加入适量合金元素（如Ti、Nb），使钢中的C、N原子完全以碳氮化物形式从基体中析出，从而钢中基本上无间隙原子存在。IF钢成分的特点是超低碳、微合金化和钢质纯净，因此IF钢具有优良的深冲性能和非时效性。本研究以济钢ASP生产线生产的Ti-IF钢为实验材料，分析其析出相及其织构的演变规律。

2 实验材料及方法

实验用钢为济钢经ASP线生产的超低碳Ti-IF钢。采用135 mm的连铸坯经1（粗扎）+6（精轧）轧制成4 mm的热轧板，板坯加热温度1 150℃，终轧温度890℃，卷取温度700℃。热轧卷取板经过酸洗后，轧成0.8 mm的冷轧卷，随后进行罩式退火。实验材料取自卷取后的冷轧基板及退火后的成品板，化学成分见表1。

表1 实验材料化学成分（质量分数）%

将实验钢成品板沿轧制方向成0°、45°和90°线切割成标距为50 mm的拉伸试样，拉伸方向产生15%应变时测得r值。其中r-=（r0+2r45+r90）/4，平面各向异性Δr=（r0+2r45+r90）/2。力学单向拉伸性能由济钢技术中心测定。

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冷轧基板及成品板各析出相的类型，并计算各析出相的数量及组成结构，该项实验在钢铁研究总院进行。析出物的定性分析应用碳膜萃取复型技术制备样品，在透射电子显微镜下（TEM）分析析出物的数量、形态、大小及分布，并进行能谱分析（EDS）。

采用X射线衍射（XRD）进行冷轧基板和成品板的织构测量和分析。用线切割方法在退火板上截取24 mm×14 mm的试样，用砂纸在轧面进行打磨，至厚度的1/4处，采用德国西门子D5000型X射线织构仪上进行织构测定，共测得（110）、（200）、（211）3张不完整极图，并利用级数展开法计算三维取向分布函数（ODF）。

3 实验结果与分析

3.1 力学性能与组织分析

实验所测的成品板及标准IF钢［1］综合力学性能如表2所示。从表2中可以看出，ASP线生产的超低碳Ti-IF钢具有较低的屈强比、高应变硬化性能和高塑性应变比，基本满足标准IF钢力学性能要求。通过计算，平面各向异性系数│Δr│为0.005，非常小，这样就意味着冲压成形过程中出现“制耳”的可能性很小。但是发现ASP线生产的IF钢屈服强度偏高20 MPa，二相粒子类型、大小及数量是上述现象的原因之一。下面通过化学相分析等手段进一步分析其原因。

3.2 化学相定量分析

不同热连轧工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响，析出物不仅影响C和N等间隙原子的清除，还关系到钢板的综合力学性能以及轧制—退火过程中组织织构的演变规律［2］。

表2 实验材料力学性能与标准IF钢的对比

采用化学相分析的方法对济钢ASP线生产的热轧板及后续成品板的析出物进行定量分析。表3显示了试验钢中的析出相种类，即各析出相的点阵常数和晶体结构，表4表明了主要析出相的类型和所占合金的质量分数。

表3 试样中的析出相

表4 主要析出相中各元素占合金的质量分数%

由表4可知，济钢ASP线生产的Ti-IF钢热轧板中析出相由TiN、以及少量的FeTiP粒子组成，没有发现TiC粒子。退火后成品板中的析出相中出现了Ti（C，N）粒子，因为N原子质量分数无增减，可以推测TiC借助TiN形核长大，进而形成Ti（N，C）粒子。Ti2CS粒子退火前后无变化，但是FeTiP粒子大幅度增加。图1是通过透射电子显微镜（TEM）和X-射线能谱仪（EDS），对附着在微栅上的粉末进行观测，得到的FeTiP粒子图像及其能谱。FeTiP粒子在基体中属于强化相，类型属于正交晶系，球状或椭球状大小在100 nm以下。这也是现阶段ASP线生产Ti-IF钢屈服强度偏高的原因。

图1 析出相FeTiP粒子TEM形貌及能谱

3.3 宏观织构分析

获得优良深冲性能的充分必要条件是占优势的{111}<112>和{111}<110>退火织构，而{111}退火织构的形成与材料的纯净度以及之前的轧制工艺是密切相关的。{111}这种织构之所以有利于冲压，是因为体心立方（bcc）晶格结构的{111}面间距最小为（{100}面间距为1/2，{110}面间距为其强度最大，而这种强度最大的方向垂直于薄板上下表面，使钢板具有较大的抵抗钢板减薄能力。在高应变比条件下，钢板不易致裂，成形性能良好。

图2表示了实验钢不同状态下（热轧、冷轧及退火）织构的演变规律。热轧织构是微弱的，主要由许多具有较弱的取向分布函数值[（f（g）≤4）]的织构组分组成。冷轧是通过滑移系统产生织构的重要阶段，织构主要由{001}<110>、{112}<110>、{111}< 110>和{111}<112>组成。退火阶段主要是冷变形亚晶的合并和多边形化，α纤维织构有所减弱，同时γ纤维织构有所增强，表现出来的是{110}<111>和{112}<111>这两个方向的强度降低，而{111}面织构增强［3］。

图2 实验钢不同状态下ODF图及取向线分析

4 结论

4.1 由性能数据可知，济钢ASP线可以生产完全符合标准要求的Ti-IF钢。

4.2 ASP线生产的IF钢的析出相粒子由TiN、Ti2CS、Ti（N，C）以及FeTiP粒子组成。

4.3 ASP线生产的IF钢屈服强度偏高，原因之一是热轧和退火后发现了FeTiP粒子，该粒子是基体强化粒子，呈球状或椭球状，大小在100 nm以下。

4.4 冷轧是形成有利织构的重要阶段，织构主要由{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>和{111}<112>组成。在退火阶段，α纤维织构有所减弱，同时γ纤维织构增强，表现出来的是{110}<111>和{112}<111>这两个方向的强度降低，而{111}面织构增强。

［1］康永林.现代汽车板工艺及成形理论与技术［M］.北京：冶金工业出版社，2009：19-20．

［2］石京，王先进.IF钢再结晶退火过程中析出相行为研究［J］.北京科技大学学报，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，工学博士，材料加工工程专业，北京科技大学教授。主要研究方向为轧制技术与组织性能控制，钢的组织性能综合控制理论与应用研究及新产品开发，金属塑性加工与成形过程模拟仿真。