碳含量对Ti-IF钢微观组织的影响分析

夏茂森

（山钢股份济南分公司技术中心，山东济南 250101）

试验研究

碳含量对Ti-IF钢微观组织的影响分析

夏茂森

（山钢股份济南分公司技术中心，山东济南 250101）

利用光学显微镜和扫描电镜、X射线衍射仪等，分析不同工序下，碳含量对Ti-IF钢金相组织和微观织构的影响。试验结果表明，随着碳含量的降低，Ti-IF钢的晶粒较粗大，有利织构增加，宏观表现为具有较低的强度值和较高的r值。

Ti-IF钢；碳含量；金相组织；微观织构

1 前言

在超低碳钢中加入一定量的钛（或铌），使钢中碳、氮原子被固定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在，称为无间隙原子钢，即IF钢。IF钢实际碳、氮含量的控制及钛（铌）加入量的控制非常重要。现代汽车用钢对钢质量的要求日益提高，对钢中碳含量也提出了更高要求，特别是超深冲用钢，要求钢中碳含量控制在30×10-6以内［1］。本研究以济钢ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下批量生产的Ti-IF钢为研究对象，分析不同工序下，碳含量对IF钢金相组织和微观织构的影响，以期为今后生产Ti-IF钢提供理论指导。

2 分析试验

试验材料选用山钢股份济南分公司大生产的Ti-IF钢，所选试验钢的含碳量：1#钢36×10-6，2#钢24×10-6，两试验钢种的生产工艺基本一致。分别对其热轧态、冷轧态和退火态进行取样，分析其力学性能、微观组织、宏观织构组分并分析其遗传性规律；同时对1#试样的热轧态、退火态的析出物进行分析。试验钢的化学成分和力学性能见表1。

表1 试验钢的化学成分和成品性能（成品厚度1.0 mm）

对1#、2#试样的热轧态、冷轧态及退火态，取观察面（平行于轧向的板面），依次用200#、400#、600#、800#、1 000#、1 200#的水砂纸打磨，抛光，用光学显微镜进行金相观察。利用德国西门子D5000型X射线织构仪进行织构分析，测量板面的织构，测得{110}、{200}、{211}3张不完整极图，并利用级数展开法计算取向分布函数（ODF）。

3 结果讨论与分析

3.1 金相组织分析

试验钢的金相组织如图1所示。两组试样热轧态和退火态组织都是相似等轴的晶粒，而冷轧态为长板条状组织。冷轧板组织为变形铁素体，其组织形态是沿轧向伸长的、大小不均且含有大量位错及亚结构的晶粒和一些形变带。1#钢热轧态和退火态的晶粒度略高于2#钢，分析原因应该是随着Ti-IF钢中碳原子的增加，与合金元素形成的碳化物相应增加，对奥氏体晶粒的长大有一定阻碍作用，在相同轧制工艺下会形成较细的晶粒和较多的柯氏气团。在宏观上表现为具有较高的屈服强度和抗拉强度，这与试样的实际性能相符。

3.2 织构ODF图分析

试验钢种热轧—冷轧—退火工序下的织构ODF图如图2所示。

通过横向对比（图2d～f）可以明显看出，从热轧到冷轧再到退火，其γ取向线逐渐增强；α取向线热轧最弱，冷轧后最强，退火后有所减弱但仍然较强，织构的演变符合实际规律。退火再结晶过程中（图2a～c），{111}织构的发展被抑制，分析是大量碳原子的固溶促进了再结晶晶粒的随机行核。

纵向比较，含碳量高的1#钢与含碳量低的2#钢相比，2#钢的γ线发展的更加强烈，退火态{111}取向分布函数达到了9.2，宏观性能表现为2#钢具有较高的冲压成型性能，即具有较高的r值。IF钢深冲性能主要取决于C、N间隙原子的固溶量、热轧钢板晶粒大小以及析出相形态尺寸分布等因素，具体原因还需通过织构的定量分析进一步阐述。

图1 试验钢的光学显微组织

图2 试验钢在不同工序条件下的织构ODF图（恒Φ2=45°）

3.3 织构的定量分析

在深冲板的生产过程中，织构发展是连续的。各工艺过程的织构发展状态及其相互间的联系，决定着成品板的最终织构特征。因此，板的最终织构实际上是整个生产过程中织构连续发展及演变的结果。对1#、2#试验板，分析其板面上热轧、冷轧和退火织构及其联系。

3.3.1 热轧织构

钢板的热轧织构为连铸坯经热轧变形、卷取后得到的织构，热轧织构延骨骼线取向密度如图3所示。1#和2#钢板的热轧织构基本上都是微弱的，但是已呈现出γ纤维织构的雏形，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，而α纤维织构也非常微弱，只有{111}〈110〉织构，取向分布函数达到了4，一般取向密度都在2以下。热轧是在Ar3相变温度以上完成，通过热轧期间的反复轧制和再结晶以获得细的再结晶组织。由于热轧后再结晶的奥氏体向铁素体转变，这与奥氏体区轧制变形机制和奥氏体向铁素体转变时的取向关系有关，热轧晶体取向转变具有一定的任意性［1］。在热轧工序，碳含量对织构的择优取向影响较小。

3.3.2 冷轧织构

冷轧工序的要点就是以良好的润滑条件保证大的压下量，以产生强的有利形变织构，为下步退火产生理想退火织构（高r值）的深冲用板创造条件。钢板冷轧期间由于位错的滑移运动，其变形组织的晶粒不仅沿轧向伸长而且发生一定的转动。冷轧织构延骨骼线取向密度见图4。

图3 试验钢热轧织构沿骨骼线取向密度变化对比

图4 试验钢冷硬织构沿骨骼线取向密度变化对比

从图4可以看出，冷轧织构主要由{001}〈110〉、{112}〈110〉、{111}〈110〉和{111}〈112〉组成。1#和2#钢在冷轧后的织构（无论沿α线还是沿γ线）都比热轧后的强烈，尤其是2#钢沿γ线的取向密度在7～8之间，沿α线在{112}〈110〉和{111}〈110〉处的取向密度约为7左右。可以得出一个结论：含碳量低的2#钢的有利冷轧织构比含碳量高的1#钢强烈。

冷轧工序形成畸变的带状组织，为退火再结晶过程做准备，在冷轧过程中会发生{111}面趋向于和板面平行的晶粒转动，形成晶界和晶内剪切带，在退火过程中为再结晶提供形核位置［2］。含碳量的增加使碳氮化物等二相粒子对金属变形时位错的钉扎作用增强，阻碍深冲板中晶粒的滑移和转动，抑制有利形变织构γ织构的形成。

3.3.3 再结晶退火织构

在退火过程中要完成铁素体再结晶及晶粒长大和发展再结晶织构，再结晶退火织构直接决定了钢板的深冲性能。试验钢种的再结晶退火织构延骨骼线取向密度如图5所示。

图5 试验钢退火织构沿骨骼线取向密度变化

从图5可以看出，经过再结晶退火后，γ纤维织构得到了一定发展，α纤维织构依然存在，但已较明显减弱，呈现特征为：{111}〈110〉织构组分有一定增强，{112}〈110〉织构组分稍有减弱，其他织构组分都明显减弱。{111}取向的晶粒主要在再结晶过程形成，依靠吞并{100}取向的晶粒而长大；同时在{111}取向晶粒长大过程中，γ纤维织构之间也发生互相转化，主要由{111}〈112〉织构转变为{111}〈110〉织构。再结晶退火工序后，含碳量低的2#板的有利织构较含碳量高的1#板更加有优势，宏观表现为2#试样的塑性应变比r值（2.35）比1#板r值高0.2，具有更好的加工成形性能。

再结晶织构的形成和发展是各种取向晶核形成和生长的竞争过程。冷轧IF钢再结晶退火后具有较强的γ纤维织构，是初始γ取向晶核含量较高和生长速度较快的综合结果。由于再结晶过程的复杂性及形核的不均匀性等因素，人们对IF钢再结晶织构的形成机制一直存有争议。持定向形核观点的研究者认为，IF钢冷轧γ-{111}织构的形成经历了较为复杂的位错滑移过程，使其具有较高的形变储能，退火过程中，这些亚晶（或晶粒）将优先回复并在原位形核，其后吞并其他取向的晶粒，使γ-{111}织构加强；持选择生长观点的人认为，具有γ-{111}取向的晶粒会优先长入{112}〈110〉取向附近的形变基体，从而形成较强的{111}再结晶织构［3］。认为冷轧工序中形成的有利织构，为再结晶退火有利织构的形成奠定了基础。2#试验钢试样在冷轧工序的有利织构较多，在再结晶退火工序中，有利织构形核及发展均较快，使得退火后最终成品的有利织构进一步增强。

4 结论

4.1 随着IF钢碳含量降低，所形成的碳化物等析出相减少，使热轧及冷轧成品晶粒较为粗大，宏观表现为具有较低的屈服强度和抗拉强度。

4.2 Ti-IF钢中，碳含量对热轧工序择优取向的影响较小；对冷轧工序择优取向影响明显，随着碳含量的降低，冷硬卷的有利织构{111}〈110〉增加明显，在后续再结晶退火工序促使γ-{111}织构优先形核并长大，使冷轧成品的有利织构增加，宏观表现为具有较高的r值。

［1］陈亮，陈天明，张桂芳，等.IF钢碳含量不稳定因素控制［J］.钢铁钒钛，2009，30（1）：68-72．

［2］朱帅，康永林，王川，等.冷轧压下率对Nb+Ti-IF钢织构及成形性的影响［J］.材料热处理学报，2011，32（3）：107-110.

［3］于凤云，王轶农，蒋奇武.深冲IF钢再结晶{111}纤维织构形成机制探讨［J］.材料科学与工艺，2008，16（6）：724-727.

表1 精轧侧导板开度修正量

4 改进效果

1）精轧轧制稳定性提高，带钢中心线游荡明显减轻，侧弯得到较好控制，轧制中心线漂移量由原来的50 mm以上控制在15 mm以内。

2）冷轧基料头尾侧弯改进明显，酸洗工序卡钢、跑偏现象较少，头尾切边损耗较低，单侧切边量控制在5 mm以内，为冷轧料、极限薄规格的开发及产品结构调整创造了有利条件，显著提高莱钢宽带产品的市场竞争力和市场形象。

参考文献：

［1］代晓莉，赵宪明.热轧带钢侧弯的形成机理及主要影响因素的分析［J］.钢铁研究，2002（6）：26-28.

Abstract:Starting from the analysis of the factors influencing the lateral bending of the steel strip,combined with the characteristics of production line,some improvements in ameliorating billet heating quality,increasing the stability of rolls and improving centering degree of side guide system and the mill zeroing accuracy etc.were made.After the improvements,the rolling center line shift was controlled within 15 mm from 50 mm and above.The cold-rolled base end side bending was obviously improved and the unilateral trimming was controlled within 5 mm.

Key words:hot rolled wide strip;lateral bending;centering

Influence of Carbon Content on the Microstructure of Ti-IF Steel

XIA Maosen
（The Technology Center of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The effect of carbon content on microstructure and inner texture of the grain of the Ti-IF steel sheet had been investigated by means of optical microscope,scanning electron microscope and X-ray diffraction in different production process.The results showed that with the decreasing of carbon content,the grain size of Ti-IF become coarser and the favorable texture become stronger, which makes the macroscopic properties of Ti-IF steel is lower strength and higherrvalue.

Ti-IF steel;carbon content;microstructure;microtexture

Cause Analysis and Control of Lateral Bending of Hot Rolled Wide Strip Steel

SUN Yehua,ZHANG Mingjin
（The Quality Assurance Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271126,China）

TF142.31

A

1004-4620（2015）02-0025-04

2015-01-13

夏茂森，男，1967年生，1989年毕业于华东冶金学院金属材料专业；2004年毕业于山东大学材料工程专业，工程硕士。现为山钢股份济南分公司技术中心部长，高级工程师，从事新产品研发及推广工作。