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—低碳CrMo系深冲双相钢组织与织构演变89—低碳CrMo系深冲双相钢组织与织构演变—MicrostructureandTextureEvolutionofLowcarbon——Cr-MoDeepDrawingDual-phaseSteel汪志刚,赵征志,赵爱民,叶洁云,程俊业,黄耀(北京科技大学冶金工程研究院,北京100083)———WANGZhigang,ZHAOZhengzhi,ZHAOAimin。——YEJieyun,CHENGJunye。HUANGYao(ResearchInstituteofMetallurgyEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)摘要:通过组织观察以及TEM与XD技术研究了低碳Cr-Mo系深冲双相钢组织与织构演变规律。结果表明:奥氏体未再结晶区终轧有利于形成{112}(111>织构,冷轧过程中(001}(110),{112)(110>与{223}<l10)织构稳定增加,退火过程中形成有利于深冲性能的(111)//ND以及{554)(225)与{332}<113>织构;820 ̄C与8600C临界区退火后纤维织构密度差异较小,但是高温退火增大{111)<110)与{1I1)(112>织构的取向密度差值,归因于贝氏体中的固溶碳以及贝氏体相变时的变体选择;高温卷取能诱发热轧板中Mo基碳化物粒子析出,并在退火保温过程中回溶,既能发展再结晶织构,又能促进第二相形成。关键词:深冲双相钢;显微组织;力学性能;织构;r值中图分类号:TGl15.2;TG142.7文献标识码:A———文章编号:10014381(2012)12008906———Abstract:Microstructureandtextureevolutionof1OWcarbonCrModeepdrawingdualphasesteelwereinvestigatedbyusingmicrostructureobservation,TEMandXRD.Theresultsshowthat。the——finishrollingprocessconductedinaustenitenorecrystallizationzonepromotedtheformationof{112)(1l1)component.Theintensityof{001}(110>,{112)(110)and{223}(110)orientationsweresteadilyenhancedduringcoldrolling.Theformationofsharper(IIi>//ND,{554}(225>and{332}(113)textures——duringannealingwasfavorabletOimprovethedeepdrawabilityofdualphasestee1.Whenintercritical℃℃annealedat820and860,theintensityof一fibrewasslightlydifferent.Thedifferenceofintensity——between{111}(110)and{111)(112>texturetendedtoincreaseathightemperatureannealing,cau——singbythesolutioncarbonofbainiteandthevariantselectionfromaustenitetObainite.Thehigh————temperaturecoilingprocessinducedprecipitationofMobasedcarbideinhotrolledstrips,andredis—solutionduringtheholdingstageinannealingprocess,whichnotonlyfacilitatedtheformationofrecrvsta11izationtextures,butalsoimprovedthesecondphasetransformation.—Keywords:deepdrawingdualphasesteel;microstructure;mechanicalproperty;texture;rvalue近些年来,冷轧双相钢在汽车用钢中被广泛使用,软的铁素体基体与硬质马氏体相在双相钢的变形协调与强塑性增加过程中发挥着显著作用,其优异的力学性能表现在高的初始加工硬化率、低屈强比、最佳的强塑性配合以及非时效性等l1]。然而,双相钢的深冲性能较差,其塑性应变比(r值)一般小于1.1,难以满足乘用轿车外板以及冲压性能要求较高的覆盖件的生产[2]。W.B.Hutchinson[3与赵镶_4指出如果铁素体基体中存在大量的固溶碳,将会阻碍钢中有利织构(111>//ND的发展,而且在变形或再结晶过程中,硬质第二相易使相邻的软相发生不均匀变形而导致随机取向的产生。通过在临界区退火前增加预退火工艺可以改善双相钢的深冲性能,然而投资成本较高_5]。利用连续退火工艺生产超深冲双相钢,国内外相关报道较少,对于其织构控制机理仍需进一步探索与研究。——实验室设计了CMn-CrMo系双相钢,力求通过一系列织构控制手段,如高温终轧、高温卷取和添加低9O材料工程/2012年12期温固c的合金元素等,达到优化双相钢织构,提高其深冲性能的目的。本工作利用SEM与彩色金相技术分析了热轧板与退火板的组织形貌,并测试了力学性能,揭示了热轧与退火工艺对于织构演变的影响。观察第二相粒子的析出行为,分析其对再结晶织构的影响。采用XD检测技术研究了从热轧到冷轧再到热处理过程中织构的演变规律。1实验材料及方法实验用钢采用50kg真空感应炉冶炼成铸锭,具体化学成分如表1所示(质量分数/)。利用热膨胀仪测得加热过程中的静态相变点温度A(奥氏体转℃变开始)与A。(奥氏体转变结束)温度分别为789与℃926。铸锭锻造成规格为130mm×100mm×30mm℃的钢坯再加热到1200保温2h进行热轧,开轧温度℃1150,终轧温度设定在T(奥氏体未再结晶温度)℃与A。(铁素体相变开始温度)之间,为910,热轧经5℃道次轧到4mm厚,水冷到700后人炉保温2h随炉冷。热轧板冷轧到1.2mm厚,沿轧向切割成220mm×—Ⅱ70mm的试样在CCTAY一型连续退火模拟器上℃进行连续退火实验,将试样以10/s分别加热到℃℃℃800,820,840和860保温80s后,先以5s缓冷℃℃到700,再以45/s快冷到室温。实验工艺示意图如图1所示。选用Leprea试剂对退火板试样进行彩色染色,并营罢重L素一一…一・A/Time图1实验钢制备工艺示意图Fig.1Theexperimentalprocessschematicdiagramoftestedsteels采用光学显微镜与ZEISSSUPRA55型场发射扫描电——镜观察显微结构,并结合Imageproplues软件统计平均晶粒尺寸与体积分数;利用薄膜复型萃取技术制取热轧板析出观察试样,并在HT一8OO型透射电镜上观察析出粒子形貌与分布位置;XRD织构测试在D5000型X射线织构分析仪上进行,热轧板、冷轧板与退火板织构测量位置为距离试样表面1/4厚处,通过扫描{110),{200)和{211)不完整极图来计算取向密度分布函数图(ODF),结果以恒一45。截面图表示;室温拉伸实验在MTS810上进行。2结果与分析2.1组织性能表征图2给出了实验钢在不同退火温度下的主要力学性能结果,从图2(a)看出,随着退火温度的上升,抗拉强度逐渐增加,屈服强度呈下降的趋势,高温退火时略有上升。图2(b)反映出伸长率与r值均随退火温度℃的上升有下降的趋势。820退火时能够得到综合性能优异的深冲双相钢,其抗拉强度大于400MPa,伸长率超过32,r值达到1.5。图2不同退火温度下实验钢的力学性能(a)抗拉强度与屈服强度;(b)伸长率与r值Fig.2Themechanicalpropertiesoftestedsteelsatdifferentannealedtemperatures(a)tensilestrengthandyieldstrength;(b)elongationandrvalue—rI.Ioall量一一0兰学∞化勰一一的.H朋一,一低碳Cr-Mo系深冲双相钢组织与织构演变93取向线上的织构变化规律。图7(a)表明,{001}(110>,{112}(110)与{223)(110)取向,经冷轧后明显增强,该结果与Inagakil_】的研究一致,说明铁素体在冷轧过程中,晶粒会沿着某条路径发生转动,即{001)(i00)一{001}(110)一{113)(110>一{1l2)(110>一{223}(110)取向转动,{001)(110)一{223)(110>组分在冷轧中之所以成为稳定取向,是因为它们晶粒的平均取向差(GAM)随应变的增加程度远小于7纤维织构l_】,GAM值越小晶粒越不易发生转动。图7(b)表明热轧板中的铜型织构({.112}<111))强度经冷轧后明显降低,退火后完全消失,这是因为{112)(1l1>取向在冷轧中会转变为{113)(110)织构,且在一定精轧温度下还会转变为{112)<110)与{223}<l10)织构rg]。另外,{111)<112>,{554)(225)以及{332)(113>织构经冷轧与退火后显著增强,这是因为硬质相周围的软相在变形过程中很容易形成剪切带和变形带,这些变形能较高的地方将成为{l11)(112)晶粒优先形核的部位r1。Barrent提出的取向生长理论认为与原晶粒间1614121086421614l2l08642符合一定取向关系的新晶粒会优先生长,如形变织构{112)<110)与再结晶织构{111}(112>之间存在(110>27。关系的高迁移率,因此冷轧板中较高密度{l12)<110>取向会在退火后形成高密度的{111}<112)取向E]o3。关于{332}(113)与{554}(225>织构的形成,可以归结为,一方面,由于热轧板中形成的黄铜织构{110}<112>经变体选择而形成,并在冷轧中被稳定增加,另一“”方面,高密度的{111)(112>取向晶粒可以通过原位方式在其20。的切变带内形成{554}<225)织构口。从r值表征结果来看,(554}<225)与(332)<113)织构有利于改善双相钢的深冲性能。从图7(c)中可以看出,从热轧板到退火板,纤维织构强度依次增加。退火过程中再结晶织构的形成与冷轧形变储能有关,研究表明n。。,不同取向晶粒的形变储能的分布关系为:E<…E1。o1)(110><E{川12)<E{l11)(11o)<E(11o}(1lo>,{110}晶粒虽然储能大,但是数量少,最终的再结晶织构是形成最快、数量最多的{111)组分占优势,因此退火后,7纤维织构会逐渐吞噬a纤维织构而得到充分发展。(。)。)1111111图7不同工艺下的取向分布图(a)沿a取向线;(b)沿£取向线;(c)沿7取向线Fig.7Distributionoforientedlinedensityduringdifferentprocess(a)dorientationline(b)£orientationline;(c)7orientationline℃℃值得注意的是,退火温度从820到860,{111)(110)取向明显降低,{l11)(110>与{1l1}(112>取向密度差值增大。这可能会导致双相钢的平面异性指数△(r)值增大,冲压过程中很容易出现制耳_1。对于7纤维织构在临界区退火中的发展,主要与两个方面因素有关,一是原铁素体基体中已经形核的{l11)取向晶粒的选择生长,另一个是非{111)取向晶粒在相变过程中的定向形核口。为了探究两种退火温度下{111}(110>织构的差异原因,利用纳米压痕仪表征了不同退火温度下铁素体基体的纳米硬度与弹性模量,因为该两性能参数可以间接反映出不同组织的织构差异,这与组织中的固溶C含量有关_】。测试结果如图8所示。820oC退火后试样的硬度与弹性模量分别为℃226.8GPa与1.99GPa,860时为238.9GPa与2.02GPa,两退火温度下试样的铁素体基体的性能差别不大,而且从图6(c),(d)也可看出两种温度下的丫纤维织构密度最大值也非常接近。因此说明两种不同程度的奥氏体化过程对于铁素体基体的性能影响较小,相变过程中非{111}取向晶粒的转变对于{111}℃(110>取向密度的变化会产生更大的影响。860退火时,奥氏体向贝氏体转变,符合Bain关系的变体,即{001}T//{001,{100}T//{11OIle,该变体选—择区别于马氏体相变(KS关系),它不利于{111}(110>取向晶粒的形核,E.Emadoddinl_2。。等研究TRIP钢的相变织构得出,更高温度的临界区退火会产生更复杂的变体选择,对7纤维织构的发展带来不利影响。赵镶等_4指出当C含量超过20×10(质量分数)时,C对{l11)<110>取向晶粒生长的阻碍作用钢铁表面自组装缓蚀膜101potentialofalkanethiolself-assembledmonolayerswithdifferent——chainlengthsonagoldsubstratemJ].ActaPhysicoChimicaSini—ca,2010,26(8):22112216.[32]郑文娟.铜、铁表面组装磷酸酯类缓蚀功能分子膜实验技术和研究[D].济南:山东大学,2007.[33]刘星辉,唐东升,曾春来,等.化学气相沉积法制备氧化锡自组装纳米结构[J].物理化学学报,2007,23(3):36l一366.[34]唐丽娜.铜、Q235钢表面19组装缓蚀功能膜的研究[D].大连:辽宁师范大学,2008.[35]杨武,裴奔,郭吴,等.十二羟基硬脂酸的醇溶液浸泡金属片引发—的超疏水性[J].西北师范大学学报,2011,(3):5459.[36]张蕊.甲基咪唑等含氮杂环缓蚀剂在金属表面自组装膜构效关系的研究[D].上海:上海师范大学,2010.—[37]YANGHalfeng,FENGJie,LIUYan-li,eta1.Self-assembledmonolayersofinositolhexaph0sphateontheroughenedsurface—ofanironeleetrode:investigationbysurfaceenhancedRamanscatteringsspectroscopy[J].JornalofRamanSpectroscopy,—2005。36(8):824828.[38]李道华,叶向荣,忻新泉,等.用XPS和AES研究Mosi一在钢铁—表面的配位化学反应[J].西昌师专学报,1998,(1):3437.[39]柴成文,路民旭.改性咪唑啉缓蚀剂对碳钢COz腐蚀产物膜形貌—和力学性能的影响[J].材料工程,2007,(1):2933.—[4O]ZHANGJun,QIAOGuimin,HUSong-qing,eta1.Theoreticalevaluationofcorrosioninhibitionperformanceofimidazoline—compoundswithdifferenthydrophilicgroups[J].CorrosionSci—ence,2011,53(1):147152.—[41]PANYong,ZHAOJian-jun,LIUWeiwei,eta1.Studyof—SAWDMMPsenorbyself-assembldmethod[J].ChemicalSen—sors,2004,24(2):465O.[42]孔德生,万立骏,陈慎豪,等.电化学STM技术在金属腐蚀科学—中的应用及研究进展口].化学进展,2004,(3):1621.r43]BHANDARIHEMA,CHOUDHARYVEENA,DHAWANS[44][45][46][47]——K,eta1.Influenceofself-dopedpoly(anilineco一4一amino一3一hy——droxynaphthalene一1一sulfonicacid)oncorrosioninhibitionbehav—iourofironinacidicmedium[J].SyntheticMetals,2011,161(9—10):753762.———QUJune,GUOXing~peng,ZHANGJinzhi,eta1.Electro—chemicalbehaviorandmicroadhesiweforcecharacteristicofcor—rosioninhibitionfilm[J].ActaPhysChimSin,2008,24(8):—15071612.吴玲.铂纳米粒子的制备及其在铁电极表面自组装的研究[D].济南:山东大学,2007.——ZHANGZhe,CHENShenhao,LIYanhui.eta1.Astudyoftheinhibitionofironcorrosionbyimidazoleanditsderivatives—self-assembledfilms[J].CorrosionScience,2009,51(2):291300.—OLEGSKLYAR,THOMASH,TEUTLER,eta1.Thege—ometryofnanometer-sizedelectrodesanditsinfluenceonelectro—lyticcurrentsandmetaldepositionprocessesinscanningtunne—lingandscanninggelectrochemicalmicroscopy[J].SurfaceSci——ence,2005,597(13):181195.E48]SOUZAFSDE,SPINELLIA.Caffeicacidasagreencorrosioninhibitorformildsteel[J].CorrosionScience,2009,51(3):—642649.收稿日期:2011-12-14;修订日期:2012-06一10作者简介:王海人(1966一),男,硕士,教授,从事材料腐蚀与防护、材料表面技术与工程方面教学科研工作,联系地址:武汉市武昌区学院路11—号湖北大学材料科学与工程学院(430062),Email:278192571@qq.corn,whr9999@sina.tom通讯作者:郭兴蓬,教授,联系地址:湖北省武汉市珞瑜路1037号华中—科技大学化学与化工学院(430074),Email:whr9999whr@163.con米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米(上接第94页)—n7]KLINKENBERGC,RAABED,LUCKEK.Influenceofintercriticalannealingonthetextureformationinlow-carbonsteel—strips[J].SteelResearch,1993,64(5):262266.[18]DANIELD,SAVOIEJ,JONASJJ.Textureinducedbytensionanddeepdrawinginlowcarbonandextralowcarbonsteelsheets—[J].ActaMetallurgicaetMaterialia,1993,41(6):19051920.r19]HUTCHINSONWB。REDEL,LINDHE,eta1.Textureinhot—rolledausteniteandresultingtransformationproducts[J].MaterialsScienceandEngineering:A,1998,257(1):9~17.r2O]EMADODDINE,AKBARZADEHA,DANESHIG.Effectofcoldrollingreductionandintercriticalannealingtemperatureon—thebulktextureoftwoTRIPaidsteelsheets[J].Journalof——MaterialsProcessTechnology,2008,203(13):293300基金项目:国家自然科学基金资助项目(50904006);中央高校基本科研—业务费专项资金资助项目(FRF-TP一10001A)———收稿日期:201203-12;修订日期:20120718作者简介:汪志刚(1983一),男,博士研究生,主要研究方向:超深冲双相钢织构演变与组织性能优化,联系地址:北京市海淀区学院路3O号北京科技大学冶金工程研究院(100083),E-mail:wzgang2008cn@163.con通讯作者:赵征志(1977一),男,副研究员。研究方向:先进汽车用钢和薄板坯连铸连轧,联系地址:北京市海淀区学院路3O号北京科技大学冶金工程研究院科技楼703(100083),E-mail:zhaozhzhi@ustb.edu.cn
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