1、第43卷第1期2008年1月鋼鐵Vol.43,No.1January2008IronandSteel連續退火工藝對Nb2Ti2IF鋼性能及再結晶織構的影響李鋒,呂家舜,敖列哥,文偉,張清輝(鞍鋼股份有限公司技術中心,遼寧鞍山114009)摘要:研究了熱鍍鋅連續退火工藝對Nb2Ti2IF鋼性能及再結晶織構的影響。利用G熱模擬試驗機對帶鋼在80m/min和120m/min,860、9004種模擬溫度。用X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、光學顯微鏡、第二相粒子及力學性能進行了檢測和分析。結果表明,、大小及分布和退火織構。經綜合分析,給出了Nb2Ti2關鍵詞:IF鋼;連續退火;中圖分類號:T文章編號:04

2、492749X(2008)0120064204ofContinuousAnnealingonPropertiesandRecrystallizationTextureofNb2Ti2IFSteelLIFeng,LJia2shun,AOLie2ge,WENWei,ZHANGQing2hui(TechnologyCenter,AngangSteelCo.,Ltd.,Anshan114009,Liaoning,China)Abstract:TheinfluenceofcontinuousannealingonthepropertiesandrecrystallizationtextureofNb2T

3、i2IFsteelwasstudied.ThehotsimulationofcontinuousannealingwasperformedonGleeble23800.Thesimulatedlinespeedwas80m/minand120m/min,thesimulatedannealingtemperaturewas780,820,860and900.X2rayandTEMwereusedtoexaminetheannealedsamples.Itwasprovedthatthereisacloserelationshipbetweenthemechanicalprop2erties,t

4、hesecondphasesshape,recrystallizationtextureandthecontinuousannealingtechnology.Theoptimumcontinuousannealingschedulewasobtained.Keywords:IFsteel;continuousannealing;hotsimulation;particleofsecondphase;recrystallizationtexture帶鋼連續退火是較先進的冷軋熱處理工藝,其生產線具有帶鋼運行速度快、生產效率高、產品品種多樣化、產品質量高、生產成本低等許多罩式退火工藝無法比擬的優勢

5、,因此近年來得到了迅速的發展1,在熱鍍鋅機組中也得到了廣泛的應用。對于連續退火生產IF鋼,國內外很多人員從不同的角度進行了很多研究,如:罩式退火與連續退火之間的差異2,微合金元素(Nb、Ti)對連續退火再結晶的影響3,冷軋工藝對連續退火的影響4等。影響鋼板連續退火后各種性能的因素可歸納為成分和工藝兩大類,IF鋼可采用3種不同的微合金化,即鈦微合金化、鈮微合金化和鈮鈦復合微合金化的方式生產,本工作重點研究了連續退火工藝對鈮鈦復合微合金化IF鋼力學性能及微觀組織的影響。數,%)為:C0.001,Si0.01,Mn0.15,S0.005,P0.012,AlS0.040,N0.002,Ti0.05,N

6、b0.02。1.2熱模擬試驗取與軋向成0°、45°、90°的試樣,剪切成30mm×240mm,試驗在Gleeble23800熱模擬試驗機上進行。具體熱模擬連續退火溫度制度為:選擇80m/min和120m/min兩種帶鋼運行速度,最高退火溫度分別為780、820、860和900,每一退火制度均試驗0°、45°、90°3個角度,每個角度4個平行試樣。具體退火曲線見圖1。1.3力學性能檢測及組織觀察在ZwickZ100電子拉伸試驗機上檢測退火后鋼板的力學性能。退火后的鋼板先進行金相觀察,然后制備萃取復型電鏡樣品,在TecnaiG2

7、20透射電鏡上觀察第二相粒子的形態、大小及分布,加速電壓為200kV。再結晶織構檢測在Dmax2A型X射線衍射儀上進行,采用Schulz背反射法進行退火后鋼板的1試驗材料與方法1.1試驗材料試驗用鋼板厚度為0.8mm,化學成分(質量分作者簡介:李鋒(19702),男,碩士生,高級工程師;E2mail:li_feng911;修訂日期:2007204202第1期李鋒等:連續退火工藝對Nb2Ti2IF鋼性能及再結晶織構的影響65的上升不斷下降,從780到860下降較多,在860到900溫度區間內屈服強度趨于穩定。80m/min帶速條件下試樣的屈服強度要低于120m/min帶速條件下獲得的屈服強度。試

8、樣的抗拉強度變化見圖2(b),抗拉強度隨溫。(780、820min,當退火860900時,兩種帶速條件下獲得的圖Fig.1Tofhotsimulation抗拉強度趨于一致。(d)可看出,r值及伸長率均隨退火從圖2(c)、溫度的上升而增加,且在120m/min帶速下獲得的r值及伸長率較在80m/min帶速下的高。2.2金相組織由圖3可以看出,在所選擇的4種退火溫度下,再結晶過程都已經完成。在780(圖3(a),可以觀察到很多小的非等軸晶粒,晶粒尺寸也不均勻。隨退火溫度的上升,試樣的晶粒尺寸逐漸變大,晶粒也逐漸等軸化。織構測定。按同心圓方式以5°步進掃測110、200和2113張不完整極

9、圖,計算取向分布函數(ODF)。2試驗結果2.1力學性能由圖2(a)可以看出,試樣屈服強度隨退火溫度圖2退火溫度對力學性能的影響Fig.2Effectofannealingtemperatureonmechanicalproperties66鋼鐵第43卷2.3第二相粒子由圖4可見,780、820退火者第二相粒子數量較多,有較多粒徑30nm以下的細小粒子,呈條帶狀偏聚。860、900退火者的第二相粒子數量相對較少,細小粒子的尺寸變大。各試樣粒徑100nm以上的粒子數量無較大差別,分布均勻。(a)780;(b)820;(c)860;(d)900圖3不同連續退火溫度試樣的光學顯微組織Fig.3Mic

10、rostructuresofspecimenscontinuouslyannealedatdifferenttemperature(a)780;(b)820;(c)860;(d)900圖4不同連續退火溫度試樣的透射電鏡照片Fig.4TEMphotographofthespecimenscontinuouslyannealedatdifferenttemperature2.4織構圖5為80m/min帶速條件下不同連續退火溫度試樣表層、1/4厚度處、1/2厚度處恒=45°ODF截面圖,從圖中可以看出,各退火溫度下,最強的織構類型都在<111>ND軸附近,但是其強度隨退火溫度的

11、變化而變化,表面層的<111>ND織構強度隨退火溫度的增加呈現減弱趨勢,而1/4厚度處及1/2厚度處的<111>ND織構強度在780到860溫度區間呈現增強的趨勢,退火溫度上升到900,<111>ND織構強度下降。圖6為120m/min帶速條件下不同連續退火溫度試樣表層恒=45°ODF截面圖,可見其最強織構類型也在<111>ND軸附近。其<111>ND織構強度在780到860溫度區間呈現增強的趨勢,退火溫度上升到900,<111>ND織構強度下降,這一趨勢與80m/min帶速試樣1/4厚度處及1/2厚度處的織構強

12、度變化趨勢基本相同。(a)表面層,780;(b)1/4厚度處,780;(c)1/2厚度處,780;(d)表面層,820;(e)1/4厚度處,820;(f)1/2厚度處,820;(g)表面層,860;(h)1/4厚度處,860;(i)1/2厚度處,860;(j)表面層,900;(k)1/4厚度處,900;(l)1/2厚度處,900圖580m/min帶速條件下不同連續退火溫度試樣ODF恒=45°截面圖Fig.5ODFmapofthesamplescontinuouslyannealedatdifferenttemperature第1期李鋒等:連續退火工藝對Nb2Ti2IF鋼性能及再結晶織

13、構的影響67面的110織構。在表面以內,冷軋過程中鐵素體晶粒內部形成剪切帶,而晶內剪切帶是最有利的111再結晶織構的形核位置。111再結晶織構取向強度隨退火溫度的上升逐漸增強,但退火溫度過高時,強度開始下降。退火溫度上升時,即從,。,可以看,r值和微觀結構再結晶織構860的退火溫度區間內存在較好的對應關系,即均隨退火溫度的升高而增加。在900的較高溫度退火時,由于第二相粒子溶解聚集長大以及晶粒尺寸的影響,這種對應關系趨勢發生一些偏離。3.3退火工藝與Nb2Ti2IF鋼綜合力學性能的關系綜合以上分析可以看出,退火溫度在860900時,可以保證獲得較為穩定的屈服和抗拉強度;在780860溫度區間,

14、試樣的伸長率、r值均隨退火溫度的上升而增加,退火溫度繼續提高,兩者下降。帶速為120m/min時帶鋼的r值、伸長率都較帶速為80m/min時要好,且帶速較高時利于退火織構的形成,因此,退火工藝應為:退火溫度在860左右,帶速宜快一些。(a)780;(b)820;(c)860;(d)900圖6120m/min表層ODF恒=45°截面圖Fig.6ODFmapof3結果分析3.1力學性能與晶粒尺寸、第二相粒子的關系影響IF鋼屈服強度的主要因素是鋼的純凈度以及晶粒尺寸。屈服強度隨退火溫度的上升而下降,在780已經完成再結晶的情況下,原因就在于晶粒的長大。80m/min帶速條件下的屈服強度低于

15、120m/min帶速條件下的屈服強度,這是因為帶速較慢時有充裕的再結晶形核和晶粒長大時間,再結晶過程進行得較為充分。晶粒長大因素同樣影響了抗拉強度,使抗拉強度隨退火溫度的上升而下降。)下,80在較低的連續退火溫度(780、820m/min帶速試樣的抗拉強度要高于120m/min帶4結論(1)帶鋼的屈服、抗拉強度隨連續退火溫度的速條件下獲得的抗拉強度,當退火溫度升高到860900時,兩種帶速條件下獲得的抗拉強度趨于一致。在較低退火溫度下,第二相粒子的析出受時間因素的影響較為顯著,在較慢帶速條件下,第二相粒子析出得較為充分,對鋼基體起到了沉淀強化的作用,因此抗拉強度較高。在860900退火時,退火

16、溫度較高,第二相粒子完全析出并且開始長大(圖4),兩種帶速條件下第二相粒子的數量相差不多,獲升高而不斷下降,在860之后逐漸趨于穩定。(2)帶鋼111織構強度沿板厚方向呈不均勻分布,表面層強度較弱,中部較強。(3)鋼中第二相粒子的形態、大小及分布受連續退火溫度的影響,退火溫度低時第二相粒子析出較為細小彌散,退火溫度升高,第二相粒子聚集長大。(4)帶速主要影響帶鋼的r值和伸長率,連續退火速度較快時可以得到高的r值和伸長率。(5)連續退火溫度對Nb2Ti2IF鋼力學性能有顯著影響,在860左右退火有利于得到良好的綜合力學性能。參考文獻:1何建鋒.汽車用薄鋼板的連續退火技術J.鋼鐵研究,2004,8

17、(4):39.(HEJian2feng.ContinuousAnnealingTechnologyforAutomobileSheetJ.ResearchonIronandSteel,2004,8(4):39.)得的抗拉強度趨于一致。伸長率主要受晶粒度及第二相粒子尺寸的影響,在退火溫度較低時,晶粒較小,第二相粒子細小彌散,伸長率較小;隨退火溫度的上升,晶粒長大,第二相粒子溶解聚集長大,伸長率隨之增加。但當晶粒尺寸過大時,會使伸長率變壞。3.2伸長率、r值與再結晶織構的關系由圖5可知,對深沖性能有利的<111>ND織構在板厚方向上是不均勻的,中部最好,1/4厚度處次之,表面較差。這是

18、因為,軋輥和鋼板之間的摩擦,會使鋼板表面層發生剪切應變,生成平行于板(下轉第72頁)72鋼鐵第43卷StrengthSteelsJ.ISIJInternational,2001,41(6):592.氏體發生回復而降低。位錯作為一種氫的可逆陷阱,不僅加快了氫自環境中的吸入,而且在鋼組織內部存在應力梯度時和晶界一樣成為氫擴散的管道,加快了氫的聚集和空位群的形成,也就助長了微裂紋的形成。因此提高回火溫度以降低位錯密度有利于降低鋼的氫脆敏感性,提高組織的抗延遲斷裂能力。這兩方面的作用使得回火溫度由390升高到430時,鋼的抗延遲斷裂性能提高。當回火溫度進一步升高到470時,合變粗逐漸球化,如圖5(c)

19、和(d),板條界已近消失,辨出來。,小的碳化物顆粒溶解,大顆粒逐漸長大,達到一定溫度時,細粒狀碳化物迅速聚集和粗化,回火產物由更粗大的顆粒狀滲碳體和鐵素體所構成,成為球化組織。其硬度和強度很低,故不作為最終熱處理應用。2YamasakiS,KubotaM,TaruiT.EvaluationMethodforDe2layedFractureSusceptibilityofSteelandDevelopmentofHighTensileStrengthSteelsWithHighDelayedFractureResistanceJ.NipponSteelTechnicalReport,1999,8

20、0:50.3GojicM,LaoshiK.ThetotheHydrogenEm2brittlementofLowAlloyCrCrMoSteelsJ.ISIJInter2,19974)4T,Y,etal.DelayedFailureSteels2StrengthBoltsJ.WireJournalInterna2,(8):49.5LIGF,WURG,LEITC.Carbite2MatrixInterfaceMecha2nismofStressCorrosionCrackingBehaviorofHigh2StrengthCrMoSteelsJ.MetallTrans,1992,23A(10):

21、2879.6肖桂枝.高強度PC鋼棒熱處理工藝及延遲斷裂性能研究D.沈陽:東北大學,2006.7SandozG.AUnifiedTheoryforSomeEffectsofHydrogenSource,AlloyingElementsandPotentialonCrackGrowthinMartensiticAISI4340SteelJ.MetalTrans,1972,13A(5):1169.8張樹松.鋼的強韌化機理與技術途徑M.北京:兵器工業出3結論(1)在相同的回火溫度下,30MnSi鋼棒抗延遲版社,1995.9李光福,雷廷權,褚武揚.低合金高強鋼的晶界性質對應力腐蝕斷裂行為的影響J.宇航學

22、報,1996,16(3):58.(LIGuang2fu,LEITing2quan,CHUWu2yang.EffectofGrainBoundaryPropertyofHighStrengthLowAlloySteelonBe2haviorofStressCorrosionFractureJ.JournalofAstronau2tics,1996,16(3):58.)10王毛球,董瀚,翁宇慶,等.熱處理對42CrMo鋼耐延遲斷裂斷裂性能隨著淬火溫度的升高呈先上升后降低的趨勢。30MnSi鋼棒在390回火時淬火溫度在950左右具有較好的抗延遲斷裂性能。(2)在保證強度達到標準要求的前提下,提高回火溫度可以提高30MnSi鋼棒抗延遲斷裂能力。并且提高回火溫度可使獲得較好抗延遲斷裂性能的淬火溫度范圍增大。430回火時淬火溫度在910990均能獲得較好的抗延遲斷裂性能。參考文獻:1NaguumoM.FunctionofHydrogeninEmbrittlem