《工程科学学报》：终轧温度对600 MPa级高钛高成型性铁素体-珠光体酸洗带钢组织与织构的影响

工程科学学报，第41卷，第1期：104-110,2019年1月 Chinese Joural of Engineering,Vol.41,No.I:104-110,January 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.011;http://journals.ustb.edu.cn 终轧温度对600MPa级高钛高成型性铁素体-珠光体 酸洗带钢组织与织构的影响 王智权23)，郭子峰23)，尚成嘉)，张衍23)，冯军23)，陈斌23)，吕宝 锋+)，李玉鹏) 1)北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京1000832)首钢集团有限公司技术研究院薄板研究所，北京100043 3)首钢集团有限公司绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室，北京1000434)首钢股份公司迁安钢铁公司，迁安064404 ☒通信作者，E-mail:cishang(@usth.edu.cn 摘要利用扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射技术(EBSD)研究了高T高成型性铁素体-珠光体型热轧酸洗带钢不 同终轧温度下的组织与织构特征.研究结果表明，终轧温度对显微组织的演变影响较小，但却引起了大角晶界密度的升高. 不同终轧温度时形成的组织均以铁素体为主，少量的珠光体弥散分布在铁素体基体之间.终轧温度的提高引起了织构类型的 显著改变，随着终轧温度的升高，织构强度整体增强，并形成了明显的对冲压成型性有利的近γ织构.当终轧温度为850℃ 时，近a织构与y织构强度均较弱，此时的织构类型主要为{001[110]、{113}[471]、114}[1i0]和223}[1i0]成型不利织 构，成型不利织构强度更高：当终轧温度升高至875℃时，织构类型主要为近y织构和{001}[110]旋转立方织构，近y织构体 积分数由19.9%升高至41%，成型有利织构强度显著增强 关键词热轧酸洗带钢；终轧温度显微组织；织构；大角晶界；成型性 分类号TG142.71 Effect of FDT on microstructure and crystallographic texture of 600 MPa grade high-titanium high-formability ferrite-pearlite pickling steel WANG Zhi-quan'23),GUO Zi-feng2.3),SHANG Cheng-jia,ZHANG Yan23),FENG Jun),CHEN Bin2),LU Bao-feng,LI Yu-peng) 1)Collaborative Innovation Center of Steel Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Sheet Metal Research Institute,Shougang Research Institute of Technology,Shougang Group Co.,Ltd.,Beijing 100043,China 3)Beijing key Laboratory of Green Recyclable Process for Iron steel Production Technology,Shougang Group Co.,Ltd,Beijing 100043,China 4)Shougang Qian'an Iron Steel Co.Ltd,Qian'an 064404,China Corresponding author,E-mail:cjshang@ustb.edu.cn ABSTRACT Obtaining a near-y texture that parallels that of a rolling plane enhances the r value of steel,thereby improving its form- ability.A high-angle grain boundary with a misorientation greater than 45 degrees is another crucial factor contributing to the formability of steel.Steel's crack arrest capability is dramatically improved by increasing the density of the high-angle grain boundary.The primary factors associated with texture evolution include chemical composition,finishing delivery temperature(FDT),rolling speed,and cool- ing rate after final rolling,of which the FDT is the most critical.Previous studies,which emphasized only pipelines and interstitial-free steels,have suggested that there is a discrepancy in the relationship between FDT and texture,and this relationship remains unclear with respect to high-titanium high-formability ferrite-pearlite steel.In this study,the microstructure and crystallographic texture of a 收稿日期：2017-12-21

工程科学学报,第 41 卷,第 1 期:104鄄鄄110,2019 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 1: 104鄄鄄110, January 2019 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2019. 01. 011; http: / / journals. ustb. edu. cn 终轧温度对 600 MPa 级高钛高成型性铁素体鄄鄄 珠光体 酸洗带钢组织与织构的影响 王智权1,2,3) , 郭子峰2,3) , 尚成嘉1)苣 , 张 衍2,3) , 冯 军2,3) , 陈 斌2,3) , 吕宝 锋4) , 李玉鹏4) 1) 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心, 北京 100083 2) 首钢集团有限公司技术研究院薄板研究所, 北京 100043 3) 首钢集团有限公司绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室, 北京 100043 4) 首钢股份公司迁安钢铁公司, 迁安 064404 苣 通信作者, E鄄mail: cjshang@ ustb. edu. cn 摘 要 利用扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射技术(EBSD)研究了高 Ti 高成型性铁素体鄄鄄珠光体型热轧酸洗带钢不 同终轧温度下的组织与织构特征. 研究结果表明,终轧温度对显微组织的演变影响较小,但却引起了大角晶界密度的升高. 不同终轧温度时形成的组织均以铁素体为主,少量的珠光体弥散分布在铁素体基体之间. 终轧温度的提高引起了织构类型的 显著改变,随着终轧温度的升高,织构强度整体增强,并形成了明显的对冲压成型性有利的近 酌 织构. 当终轧温度为 850 益 时,近 琢 织构与 酌 织构强度均较弱,此时的织构类型主要为{001}[110]、{113}[47 - 1]、{114}[11 - 0]和{223}[11 - 0]成型不利织 构,成型不利织构强度更高;当终轧温度升高至 875 益时,织构类型主要为近 酌 织构和{001}[110]旋转立方织构,近 酌 织构体 积分数由 19郾 9% 升高至 41% ,成型有利织构强度显著增强. 关键词 热轧酸洗带钢; 终轧温度; 显微组织; 织构; 大角晶界; 成型性 分类号 TG142郾 71 收稿日期: 2017鄄鄄12鄄鄄21 Effect of FDT on microstructure and crystallographic texture of 600 MPa grade high鄄titanium high鄄formability ferrite鄄pearlite pickling steel WANG Zhi鄄quan 1,2,3) , GUO Zi鄄feng 2,3) , SHANG Cheng鄄jia 1)苣 , ZHANG Yan 2,3) , FENG Jun 2,3) , CHEN Bin 2,3) , L譈 Bao鄄feng 4) , LI Yu鄄peng 4) 1) Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Sheet Metal Research Institute, Shougang Research Institute of Technology, Shougang Group Co. , Ltd. , Beijing 100043, China 3) Beijing key Laboratory of Green Recyclable Process for Iron & steel Production Technology, Shougang Group Co. , Ltd, Beijing 100043, China 4) Shougang Qian蒺an Iron & Steel Co. Ltd, Qian蒺an 064404, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: cjshang@ ustb. edu. cn ABSTRACT Obtaining a near鄄酌 texture that parallels that of a rolling plane enhances the r value of steel, thereby improving its form鄄 ability. A high鄄angle grain boundary with a misorientation greater than 45 degrees is another crucial factor contributing to the formability of steel. Steel蒺s crack arrest capability is dramatically improved by increasing the density of the high鄄angle grain boundary. The primary factors associated with texture evolution include chemical composition, finishing delivery temperature (FDT), rolling speed, and cool鄄 ing rate after final rolling, of which the FDT is the most critical. Previous studies, which emphasized only pipelines and interstitial鄄free steels, have suggested that there is a discrepancy in the relationship between FDT and texture, and this relationship remains unclear with respect to high鄄titanium high鄄formability ferrite鄄pearlite steel. In this study, the microstructure and crystallographic texture of a

王智权等：终轧温度对6O0MP级高钛高成型性铁素体-珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 ·105· 600 MPa grade high-titanium high-formability ferrite-pearlite steel with differential FDT were investigated by scanning electron microsco- py and electron backscatter diffraction techniques.The results reveal that its microstructure comprises ferrite and pearlite irrespective of FDT,but increases in the FTD cause an increase in the high-angle grain-boundary density.The primary microstructure is ferrite in both these samples,with a small amount of pearlite dispersed between the ferrite grains.The texture dramatically changes with elevated FDT.The intensity of all the textures significantly increases as the FDT increases from 850C to 875 C,with the transformation of a large amount of apparent near-y textures,which is beneficial to formability.The intensities of near-a texture and y texture are low in the sample with an FDT of 850 C,wherein the primary textures include 001 [110],113[471],11[110],and 223 [110].The intensity of the textures disadvantageous for formability is stronger than that of the advantageous textures in the sample with a lower FDT,which constrains formability and should be avoided.A positive change was observed in the textures as the FDT increased to 875 C.A strong near-y texture was transformed in the steel that was finally rolled at 875 C,and its fraction increased to 41%from 19.9%at 850C.A strong001[110]rotated cubic texture also occurred in the 875 C finally rolled steel,which is bad for form- ability.However,superior formability can be guaranteed in general as the transformation of more advantageous textures than disadvanta- geous textures was observed. KEY WORDS hot rolled pickling steel;finishing delivery temperature;microstructure;texture;high angle grain boundary:form- ability 汽车用钢要求具有良好的冲压成型性能，通过 注，为降低生产过程中的能耗，需尽可能的降低固溶 发展平行于轧制面的[111]织构，获得较高的塑性 温度及热轧温度.本文在设计终轧温度范围时，没 应变比（材料在冲压成型时宽度上的应变值与厚 有设计更高的900℃常规终到温度，而是尽可能地 度上的应变值之比，用于衡量材料冲压成型时的成 去降低终轧温度，探究在更低的终轧温度范围内终 型性能，一般要求其值越大越好)，可以得到良好的 轧温度对热轧织构的影响规律及降低终轧温度在技 成型性).大角晶界是影响成型性能的另一重要因 术上是否可行，理清终轧温度对成型性能的影响，以 素，大角晶界密度的提高能显著提高钢板的止裂能 便更好的为获得所需性能提供工艺制定依据. 力.Morito等系统研究了大角品界对裂纹扩展的影 1实验方法 响，结果表明，只有大于45°角的晶界才能有效偏折 裂纹，提高止裂能力.影响热轧织构的因素主要有 实验钢种为600MPa级高强高成型酸洗带钢， 化学成分、终轧温度、轧制速度与轧后冷速[2-川，其 所取钢板来自于工业试验，化学成分如表1所示. 中以终轧温度对热轧织构的影响程度最大.以往的 表1实验钢板的化学成分（质量分数） 研究多集中在管线钢和F钢，且不同的研究结果有 Table 1 Chemical composition of experimental steels 不同的结论.Jonas与Wittridge研究了碳元素质量 C Si Mn S Nb T 分数为0.2%的碳素钢在870℃和1020℃终时的 0.02-0.05≤0.501.00-1.600.0100.01~0.07002~0.07 织构情况，发现在终轧温度降低时热轧最终织构得 到了增强)，贾明霞的研究也得出了类似结论[)： 通过计算，实验钢板的全固溶温度为1147℃， 将铸坯加热到1100~1300℃之间，通过粗轧机将其 而T6h等通过对一种F钢的研究，发现终轧温度 轧制到适宜的中间坯厚度，粗轧出口温度控制在适 升高时热轧最终织构也会增强[).王新宇等的研 宜的温度范围.本文终轧温度分别控制在850℃和 究结果表明，添加有一定量T的取向硅钢中的成型 875℃，按适宜的卷曲温度进行卷曲，精轧完成后进 有利织构111}[112]组分会增多9).目前，对于高 行平整及酸洗，之后在板宽1/4处取金相样和电子 强高成型性酸洗汽车结构钢的织构研究较少，而以 背散射衍射技术(EBsD)样，规格均为20mm(纵向)× 往对于管线钢及F钢的研究结果又相互矛盾，以往 10mm(横向)×H(板厚).用砂纸对纵截面逐级打 的研究结果对于高强高T铁素体-珠光体型酸洗汽 磨，抛光，使所测表面平整、光亮.用4%体积分数的 车结构钢的工艺制定仅构成参考 HNO,乙醇溶液浸蚀得到金相组织，用扫描电子显微 本文采用高Ti含量设计，以高强高T铁素体- 镜进行组织观察：用体积分数15%HCI0,+85%C2 珠光体型酸洗汽车结构钢为研究对象，全新设计了 H,OH溶液对电子背散射衍射技术(EBSD)样品进 工艺，研究了不同终轧温度时的组织、大角晶界及织 行电解抛光，抛光电压为12V,抛光电流为0.8A,抛 构的演变规律.随着国家对节能减排方面的日益关 光完成后进行电子背散射衍射技术(EBSD)扫描

王智权等: 终轧温度对 600 MPa 级高钛高成型性铁素体鄄鄄珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 600 MPa grade high鄄titanium high鄄formability ferrite鄄pearlite steel with differential FDT were investigated by scanning electron microsco鄄 py and electron backscatter diffraction techniques. The results reveal that its microstructure comprises ferrite and pearlite irrespective of FDT, but increases in the FTD cause an increase in the high鄄angle grain鄄boundary density. The primary microstructure is ferrite in both these samples, with a small amount of pearlite dispersed between the ferrite grains. The texture dramatically changes with elevated FDT. The intensity of all the textures significantly increases as the FDT increases from 850 益 to 875 益 , with the transformation of a large amount of apparent near鄄酌 textures, which is beneficial to formability. The intensities of near鄄琢 texture and 酌 texture are low in the sample with an FDT of 850 益 , wherein the primary textures include {001} [110], {113} [47 - 1], {114} [11 - 0], and {223} [11 - 0]. The intensity of the textures disadvantageous for formability is stronger than that of the advantageous textures in the sample with a lower FDT, which constrains formability and should be avoided. A positive change was observed in the textures as the FDT increased to 875 益 . A strong near鄄酌 texture was transformed in the steel that was finally rolled at 875 益 , and its fraction increased to 41% from 19郾 9% at 850 益 . A strong {001}[110] rotated cubic texture also occurred in the 875 益 finally rolled steel, which is bad for form鄄 ability. However, superior formability can be guaranteed in general as the transformation of more advantageous textures than disadvanta鄄 geous textures was observed. KEY WORDS hot rolled pickling steel; finishing delivery temperature; microstructure; texture; high angle grain boundary; form鄄 ability 汽车用钢要求具有良好的冲压成型性能,通过 发展平行于轧制面的[111] 织构,获得较高的塑性 应变比 r(材料在冲压成型时宽度上的应变值与厚 度上的应变值之比,用于衡量材料冲压成型时的成 型性能,一般要求其值越大越好),可以得到良好的 成型性[1] . 大角晶界是影响成型性能的另一重要因 素,大角晶界密度的提高能显著提高钢板的止裂能 力. Morito 等系统研究了大角晶界对裂纹扩展的影 响,结果表明,只有大于 45毅角的晶界才能有效偏折 裂纹,提高止裂能力. 影响热轧织构的因素主要有 化学成分、终轧温度、轧制速度与轧后冷速[2鄄鄄11] ,其 中以终轧温度对热轧织构的影响程度最大. 以往的 研究多集中在管线钢和 IF 钢,且不同的研究结果有 不同的结论. Jonas 与 Wittridge 研究了碳元素质量 分数为 0郾 2% 的碳素钢在 870 益和 1020 益终轧时的 织构情况,发现在终轧温度降低时热轧最终织构得 到了增强[12] ,贾明霞的研究也得出了类似结论[13] ; 而 T佼th 等通过对一种 IF 钢的研究,发现终轧温度 升高时热轧最终织构也会增强[14] . 王新宇等的研 究结果表明,添加有一定量 Ti 的取向硅钢中的成型 有利织构{111}[112]组分会增多[9] . 目前,对于高 强高成型性酸洗汽车结构钢的织构研究较少,而以 往对于管线钢及 IF 钢的研究结果又相互矛盾,以往 的研究结果对于高强高 Ti 铁素体鄄鄄珠光体型酸洗汽 车结构钢的工艺制定仅构成参考. 本文采用高 Ti 含量设计,以高强高 Ti 铁素体鄄鄄 珠光体型酸洗汽车结构钢为研究对象,全新设计了 工艺,研究了不同终轧温度时的组织、大角晶界及织 构的演变规律. 随着国家对节能减排方面的日益关 注,为降低生产过程中的能耗,需尽可能的降低固溶 温度及热轧温度. 本文在设计终轧温度范围时,没 有设计更高的 900 益 常规终轧温度,而是尽可能地 去降低终轧温度,探究在更低的终轧温度范围内终 轧温度对热轧织构的影响规律及降低终轧温度在技 术上是否可行,理清终轧温度对成型性能的影响,以 便更好的为获得所需性能提供工艺制定依据. 1 实验方法 实验钢种为 600 MPa 级高强高成型酸洗带钢, 所取钢板来自于工业试验,化学成分如表 1 所示. 表 1 实验钢板的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steels % C Si Mn S Nb Ti 0郾 02 ~0郾 05 臆0郾 50 1郾 00 ~1郾 60 臆0郾 010 0郾 01 ~0郾 07 0郾 02 ~0郾 07 通过计算,实验钢板的全固溶温度为 1147 益 , 将铸坯加热到 1100 ~ 1300 益之间,通过粗轧机将其 轧制到适宜的中间坯厚度,粗轧出口温度控制在适 宜的温度范围. 本文终轧温度分别控制在 850 益 和 875 益 ,按适宜的卷曲温度进行卷曲,精轧完成后进 行平整及酸洗,之后在板宽 1 / 4 处取金相样和电子 背散射衍射技术(EBSD)样,规格均为 20 mm(纵向) 伊 10 mm(横向) 伊 H(板厚). 用砂纸对纵截面逐级打 磨,抛光,使所测表面平整、光亮. 用 4% 体积分数的 HNO3乙醇溶液浸蚀得到金相组织,用扫描电子显微 镜进行组织观察;用体积分数 15% HClO4 + 85% C2 H5OH 溶液对电子背散射衍射技术(EBSD)样品进 行电解抛光,抛光电压为 12 V,抛光电流为 0郾 8 A,抛 光完成后进行电子背散射衍射技术(EBSD) 扫描, ·105·

·106· 工程科学学报，第41卷，第1期 扫描步长为0.3μm,放大倍数为1000倍.采用HKL 对铁素体粒径的分布影响较小.随终轧温度的升 Channels5数据处理软件对电子背散射衍射技术 高，组织仍以铁素体为主，珠光体弥散分布在铁素体 (EBSD)取向数据进行处理. 之间，组织类型及特征无明显变化，终轧温度对宏观 组织形貌及铁素体晶粒的大小影响较小.宏观形 2结果与讨论 貌仅仅为组织特征的一个部分，无论是单独的铁 2.1组织特征 素体相还是珠光体中的铁素体相都是短程有序、 图1为不同终轧温度时的扫描组织，可以看出， 长程无序，具有晶体学特征，本质上是晶体.作为 该钢种的组织类型为铁素体+少量珠光体，铁素体 根本意义上的晶体，宏观形貌的微小变化不代表 晶粒极为细小.图2对铁素体晶粒的大小进行了统 晶体学特征的变化也微小，它们的晶体学特征就 计，并将不同终轧温度时的晶粒大小均值及相应标 构成了组织的第二层次上的信息，有必要深入研 准差（用蓝色误差线表示）标示于图2右上角.从中 究终轧温度对晶体学特征的影响情况.另一方面， 可以看出，在试验终轧温度范围内，铁素体粒径主要 织构本身便是影响材料成型性的关键因素，研究 分布在0.5~6um之间，850℃终轧时得到的铁素体 不同终轧温度时组织的晶体学特征就具有更加突 粒径均值为2.13μm,875℃时为2.17μm,终轧温度 出的意义了. (a 2四 2 um 图1不同终轧温度时的扫描组织.(a)850℃：(b)875℃ Fig.1 SEM images of sample microstructures for differential FDTs:(a)850C:(b)875 C 构，二者均为丝织构，利用P℉图(P℉取向图为依 以 据图3(c)中的反极图(inverse pole figure)图例计算 3 2 得到的取向图)、取向密度分布(ODF)图能对织构 0 20 进行详尽的表征 不同终轧温度时的平均 图3为不同终轧温度时的P℉取向图，蓝色代 径粒直径m 表[111]//ND织构，也就是y织构，绿色代表 ☑☑终乳温度850℃ [110]/RD织构，即为a织构，红色代表[001]// ☒终轧温度875℃ TD丝织构.当铁素体的[111]面与轧面平行时， ☒深N 成型性能最好，滑移沿着[111]面滑移时最易开 0 mgg101112 678 品粒直径mm 动，[111]织构的成型性能最好，[110]织构与 [001]织构的成型性能最差，从冲压成型性能的角 图2不同终轧温度时的品粒大小分布情况.(a)850℃：(b) 875℃ 度考虑，应该尽可能高的提高[111]织构强度.从 Fig.2 Schematic illustration of grain sizes at different FDTs:(a) P℉取向图上来考虑，取向点颜色越接近于蓝色， 850℃：(b)875℃ 成型性越好；反之，若越接近于红色或者绿色成型 性能越差.从图3可以看出，终轧温度为850℃ 2.2织构特征 时，蓝色取向点体积分数未见明显的占优特征，带 本文主要考虑材料的冲压成型性，对晶体学特 状特征不明显：当终轧温度升高至为875℃时，蓝 征的研究主要集中在织构上.在体心立方金属中， 色取向点体积分析明显增多，且呈现出了一定的 影响材料冲压成型性的织构主要是γ织构与α织 带状特征，同时，相比于低终轧时的P℉图，高终轧

工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 扫描步长为 0郾 3 滋m,放大倍数为 1000 倍. 采用 HKL Channel5 数据处理软件对电子背散射衍射技术 (EBSD)取向数据进行处理. 2 结果与讨论 2郾 1 组织特征 图 1 为不同终轧温度时的扫描组织,可以看出, 该钢种的组织类型为铁素体 + 少量珠光体,铁素体 晶粒极为细小. 图 2 对铁素体晶粒的大小进行了统 计,并将不同终轧温度时的晶粒大小均值及相应标 准差(用蓝色误差线表示)标示于图 2 右上角. 从中 可以看出,在试验终轧温度范围内,铁素体粒径主要 分布在0郾 5 ~ 6 滋m 之间,850 益终轧时得到的铁素体 粒径均值为 2郾 13 滋m,875 益时为 2郾 17 滋m,终轧温度 对铁素体粒径的分布影响较小. 随终轧温度的升 高,组织仍以铁素体为主,珠光体弥散分布在铁素体 之间,组织类型及特征无明显变化,终轧温度对宏观 组织形貌及铁素体晶粒的大小影响较小. 宏观形 貌仅仅为组织特征的一个部分,无论是单独的铁 素体相还是珠光体中的铁素体相都是短程有序、 长程无序,具有晶体学特征,本质上是晶体. 作为 根本意义上的晶体,宏观形貌的微小变化不代表 晶体学特征的变化也微小,它们的晶体学特征就 构成了组织的第二层次上的信息,有必要深入研 究终轧温度对晶体学特征的影响情况. 另一方面, 织构本身便是影响材料成型性的关键因素,研究 不同终轧温度时组织的晶体学特征就具有更加突 出的意义了. 图 1 不同终轧温度时的扫描组织. (a) 850 益 ;(b) 875 益 Fig. 1 SEM images of sample microstructures for differential FDTs: (a) 850 益 ;(b) 875 益 图 2 不同终轧温度时的晶粒大小分布情况. ( a) 850 益 ;( b) 875 益 Fig. 2 Schematic illustration of grain sizes at different FDTs: ( a) 850 益 ;(b) 875 益 2郾 2 织构特征 本文主要考虑材料的冲压成型性,对晶体学特 征的研究主要集中在织构上. 在体心立方金属中, 影响材料冲压成型性的织构主要是 酌 织构与 琢 织 构,二者均为丝织构,利用 IPF 图( IPF 取向图为依 据图 3(c)中的反极图(inverse pole figure)图例计算 得到的取向图)、取向密度分布(ODF) 图能对织构 进行详尽的表征. 图 3 为不同终轧温度时的 IPF 取向图,蓝色代 表[ 111 ] / / ND 织 构, 也 就 是 酌 织 构, 绿 色 代 表 [110] / / RD 织构,即为 琢 织构,红色代表[001] / / TD 丝织构. 当铁素体的[111] 面与轧面平行时, 成型性能最好,滑移沿着[111 ] 面滑移时最易开 动,[111] 织 构 的 成 型 性 能 最 好, [ 110 ] 织 构 与 [001]织构的成型性能最差,从冲压成型性能的角 度考虑,应该尽可能高的提高[111] 织构强度. 从 IPF 取向图上来考虑,取向点颜色越接近于蓝色, 成型性越好;反之,若越接近于红色或者绿色成型 性能越差. 从图 3 可以看出,终轧温度为 850 益 时,蓝色取向点体积分数未见明显的占优特征,带 状特征不明显;当终轧温度升高至为 875 益 时,蓝 色取向点体积分析明显增多,且呈现出了一定的 带状特征,同时,相比于低终轧时的 IPF 图,高终轧 ·106·

王智权等：终轧温度对6O0MP级高钛高成型性铁素体-珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 107· 温度时，红色取向点明显增多，「001]//TD织构取 成型性能是有利的.表2为依据P℉取向图计算 代[110]//RD织构成为主导织构之一，这说明终 得到的各类型织构的定量计算结果，从中可以看 轧温度对热轧织构的影响情况很大，会改变织构 出，终轧温度为875℃时，y织构体积分数达到了 类型和分布情况.在高T钢中，提高终轧温度会 41%,而终轧温度为850℃时，仅为13.7%，这与 提高[111]织构强度，提高终轧温度对于提高冲压 由P℉图直接分析得到的结果一致 001 101 图3不同终轧温度时PF图.(a)850℃；(b)875℃；(c)图例 Fig.3 PF images at different FDTs:(a)850℃：(b)875℃；(c)IPF legend 表2不同终轧温度对织构体积分数的影响情况 构与近「1001//TD织构，在PF图上表现为绿色或 Table 2 Fractions of typical textures at different FDTs 者红色：当终轧温度为850℃时，织构分布相对弥 近α织构体积 近γ织构体积 散，未见明显的近y织构，但却存在强度高的{001} 样号 FDT/℃ 分数/% 分数/% [110]、{113}[471]、114}[1i0]和{223}[1i0]织 850 30.9 13.7 构.图6对不同终轧温度时的α织构与γ织构强度 6 875 19.9 41.0 进行了定量计算，结果显示，终轧温度为875℃时的 y织构强度为850℃终轧时的2倍，α织构的强度整 图4为不同终轧温度时的取向密度分布(ODF) 体也要更强，主要形成了高强度的{001}[110]旋转 图，可以看出随着终轧温度的提高织构强度整体增 立方织构，总体上而言，终轧温度的提高会引起Y 强，这与从P℉图中得出的结论一致，终轧温度为 织构与α织构强度的增强，且对γ织构强度的增强 875℃时的强度几乎为850℃时的两倍.为了进一 作用强于对α织构强度的增强效果 步分析影响成型性能的α织构与Y织构，选取了图 以上结果均表明，在高T高成型性铁素体-珠 中p2为45（取向欧拉角(P1,p,P2)表示法，这三个 光体钢中，终轧温度的升高尽管不会引起微观组织 角度分别代表绕样品坐标系的法向、新轧向以及新 类型与特征的明显变化，但会引起织构类型的显著 法向旋转相应角度后，晶体坐标系与样品坐标系重 改变，使得织构由成型不利织构向成型有利织构转 合：织构一般是在P2为45°时比较典型，此时特征 变，从而形成明显的近Y织构：织构类型的转变同 明显，故而选用2为45°角)时的取向密度分布图 时体现在近α织构向近{001}[110]旋转立方织构 进行分析，如图5所示.可以看出，终轧温度对织构 的转变上，终轧温度的升高引起了旋转立方织构的 类型与强度影响很大.终轧温度为875℃时，织构 显著增强.终轧温度的升高还会引起热轧织构强度 类型比较集中，出现了明显的近γ织构和旋转立方 整体显著增强，尽管终轧温度提高时，α织构强度也 001}[110]织构，{001}[110]织构同属于近a织 增强，但从整体角度考虑，875℃终轧时的成型性能

王智权等: 终轧温度对 600 MPa 级高钛高成型性铁素体鄄鄄珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 温度时,红色取向点明显增多,[001] / / TD 织构取 代[110] / / RD 织构成为主导织构之一,这说明终 轧温度对热轧织构的影响情况很大,会改变织构 类型和分布情况. 在高 Ti 钢中,提高终轧温度会 提高[111]织构强度,提高终轧温度对于提高冲压 成型性能是有利的. 表 2 为依据 IPF 取向图计算 得到的各类型织构的定量计算结果,从中可以看 出,终轧温度为 875 益 时,酌 织构体积分数达到了 41% ,而终轧温度为 850 益 时,仅为 13郾 7% ,这与 由 IPF 图直接分析得到的结果一致. 图 3 不同终轧温度时 IPF 图. (a) 850 益 ; (b) 875 益 ; (c) 图例 Fig. 3 IPF images at different FDTs: (a) 850 益 ; (b) 875 益 ; (c) IPF legend 表 2 不同终轧温度对织构体积分数的影响情况 Table 2 Fractions of typical textures at different FDTs 样号 FDT / 益 近 琢 织构体积 分数/ % 近 酌 织构体积 分数/ % a 850 30郾 9 13郾 7 b 875 19郾 9 41郾 0 图 4 为不同终轧温度时的取向密度分布(ODF) 图,可以看出随着终轧温度的提高织构强度整体增 强,这与从 IPF 图中得出的结论一致,终轧温度为 875 益时的强度几乎为 850 益 时的两倍. 为了进一 步分析影响成型性能的 琢 织构与 酌 织构,选取了图 中 渍2 为 45毅(取向欧拉角(渍1 ,渍,渍2 )表示法,这三个 角度分别代表绕样品坐标系的法向、新轧向以及新 法向旋转相应角度后,晶体坐标系与样品坐标系重 合;织构一般是在 渍2 为 45毅时比较典型,此时特征 明显,故而选用 渍2 为 45毅角)时的取向密度分布图 进行分析,如图 5 所示. 可以看出,终轧温度对织构 类型与强度影响很大. 终轧温度为 875 益 时,织构 类型比较集中,出现了明显的近 酌 织构和旋转立方 {001}[110]织构,{001} [110] 织构同属于近 琢 织 构与近[100] / / TD 织构,在 IPF 图上表现为绿色或 者红色;当终轧温度为 850 益 时,织构分布相对弥 散,未见明显的近 酌 织构,但却存在强度高的{001} [110]、{113}[47 - 1]、{114}[11 - 0]和{223} [11 - 0]织 构. 图 6 对不同终轧温度时的 琢 织构与 酌 织构强度 进行了定量计算,结果显示,终轧温度为 875 益时的 酌 织构强度为 850 益终轧时的 2 倍,琢 织构的强度整 体也要更强,主要形成了高强度的{001} [110]旋转 立方织构,总体上而言,终轧温度的提高会引起 酌 织构与 琢 织构强度的增强,且对 酌 织构强度的增强 作用强于对 琢 织构强度的增强效果. 以上结果均表明,在高 Ti 高成型性铁素体鄄鄄 珠 光体钢中,终轧温度的升高尽管不会引起微观组织 类型与特征的明显变化,但会引起织构类型的显著 改变,使得织构由成型不利织构向成型有利织构转 变,从而形成明显的近 酌 织构;织构类型的转变同 时体现在近 琢 织构向近{001} [110]旋转立方织构 的转变上,终轧温度的升高引起了旋转立方织构的 显著增强. 终轧温度的升高还会引起热轧织构强度 整体显著增强,尽管终轧温度提高时,琢 织构强度也 增强,但从整体角度考虑,875 益 终轧时的成型性能 ·107·

.108 工程科学学报，第41卷，第1期 (b) P=10 P2=159 P=20 .=25 p,=30 P-20 P=25 P-30 =35 -45 P=40 p-450 p=509 p=55 z2 p,=60 650 D. -709 P3=750 p,=609 p,=650 p,=70 p2750 =005 ,-0 取向密度 0 5 1.0 9 -90 p,=80 859 00 P3=80° P2=850 9=90° 图4不同终轧温度时的取向密度分布图.(a)850℃；(b)875℃ Fig.4 ODF images with different FDTs:(a)850℃；(b)875℃ (a P-45e (b) P,-450 90° 取向密度 取向密度 -0.5 -0.5 15 2. ò 5 3.0 4.5 —6.0 -6.5 90 图52=45时取向密度分布图.(a)850℃；(b)875℃ Fig.50 DF images at2=45°wit讪different FDTs:(a)850℃：(b)875℃ 更好 高成型性，应尽可能地提高大角晶界密度.图7为 2.3大角晶界分布情况 不同终轧温度时的晶界密度分布情况，蓝线代表大 织构构成及分布与大角晶界密度是衡量成型性 于45°晶界.从中可以明显看出，875℃终轧时的大 能的两个重要指标.成型有利织构强度越高，分布 角晶界密度明显要高于850℃终轧，这说明随着终 越均匀，大角晶界密度越高分布越均匀，冲压成型性 轧温度的提高，相变产物形成大角品界的趋势增强. 能越好.Morito等的研究证明了只有大于45°角的 图8为大小角品界所占比例的统计情况，证实了图 晶界才能偏折裂纹，抑制裂纹的扩展，小于45°角的 7中观测到的结果.基于Morito等的研究结果，为有 晶界并不能阻碍裂纹扩展.显然，这种阻碍裂纹扩 效偏折裂纹扩展，相邻两晶粒的取向差角应大于 展的作用对成型性能的提高是有利的.因此，为提 45°，从图7与图8可以得出，875℃终轧时大于45°

工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 图 4 不同终轧温度时的取向密度分布图. (a) 850 益 ; (b) 875 益 Fig. 4 ODF images with different FDTs: (a) 850 益 ; (b) 875 益 图 5 渍2 = 45毅时取向密度分布图. (a) 850 益 ; (b) 875 益 Fig. 5 ODF images at 渍2 = 45毅 with different FDTs: (a) 850 益 ; (b) 875 益 更好. 2郾 3 大角晶界分布情况 织构构成及分布与大角晶界密度是衡量成型性 能的两个重要指标. 成型有利织构强度越高,分布 越均匀,大角晶界密度越高分布越均匀,冲压成型性 能越好. Morito 等的研究证明了只有大于 45毅角的 晶界才能偏折裂纹,抑制裂纹的扩展,小于 45毅角的 晶界并不能阻碍裂纹扩展. 显然,这种阻碍裂纹扩 展的作用对成型性能的提高是有利的. 因此,为提 高成型性,应尽可能地提高大角晶界密度. 图 7 为 不同终轧温度时的晶界密度分布情况,蓝线代表大 于 45毅晶界. 从中可以明显看出,875 益 终轧时的大 角晶界密度明显要高于 850 益 终轧,这说明随着终 轧温度的提高,相变产物形成大角晶界的趋势增强. 图 8 为大小角晶界所占比例的统计情况,证实了图 7 中观测到的结果. 基于 Morito 等的研究结果,为有 效偏折裂纹扩展,相邻两晶粒的取向差角应大于 45毅,从图 7 与图 8 可以得出,875 益 终轧时大于 45毅 ·108·

王智权等：终轧温度对6O0MP级高钛高成型性铁素体-珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 ·109· 4.0 (a) ay织构 7b) a织构 3 一by织构 一h-织构 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 % 20 40 60 20 40 60 80 图62=45时取向密度图.(a)y织构：(b)a织构 Fig.6 ntensities of a,y texture at92=45°：(a）y texture;(b)texture b) ,, 图7不同终轧温度时大于45°角品界分布情况.(a)850℃：(b)875℃ ig.7.High-angle grain-boundary over45°distribution at different FDTs:(a)850℃；(b)875℃ 角的品界密度更高.从阻碍裂纹扩展角度来考虑成 (1)终轧温度对组织的影响较小，不同终轧温 型性，875℃终轧时成型性能更好 度时得到的组织均为铁素体+珠光体组织，组织以 0.8 铁素体为主，珠光体弥散分布在铁素体基体之间： 汤终轧温度850℃ 0.7 终轧温度875℃ (2)终轧温度的提高会引起织构类型的改变并 0.6 使得织构强度整体增强，形成强度高的近Y织构， 0.5 并引起近织构向旋转立方织构的转变：尽管终轧 0.4/ 温度的提高会同时引起成型有利织构与成型不利织 构强度的增强，但对成型有利织构强度的效果更大， 0.3 从而会引起成型性能的提高； 02 (3)终轧温度的提高会使得大角晶界密度的提 0.1 高，这对成型性能的提高也是有利的 =15 15-45 >45 取向差角) 参考文献 图8不同终轧温度对品界密度的影响 [1]Wang Z D,Guo Y H,Wang G D.Texture evolution in a high- Fig.8 Angle distributions at different FDT strength Ti-IF steel during ferritic hot rolling and cold rolling.Ma- ter Sci Technol,2009,17(1):75 3结论 (王昭东，郭艳辉，王国栋.高强T-F钢铁素体区热轧和冷 轧过程织构演变规律.材料科学与工艺，2009,17(1)：75) 为提高Tⅰ高成型性铁素体-珠光体钢的成型 [2] Zhang C.Sticking Mechanism in Hot Strip Rolling and Control of 性，并为其工艺制定提供依据，本文着重研究了不同 Microstructure and Texture for Ultra Purified 21%Cr Ferritic Stain- 终轧温度时的组织与织构特征，得到了以下结论： less Steel Dissertation ]Shenyang:Northeastern University

王智权等: 终轧温度对 600 MPa 级高钛高成型性铁素体鄄鄄珠光体酸洗带钢组织与织构的影响 图 6 渍2 = 45毅时取向密度图. (a) 酌 织构;(b) 琢 织构 Fig. 6 Intensities of 琢, 酌 texture at 渍2 = 45毅:(a) 酌 texture; (b) 琢 texture 图 7 不同终轧温度时大于 45毅角晶界分布情况. (a) 850 益 ; (b) 875 益 Fig. 7 High鄄angle grain鄄boundary over 45毅 distribution at different FDTs: (a) 850 益 ; (b) 875 益 角的晶界密度更高. 从阻碍裂纹扩展角度来考虑成 型性,875 益终轧时成型性能更好. 图 8 不同终轧温度对晶界密度的影响 Fig. 8 Angle distributions at different FDT 3 结论 为提高 Ti 高成型性铁素体鄄鄄 珠光体钢的成型 性,并为其工艺制定提供依据,本文着重研究了不同 终轧温度时的组织与织构特征,得到了以下结论: (1)终轧温度对组织的影响较小,不同终轧温 度时得到的组织均为铁素体 + 珠光体组织,组织以 铁素体为主,珠光体弥散分布在铁素体基体之间; (2)终轧温度的提高会引起织构类型的改变并 使得织构强度整体增强,形成强度高的近 酌 织构, 并引起近 琢 织构向旋转立方织构的转变;尽管终轧 温度的提高会同时引起成型有利织构与成型不利织 构强度的增强,但对成型有利织构强度的效果更大, 从而会引起成型性能的提高; (3)终轧温度的提高会使得大角晶界密度的提 高,这对成型性能的提高也是有利的. 参 考 文 献 [1] Wang Z D, Guo Y H, Wang G D. Texture evolution in a high鄄 strength Ti鄄IF steel during ferritic hot rolling and cold rolling. Ma鄄 ter Sci Technol, 2009, 17(1): 75 (王昭东, 郭艳辉, 王国栋. 高强 Ti鄄IF 钢铁素体区热轧和冷 轧过程织构演变规律. 材料科学与工艺, 2009, 17(1): 75) [2] Zhang C. Sticking Mechanism in Hot Strip Rolling and Control of Microstructure and Texture for Ultra Purified 21% Cr Ferritic Stain鄄 less Steel [ Dissertation ]. Shenyang: Northeastern University, ·109·

·110· 工程科学学报，第41卷，第1期 2011 perature.Heat Treat Met,2015,40(1):27 (张驰.超纯21%C:铁素体不锈钢热轧粘辊机理及组织织构 (王海燕，毛卫民，谭啸，等.不同终冷温度下管线钢热轧板 控制[学位论文].沈阳：东北大学，2011) 的组织与织构演变.金属热处理，2015,40(1)：27) [3]Yu F Y.The Study on Microstructures and Textures of Ferritic Hot- [9]Wang X Y,Hua Y X,Xiang L,et al.Effect of V and Ti content Rolled High Strength IF Steels Dissertation ]Dalian:Dalian on texture of grain oriented silicon steel hot-rolled plates.Hot Work University of Technology,2006 Technol,2015,44(5):1 (于凤云.铁素体区热轧高强F钢微观组织及织构的研究[学 (王新宇，花艳侠，项利，等.钒钛含量对取向硅钢热轧板织 位论文].大连：大连理工大学，2006) 构的影响.热加工工艺，2015,44(5)：1) [4]Lii Q G,Li C M,Ni A J,et al.Evolvement of non-1111 tex- [10]Sun Q,LiZC,MiZL,et al.Effect of chemical composition on tures along processing steps of micro-carbon deep drawing steel reerystallized microstructure and texture of hot rolled non-oriented sheet.Mater Heat Treat,2009,38(18):37 electrical steel.Trans Mater Heat Treat,2016,37(4):82 (吕庆功，李成明，倪爱娟，等.形变参量和形变温度对微碳 (孙强，李志超，米振莉，等.化学成分对无取向硅钢热轧组 深冲钢板织构特征的影响.热加工工艺，2009,38(18)：37) 织及织构的影响.材料热处理学报，2016,37(4)：82) [5]Lu Q G,Li C M,Ni A J.Evolvement of non-111 textures in [11]Wang X Y.Research of Microstructure and Texture of Grain Orien- micro-earbon deep drawing steel sheet along processing steps.Ma- ted Silicon Steel with V and Ti Dissertation].Xi'an:Xi'an Uni ter Sci Technol,2010,18(1):31 versity of Architecture and Technology,2015 (吕庆功，李成明，倪爱娟.微碳深冲钢板中非111织构的 (王新宇.含钒钛取向硅钢的组织及织构研究[学位论文] 工序演变.材料科学与工艺，2010,18(1)：31) 西安：西安建筑科技大学，2015) [6]Chen W.Study on the Pipeline Hot-Rolled Textures and Anisotropy [12]JonasJJ,Wittridge N J.The role of in-plane dislocation reac [Dissertation].Kunming:Kunming University of Science and tions during the transformation of hot rolled austenite /Proceed- Technology Dissertation],2010 ings of the Twelfth International Conference on Textures of Materi- (陈文.管线钢的热轧织构与钢板各向异性的研究[学位论 als.Montreal,1999:1049 文].昆明：昆明理工大学，2010) [13]Jia M X.Study of Hot Rolling Process of a IF Steel on the Evolu- [7]Liu Y D,Yang Y Q,Bi H Y,et al.Effect of hot rolling tempera- tion of the Microstructure and Texture Dissertation ]Taian: ture on the texture evolution of 436 ferritic stainless steel.J fron Shandong Agricultural University,2014 Steel Res,2011,23(3):35 (贾明霞.热轧工艺对F钢组织和织构影响机制的研究[学 (刘沿东，杨一俏，毕洪运，等.热轧温度对436不锈钢热轧 位论文].泰安：山东农业大学，2014) 织构的彩响.钢铁研究学报，2011,23(3)：35) [14]Toth L S,Molinari A,Raabe D.Modeling of rolling texture de- [8]Wang H Y,Mao W M,Tan X,et al.Microstructure and texture velopment in a ferritic chromium steel.Metall Mater Trans A, evolution of hot rolled pipeline steel at different final cooling tem- 1997,28(11):2343

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