材料加工组织性能控制(第八章)

1、8 8 深冲用薄钢板的组织与性能控制深冲用薄钢板的组织与性能控制8.1 晶体取向晶体取向用晶体的某晶面、晶向在参考坐标系中的排布方式来表达晶用晶体的某晶面、晶向在参考坐标系中的排布方式来表达晶体的取向，如在立方晶体轧制样品坐标系中用体的取向，如在立方晶体轧制样品坐标系中用(hkl) uvw来来表达某一晶粒的取向。表达某一晶粒的取向。rst=hkluvwgur hvs kw tl表达立方晶体中任一晶粒在轧制样品坐标系中的取向。表达立方晶体中任一晶粒在轧制样品坐标系中的取向。Bunge建立了一个欧拉空间，定义了三个欧拉角建立了一个欧拉空间，定义了三个欧拉角(1, , 2)，按，按1, , 2的顺序

2、做三个欧拉转动，可以实现任意的晶体取向，因此取向的顺序做三个欧拉转动，可以实现任意的晶体取向，因此取向g可以可以表示成：表示成：g =( ) 若用矩阵表示任意若用矩阵表示任意( )转动所获得的取向，则可以推导出如下转动所获得的取向，则可以推导出如下关系：关系：22112211cossin0100cossin0sincos00 cossinsincos00010 sincos00112121212212121212211cos cossin sincossin coscos sincossinsincos sinsin coscossin sincos coscoscossinsin sinco

3、s sincos u r hvs kw tlg=g=8.2 织构及其表示方法织构及其表示方法一般认为许多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附一般认为许多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附近时称为择优取向，择优取向的多晶体取向结构称为织构。近时称为择优取向，择优取向的多晶体取向结构称为织构。从广义上讲，织构的概念可以定义为多晶体取向分布状态从广义上讲，织构的概念可以定义为多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。明显偏离随机分布的取向分布结构。（1）极图、反极图）极图、反极图（2）取向分布函数（取向分布函数（ODF, Orientation Distribution Functio

4、n）体心立方金属体心立方金属ODF图图测试技术：测试技术：EBSD(Electron Backscattered Diffraction)电电子背散射技术；子背散射技术；XRDXRD（ X-ray diffraction X-ray diffraction ）X X射线衍射。射线衍射。 线线 线线FeCr # 5 2012-09-09Level 1 : 1.0Level 2 : 2.0Level 3 : 4.0Level 4 : 6.0Level 5 : 8.0Level 6 : 8.4FeCr # 1 2012-09-09Level 1 : 1.0Level 2 : 2.0Level 3 :

5、 4.0Level 4 : 6.0Level 5 : 8.0Level 6 : 10.0FeCr # 3 2012-09-09Level 1 : 1.0Level 2 : 2.0Level 3 : 4.0Level 4 : 6.0Level 5 : 8.0Level 6 : 10.0图图 不同冷轧压下率退火不同冷轧压下率退火IF钢板恒钢板恒 =45的的ODF截面图截面图(a)67.0%;(b)77.6%;(c)86.8%图图 不同冷轧压下率退火不同冷轧压下率退火IF钢取向线分析钢取向线分析图不同冷轧压下率图不同冷轧压下率IF钢退火板法向晶体取向成像图钢退火板法向晶体取向成像图(a)67.0%;

6、(b)77.6%8.3 织构与织构与IF钢性能的关系钢性能的关系衡量深冲性能的指标：屈服强度、抗拉强度、延伸率衡量深冲性能的指标：屈服强度、抗拉强度、延伸率A及及塑性应变比塑性应变比r值和加工硬化指数值和加工硬化指数n值。值。（1）塑性应变比（厚向异性系数）塑性应变比（厚向异性系数）rtwr4/ )2(90450rrrr2245900rrrr（2）加工硬化指数）加工硬化指数n=Kn（3）屈强比）屈强比Re/Rm冲压过程中，板料的屈服强度越小，变形区受到切向力冲压过程中，板料的屈服强度越小，变形区受到切向力越小，材料失稳起皱的趋势也就越小。而抗拉强度越大，越小，材料失稳起皱的趋势也就越小。而抗拉

7、强度越大，板料所承受的应力越高，就不容易发生断裂。所以，一板料所承受的应力越高，就不容易发生断裂。所以，一般认为屈强比越小，材料的可靠性能越高。般认为屈强比越小，材料的可靠性能越高。（3）织构与深冲性能）织构与深冲性能r值的大小和钢板的晶体取向密度函数（织构）密切相关。值的大小和钢板的晶体取向密度函数（织构）密切相关。材料织构最有利的取向为材料织构最有利的取向为111；最不利的取向是；最不利的取向是001。上述织构组分的对比关系强烈影响。上述织构组分的对比关系强烈影响r值的大值的大小。小。111织构组分越强，织构组分越强，100织构组分越弱，织构组分越弱，r值越大，值越大，深冲性能越好。深冲性

8、能越好。钢板具有优异深冲性能的条件：钢板具有优异深冲性能的条件：钢板同时具有等强度钢板同时具有等强度 111111110110 和和 111111112112 织构。织构。原因：原因：8.4 冷轧深冲带钢冷轧深冲带钢 8.4.1 连轧机组中的变形连轧机组中的变形变形及伴随变形的两个重要过程：润滑和冷却。变形及伴随变形的两个重要过程：润滑和冷却。8.4.2 冷轧带钢的材料性能和表面特性(1)变形量对强度及韧性的影响图图8-3软钢软钢St14和各种含钛和铌微合金钢的加工硬化曲线和各种含钛和铌微合金钢的加工硬化曲线l-含钛微合金高强钢；含钛微合金高强钢；2-含铌微合金高强钢；含铌微合金高强钢；3-含

9、铌含铌Stl4；4-Stl4图图8.58.5冷轧压下率对软钢薄板法向冷轧压下率对软钢薄板法向各向异性各向异性(r(rm m) )的影响的影响( (高温卷取高温卷取) )图图8.4冷轧压下率对铝镇静钢薄冷轧压下率对铝镇静钢薄板织构和各向异性值的影响板织构和各向异性值的影响 r-r-平面各向异性；平面各向异性；r rm m- -平均法平均法向各向异性向各向异性rm(3)变形量对第二相的影响 冷轧过程中，基体组织及基体组织中的第二相也通过延伸得以改变。（5 5）带钢表面具有一定的粗糙度带钢表面具有一定的粗糙度目的：目的： （4 4）很大的摩擦力和很大的剪切应力使带钢表面产）很大的摩擦力和很大的剪切应

10、力使带钢表面产生特别强烈的变形，并导致钢质点的撕裂。生特别强烈的变形，并导致钢质点的撕裂。8.58.5 冷轧带钢的退火冷轧带钢的退火 目的：工艺：退火方式：罩式退火、连续退火(1)(1)罩式退火罩式退火时间:持续几天（原因：）。持续几天（原因：）。图图8.8 罩式退火时带钢的退火曲线罩式退火时带钢的退火曲线特点： （1 1）氢气、氮气和其它气体混合氢气、氮气和其它气体混合作为保护气体；（作为保护气体；（2 2）依靠强制对流传热）依靠强制对流传热的设备，钢卷的升温加热主要取决于保的设备，钢卷的升温加热主要取决于保护气体的对流传热和钢卷本身的传导传护气体的对流传热和钢卷本身的传导传热。热。全氢罩式

11、炉全氢罩式炉特点： （1 1）采用强对流循环的大功率电机；）采用强对流循环的大功率电机；（2 2）采用）采用100100H H2 2作保护气氛；（作保护气氛；（3 3）采用金属）采用金属封闭炉台、气水组合冷却罩及优化设计的扩散封闭炉台、气水组合冷却罩及优化设计的扩散器和对流板改善了钢板表面质量。器和对流板改善了钢板表面质量。 图图8.8.2 8.8.2 罩式退火炉的退火周期罩式退火炉的退火周期松卷退火：各圈带卷之间有一定的距离各圈带卷之间有一定的距离退火气氛自由地与板带表面接触，钢退火气氛自由地与板带表面接触，钢和气体间也可以进行化学反应。和气体间也可以进行化学反应。优点：应用：带钢表面洁净度

12、要求很高；需要带钢表面洁净度要求很高；需要把化学反应与热处理联系起来。把化学反应与热处理联系起来。紧卷退火：（2 2）连续退火）连续退火连续退火炉中进行，分三段：连续退火炉中进行，分三段：预热段：把钢表面的残余油脂清除掉。预热段：把钢表面的残余油脂清除掉。还原段：把表面的氧化铁皮还原成纯铁还原段：把表面的氧化铁皮还原成纯铁层，完成钢的再结晶退火。层，完成钢的再结晶退火。冷却段：带钢冷却到入锌锅的温度。冷却段：带钢冷却到入锌锅的温度。退火步骤：退火步骤：1)1)快速加热到快速加热到A A1 1温度线附近或以上。温度线附近或以上。2)2)在这一温度下停留很短的时间。在这一温度下停留很短的时间。3)

13、3)快速冷却到约为快速冷却到约为400400的过时效温度或的过时效温度或冷却到室温。冷却到室温。4)4)几分钟的过时效处理。几分钟的过时效处理。图图8.9 连续退火的退火过程连续退火的退火过程1-保温段；保温段；2-气体喷射冷却；气体喷射冷却；3-快速冷却；快速冷却；4-过时过时效段；效段；5-淬火冷却；淬火冷却；6-过时效段（退火）过时效段（退火）图图8.10 冷轧薄板连续退火和罩式退火过程冷轧薄板连续退火和罩式退火过程1-连续退火炉中的带钢温度；连续退火炉中的带钢温度；2-过时效；过时效；3-紧卷退火带钢芯部温紧卷退火带钢芯部温度；度；4-松卷退火带钢芯部温度；松卷退火带钢芯部温度；5-移

14、去加热罩，放上冷却罩移去加热罩，放上冷却罩优点：性能均匀；板形好；表面质量好；退火周性能均匀；板形好；表面质量好；退火周期短；退火温度范围高。期短；退火温度范围高。缺点：图图8.11 罩式退火和连续退火的退火和冷却特征参数罩式退火和连续退火的退火和冷却特征参数8.6 冷轧板的退火再结晶规律冷轧板的退火再结晶规律 （1 1）退火温度的影响）退火温度的影响图图8.11.1 IF8.11.1 IF钢再结晶退火后的硬度变化规律（保温钢再结晶退火后的硬度变化规律（保温2h2h）T1-Ti-IFT1-Ti-IF钢；钢；N1-Ti+Nb-IFN1-Ti+Nb-IF钢钢Ti-Nb-IF580700590720

15、（2 2）保温时间对硬度的影响）保温时间对硬度的影响图图8.11.1 IF8.11.1 IF钢再结晶退火后的硬度变化规律钢再结晶退火后的硬度变化规律T1-Ti-IFT1-Ti-IF钢；钢；N1-Ti+Nb-IFN1-Ti+Nb-IF钢钢（3 3） 热轧卷取温度的影响热轧卷取温度的影响图图8.11.2 热轧卷取温度对热轧卷取温度对IFIF钢再结晶温度的影响钢再结晶温度的影响8.7 8.7 退火过程对退火带钢组织和力学性能的影响退火过程对退火带钢组织和力学性能的影响8.7.1 8.7.1 罩式退火时的组织形成特征罩式退火时的组织形成特征 (1)(1)粗大、伸长的铁素体组织。粗大、伸长的铁素体组织。

16、 (2)(2)有利的织构。有利的织构。 (3)(3)很小的位错密度。很小的位错密度。 (4)(4)氮稳定结合成氮化铝。氮稳定结合成氮化铝。 (5)(5)相对粗大的渗碳体析出物。相对粗大的渗碳体析出物。力学性能：低的屈服强度和抗拉强度，非常好的力学性能：低的屈服强度和抗拉强度，非常好的冷成型性能和平整前显著的、平整后消失的屈服冷成型性能和平整前显著的、平整后消失的屈服平台。平台。8.7.2 8.7.2 连续退火的组织形成特征连续退火的组织形成特征 图图8.18 连续退火过程中组织和固溶碳含连续退火过程中组织和固溶碳含量的关系量的关系两阶段：第一阶段：加热、保温第一阶段：加热、保温和以中等速度冷却

17、。和以中等速度冷却。目的：目的：第二阶段：快速冷却到第二阶段：快速冷却到过时效温度和过时效处过时效温度和过时效处理。理。目的：目的：图图8.19 热轧带钢卷取温度对冷轧带钢再结晶热轧带钢卷取温度对冷轧带钢再结晶晶粒度的影响晶粒度的影响组织特征：组织特征： （1 1）更细小的、球状的、含有在热轧带钢）更细小的、球状的、含有在热轧带钢中就已析出的氮化物；中就已析出的氮化物；（2 2）由时效行为确定的碳化物弥散分布的）由时效行为确定的碳化物弥散分布的铁素体组织铁素体组织8.8 8.8 冷轧软带钢生产特点冷轧软带钢生产特点 获得软钢的条件：获得软钢的条件：罩式退火：低的加热速度、高的退火温度、缓慢罩式退火：低的加热速度、高的退火温度、缓慢的冷却。的冷却。特征：特征：晶粒长大、过饱和固溶原子析出、低的屈晶粒长大、过饱和固溶原子析