连续退火工艺对nb-i-if钢性能及再结晶织构的影响

连续退火工艺对nb-i-if钢性能及再结晶织构的影响

连续降火是一种先进的冷却和热处理技术。该生产线具有运行速度快、产量高、产品种类多样性、产品品种多样性、产量高、产量低等优点。因此，近年来，它在热滤机行业得到了广泛应用。对于连续退火生产IF钢,国内外很多人员从不同的角度进行了很多研究,如:罩式退火与连续退火之间的差异,微合金元素(Nb、Ti)对连续退火再结晶的影响,冷轧工艺对连续退火的影响等。影响钢板连续退火后各种性能的因素可归纳为成分和工艺两大类,IF钢可采用3种不同的微合金化,即钛微合金化、铌微合金化和铌钛复合微合金化的方式生产,本工作重点研究了连续退火工艺对铌钛复合微合金化IF钢力学性能及微观组织的影响。1试验材料和方法1.1c.0.0试验用钢板厚度为0.8mm,化学成分(质量分数,%)为:C0.001,Si0.01,Mn0.15,S0.005,P0.012,AlS0.040,N0.002,Ti0.05,Nb0.02。1.2热模拟试验取与轧向成0°、45°、90°的试样,剪切成30mm×240mm,试验在Gleeble-3800热模拟试验机上进行。具体热模拟连续退火温度制度为:选择80m/min和120m/min两种带钢运行速度,最高退火温度分别为780、820、860和900℃,每一退火制度均试验0°、45°、90°3个角度,每个角度4个平行试样。具体退火曲线见图1。1.3透射电镜观察及织构检测在ZwickZ100电子拉伸试验机上检测退火后钢板的力学性能。退火后的钢板先进行金相观察,然后制备萃取复型电镜样品,在TecnaiG220透射电镜上观察第二相粒子的形态、大小及分布,加速电压为200kV。再结晶织构检测在Dmax-ⅢA型X射线衍射仪上进行,采用Schulz背反射法进行退火后钢板的织构测定。按同心圆方式以5°步进扫测{110}、{200}和{211}3张不完整极图,计算取向分布函数(ODF)。2试验结果2.1带速条件下的点氧指数和连续退火温度对强度的影响由图2(a)可以看出,试样屈服强度随退火温度的上升不断下降,从780℃到860℃下降较多,在860℃到900℃温度区间内屈服强度趋于稳定。80m/min带速条件下试样的屈服强度要低于120m/min带速条件下获得的屈服强度。试样的抗拉强度变化见图2(b),抗拉强度随温度升高的下降趋势与屈服强度随温度升高的变化趋势基本相同。但是在较低的连续退火温度(780、820℃)下,80m/min带速条件下试样的抗拉强度要高于120m/min带速条件下获得的抗拉强度,当退火温度升高到860~900℃时,两种带速条件下获得的抗拉强度趋于一致。从图2(c)、(d)可看出,r值及伸长率均随退火温度的上升而增加,且在120m/min带速下获得的r值及伸长率较在80m/min带速下的高。2.2非等轴晶粒制备由图3可以看出,在所选择的4种退火温度下,再结晶过程都已经完成。在780℃(图3(a)),可以观察到很多小的非等轴晶粒,晶粒尺寸也不均匀。随退火温度的上升,试样的晶粒尺寸逐渐变大,晶粒也逐渐等轴化。2.3小粒度和粒径由图4可见,780、820℃退火者第二相粒子数量较多,有较多粒径30nm以下的细小粒子,呈条带状偏聚。860、900℃退火者的第二相粒子数量相对较少,细小粒子的尺寸变大。各试样粒径100nm以上的粒子数量无较大差别,分布均匀。2.4连续退火温度对表面层织构强度的影响图5为80m/min带速条件下不同连续退火温度试样表层、1/4厚度处、1/2厚度处恒φ=45°ODF截面图,从图中可以看出,各退火温度下,最强的织构类型都在<111>∥ND轴附近,但是其强度随退火温度的变化而变化,表面层的<111>∥ND织构强度随退火温度的增加呈现减弱趋势,而1/4厚度处及1/2厚度处的<111>∥ND织构强度在780℃到860℃温度区间呈现增强的趋势,退火温度上升到900℃,<111>∥ND织构强度下降。图6为120m/min带速条件下不同连续退火温度试样表层恒φ=45°ODF截面图,可见其最强织构类型也在<111>∥ND轴附近。其<111>∥ND织构强度在780℃到860℃温度区间呈现增强的趋势,退火温度上升到900℃,<111>∥ND织构强度下降,这一趋势与80m/min带速试样1/4厚度处及1/2厚度处的织构强度变化趋势基本相同。3结果分析3.1晶粒大小对力学性能的影响影响IF钢屈服强度的主要因素是钢的纯净度以及晶粒尺寸。屈服强度随退火温度的上升而下降,在780℃已经完成再结晶的情况下,原因就在于晶粒的长大。80m/min带速条件下的屈服强度低于120m/min带速条件下的屈服强度,这是因为带速较慢时有充裕的再结晶形核和晶粒长大时间,再结晶过程进行得较为充分。晶粒长大因素同样影响了抗拉强度,使抗拉强度随退火温度的上升而下降。在较低的连续退火温度(780、820℃)下,80m/min带速试样的抗拉强度要高于120m/min带速条件下获得的抗拉强度,当退火温度升高到860~900℃时,两种带速条件下获得的抗拉强度趋于一致。在较低退火温度下,第二相粒子的析出受时间因素的影响较为显著,在较慢带速条件下,第二相粒子析出得较为充分,对钢基体起到了沉淀强化的作用,因此抗拉强度较高。在860~900℃退火时,退火温度较高,第二相粒子完全析出并且开始长大(图4),两种带速条件下第二相粒子的数量相差不多,获得的抗拉强度趋于一致。伸长率主要受晶粒度及第二相粒子尺寸的影响,在退火温度较低时,晶粒较小,第二相粒子细小弥散,伸长率较小;随退火温度的上升,晶粒长大,第二相粒子溶解聚集长大,伸长率随之增加。但当晶粒尺寸过大时,会使伸长率变坏。3.2微观结构再结晶织构由图5可知,对深冲性能有利的<111>∥ND织构在板厚方向上是不均匀的,中部最好,1/4厚度处次之,表面较差。这是因为,轧辊和钢板之间的摩擦,会使钢板表面层发生剪切应变,生成平行于板面的{110}织构。在表面以内,冷轧过程中铁素体晶粒内部形成剪切带,而晶内剪切带是最有利的{111}再结晶织构的形核位置。{111}再结晶织构取向强度随退火温度的上升逐渐增强,但退火温度过高时,强度开始下降。退火温度上升时,带速较慢不利于退火织构的形成,即从深冲织构上说,带速较快时退火效果较好。对比伸长率、r值和再结晶织构强度,可以看出,宏观性能伸长率与r值和微观结构再结晶织构在780~860℃的退火温度区间内存在较好的对应关系,即均随退火温度的升高而增加。在900℃的较高温度退火时,由于第二相粒子溶解聚集长大以及晶粒尺寸的影响,这种对应关系趋势发生一些偏离。3.3退火温度对伸长率、r值的影响综合以上分析可以看出,退火温度在860~900℃时,可以保证获得较为稳定的屈服和抗拉强度;在780~860℃温度区间,试样的伸长率、r值均随退火温度的上升而增加,退火温度继续提高,两者下降。带速为120m/min时带钢的r值、伸长率都较带速为80m/min时要好,且带速较高时利于退火织构的形成,因此,退火工艺应为:退火温度在860℃左右,带速宜快一些。4连续退火温度(1)带钢的屈服、抗拉强度随连续退火温度的升高而不断下降,在860℃之后逐渐趋于稳定。(2)带钢{111}织构强度沿板厚方向呈不均匀分布,表面层强度较弱,中部较强。(