退火工藝對if鋼板再結(jié)晶晶界的影響

退火工藝對if鋼板再結(jié)晶晶界的影響

1用ebsd的技術(shù)發(fā)現(xiàn)亞微級晶界和微區(qū)晶學(xué)無間隙原子鋼（if鋼）廣泛用于汽車工業(yè)。因為它的優(yōu)異的深度沖程能力。多晶IF鋼其深沖性能與再結(jié)晶晶粒尺寸、顯微織構(gòu)和晶界特征分布密切相關(guān),因此對這些組織參數(shù)進行深入研究就顯得尤為重要。近幾年新開發(fā)的電子背散射衍射花樣探測器、計算機控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),使得在一般掃描電鏡或電子探針上安裝這一附件后就可以對塊狀樣品上的亞微米級顯微組織逐點作結(jié)晶學(xué)分析,從而取得有關(guān)晶體取向空間分布的大量信息。EBSD中的晶體取向顯微成像技術(shù)使顯微組織、微區(qū)成分與結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)分析聯(lián)系起來,能對晶界類型、取向、位向差和結(jié)構(gòu)及其分布進行觀察、統(tǒng)計測定和定量分析,從而建立起晶界結(jié)構(gòu)、取向和顯微織構(gòu)等與多晶材料性能之間的定量和半定量關(guān)系,成為現(xiàn)代材料科學(xué)研究的重要實驗技術(shù)。筆者模擬了IF鋼板的罩式退火(BA)和連續(xù)退火(CA)兩種再結(jié)晶處理工藝,并運用EBSD技術(shù)對經(jīng)兩種工藝處理的IF鋼板的再結(jié)晶晶粒尺寸、顯微織構(gòu)和晶界特征分布進行了研究。2試驗鋼板和材料實驗用IF鋼板取自上海寶鋼大批生產(chǎn)的Ti-IF鋼冷軋板,厚度為0.8mm,其成分(質(zhì)量分數(shù))見表1。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)IF鋼的退火制度,在實驗室保護氣氛箱式退火爐中模擬罩式退火,其工藝為:室溫裝爐,然后以50℃/h的升溫速度對實驗鋼板進行加熱至710℃,保溫4h,最后隨爐冷卻。連續(xù)退火模擬在寶鋼CCT-WAY薄板連續(xù)退火模擬裝置上進行,以15℃/s的升溫速度升溫至850℃,保溫2min后,以10℃/s的速度冷卻至室溫。將經(jīng)過BA和CA工藝退火后的實驗鋼板分別制成JIS-5號試樣,在Zwick/Z100型材料拉伸實驗機上進行力學(xué)性能檢測。實驗鋼板的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)采用沖杯法進行測定。再結(jié)晶晶粒尺寸、顯微織構(gòu)和晶界特征分布的分析均在裝有EBSD附件的JCXA-733型電子探針上進行。3結(jié)果與分析3.1兩組if鋼板的性能比較兩種退火工藝得到的性能見表2。采用連續(xù)退火工藝的IF鋼板其平均塑性應(yīng)變比值rm比罩式退火工藝的IF鋼板的rm值高25%,硬化指數(shù)(n)和伸長率(δ)也都明顯優(yōu)于罩式退火工藝的IF鋼板。CA工藝處理后的IF鋼板的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度為-70℃,而BA工藝處理后的IF鋼板的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度僅為-10℃,這表明在兩次沖壓成形過程中,BA工藝處理的IF鋼板更易出現(xiàn)二次加工脆化現(xiàn)象。3.2顯微織構(gòu)的影響圖1為兩種退火工藝處理的IF鋼板的電子背散射衍射花樣和晶粒間取向差θ>2°的真實晶粒尺寸分布統(tǒng)計圖。從圖中可以看出,經(jīng)兩種工藝處理后的鋼板均為等軸鐵素體晶粒,但CA工藝處理的鋼板其晶粒細小均勻,平均晶粒尺寸約8μm,而經(jīng)BA工藝處理的鋼板晶粒較粗大,平均晶粒尺寸約20μm,且分布不均勻。這是因為與BA工藝相比,CA工藝中試樣是直接快速進入高溫,該過程加熱速度快,加熱溫度高,使再結(jié)晶形核率增加,從而細化再結(jié)晶晶粒。均勻細小的等軸鐵素體晶粒使得經(jīng)連續(xù)退火的IF鋼板比罩式退火的IF鋼板有著更好的伸長率、斷裂強度和應(yīng)變硬化指數(shù)。r值的高低與再結(jié)晶織構(gòu)密切相關(guān),{111}織構(gòu)越強,{100}織構(gòu)越弱,r值越高。因此,把有利于深沖性能的{111}再結(jié)晶織構(gòu)稱為有利織構(gòu),把不利于深沖性能的{100}織構(gòu)稱為不利織構(gòu)。圖2為采用兩種退火工藝得到的IF鋼板的顯微織構(gòu)反極圖。從圖中可看出,連續(xù)退火的IF鋼板比罩式退火的IF鋼板含有更多{111}晶面平行于軋面的再結(jié)晶晶粒,即CA工藝退火的IF鋼板顯示更強烈的γ-〈111〉//ND再結(jié)晶顯微織構(gòu)。此外,兩者再結(jié)晶{111}織構(gòu)在組分上也存在很大差別,經(jīng)連續(xù)退火的IF鋼板的{111}再結(jié)晶織構(gòu)由具有{111}〈110〉和{111}〈112〉取向的兩類晶粒組成,而經(jīng)罩式退火的IF鋼板的{111}再結(jié)晶織構(gòu)主要由{111}〈110〉取向的晶粒組成,只包含少量的{111}〈112〉取向晶粒。表3為兩種退火工藝的IF鋼板中晶粒取向分布的統(tǒng)計結(jié)果。從表中可看出,經(jīng)CA工藝退火的IF鋼板中有利取向的晶粒要比BA工藝退火的多,而不利的{100}〈110〉晶粒取向卻要比BA工藝的少,這種顯微織構(gòu)的差異導(dǎo)致了IF鋼板塑性應(yīng)變比r值的差異。這種再結(jié)晶織構(gòu)的強度與組分的差別原因在于,與罩式退火相比,連續(xù)退火溫度高,再結(jié)晶驅(qū)動力大,從而有更多{111}取向的亞晶或晶粒擇優(yōu)形核長大,從而生成更強烈的{111}再結(jié)晶織構(gòu);此外,在罩式退火過程中由于長時間的低溫保溫,各織構(gòu)組分間發(fā)生相互轉(zhuǎn)變,但轉(zhuǎn)變率不盡相同,{111}〈112〉取向和其它取向的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)閧111}〈110〉取向的轉(zhuǎn)變率要遠遠大于{111}〈110〉轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌∠虻霓D(zhuǎn)變率,因而BA工藝中{111}〈110〉取向多,{111}〈112〉取向少。3.3再結(jié)晶退火工藝對if鋼板加工脆性的影響圖3為兩種退火工藝的IF鋼板的低∑CSL晶界特征分布(GBCD)圖。結(jié)果表明,連續(xù)退火IF鋼板中的重位點陣(CSL)晶界數(shù)量要明顯多于罩式退火IF鋼板,且連續(xù)退火IF鋼板中的低∑CSL晶界均勻分布,而罩式退火IF鋼板中的CSL晶界呈團聚分布。在CSL晶界類型上兩種退火工藝的IF鋼板也存在差異,CA工藝處理的IF鋼板中除∑3和∑13兩類主要重位點陣晶界外,還含有較多的∑7,∑9和∑11等重要低∑CSL晶界,而BA退火工藝的IF鋼板中除∑3和∑13兩類主要重位點陣晶界外,其它CSL晶界含量很少。低∑CSL晶界和小角度晶界能量低,晶界結(jié)合力強,不易與溶質(zhì)原子和位錯發(fā)生交互作用,從而減少或避免微裂紋源的產(chǎn)生,而且這些低能晶界對微裂紋的擴展還能起到阻礙作用。因此,低能晶界在IF鋼板中的含量和分布情況將直接影響到IF鋼板的二次加工脆性。圖4為低能晶界(低∑CSL晶界和∑1晶界)與高能隨機晶界在兩種不同退火工藝的IF鋼板中的特征分布圖。圖中深色為高能隨機晶界,淺色為低能晶界。CA工藝處理的IF鋼板中高能隨機晶界與低能晶界均勻分布,相互分割。而罩式退火的IF鋼板中低能晶界呈團聚分布,高能隨機晶界分布在團簇周圍并構(gòu)成粗大的網(wǎng)狀。由于有害元素磷極易在這些構(gòu)成粗大網(wǎng)狀的隨機晶界上產(chǎn)生偏聚,使晶界結(jié)合力降低;IF鋼板進行兩次沖壓成形時,位錯在成團低能晶界處運動不受阻擋,而快速移動到高能隨機晶界處時受到阻礙,位錯大量在此塞積引起沿晶斷裂,這是導(dǎo)致IF鋼板產(chǎn)生二次冷加工脆性的重要原因。綜上分析,再結(jié)晶退火后IF鋼板中小角度晶界(∑1晶界)和低∑值CSL晶界在數(shù)量、類型和分布上的差異是導(dǎo)致兩種退火工藝鋼板韌-脆轉(zhuǎn)變溫度差異的重要原因。數(shù)量眾多、分布均勻的低能晶界使得連續(xù)退火IF鋼板具有很低的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度,從而在深沖變形過程中不易出現(xiàn)二次冷加工脆性。4罩式退火與連續(xù)工藝相結(jié)合的鋼板組織中,連續(xù)退火(1)連續(xù)退火的IF鋼板具有較高的平均塑性應(yīng)變比rm值和低的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度,深沖性能上大大優(yōu)于罩式退火的IF鋼板。(2)連續(xù)退火的IF鋼板晶粒尺寸細小且分布均勻,而罩式退火的IF鋼板晶粒較粗大且分布不均勻。(3)連續(xù)退火的IF鋼板呈現(xiàn)強烈的{111}再結(jié)晶顯微織構(gòu),它由{111}〈110〉和{111}〈112〉兩類晶粒組成;罩式退