材料加工組織性能控制(第八章)

1、8 8 深沖用薄鋼板的組織與性能控制深沖用薄鋼板的組織與性能控制8.1 晶體取向晶體取向用晶體的某晶面、晶向在參考坐標(biāo)系中的排布方式來表達晶用晶體的某晶面、晶向在參考坐標(biāo)系中的排布方式來表達晶體的取向，如在立方晶體軋制樣品坐標(biāo)系中用體的取向，如在立方晶體軋制樣品坐標(biāo)系中用(hkl) uvw來來表達某一晶粒的取向。表達某一晶粒的取向。rst=hkluvwgur hvs kw tl表達立方晶體中任一晶粒在軋制樣品坐標(biāo)系中的取向。表達立方晶體中任一晶粒在軋制樣品坐標(biāo)系中的取向。Bunge建立了一個歐拉空間，定義了三個歐拉角建立了一個歐拉空間，定義了三個歐拉角(1, , 2)，按，按1, , 2的順序

2、做三個歐拉轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)任意的晶體取向，因此取向的順序做三個歐拉轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)任意的晶體取向，因此取向g可以可以表示成：表示成：g =( ) 若用矩陣表示任意若用矩陣表示任意( )轉(zhuǎn)動所獲得的取向，則可以推導(dǎo)出如下轉(zhuǎn)動所獲得的取向，則可以推導(dǎo)出如下關(guān)系：關(guān)系：22112211cossin0100cossin0sincos00 cossinsincos00010sincos00112121212212121212211cos cossin sincossin coscos sincossinsincos sinsin coscossin sincos coscoscossinsin sincos

3、 sincos ur hvs kw tlg=g=8.2 織構(gòu)及其表示方法織構(gòu)及其表示方法一般認為許多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附一般認為許多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附近時稱為擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向的多晶體取向結(jié)構(gòu)稱為織構(gòu)。近時稱為擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向的多晶體取向結(jié)構(gòu)稱為織構(gòu)。從廣義上講，織構(gòu)的概念可以定義為多晶體取向分布狀態(tài)從廣義上講，織構(gòu)的概念可以定義為多晶體取向分布狀態(tài)明顯偏離隨機分布的取向分布結(jié)構(gòu)。明顯偏離隨機分布的取向分布結(jié)構(gòu)。（1）極圖、反極圖）極圖、反極圖（2）取向分布函數(shù)（取向分布函數(shù)（ODF, Orientation Distribution Function）

4、體心立方金屬體心立方金屬ODF圖圖測試技術(shù)：測試技術(shù)：EBSD(Electron Backscattered Diffraction)電電子背散射技術(shù)；子背散射技術(shù)；XRDXRD（ X-ray diffraction X-ray diffraction ）X X射線衍射。射線衍射。 線線 線線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 : 4

5、.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圖圖 不同冷軋壓下率退火不同冷軋壓下率退火IF鋼板恒鋼板恒 =45的的ODF截面圖截面圖(a)67.0%;(b)77.6%;(c)86.8%圖圖 不同冷軋壓下率退火不同冷軋壓下率退火IF鋼取向線分析鋼取向線分析圖不同冷軋壓下率圖不同冷軋壓下率IF鋼退火板法向晶體取向成像圖鋼退火板法向晶體取向成像圖(a)67.0%;(b

6、)77.6%8.3 織構(gòu)與織構(gòu)與IF鋼性能的關(guān)系鋼性能的關(guān)系衡量深沖性能的指標(biāo)：屈服強度、抗拉強度、延伸率衡量深沖性能的指標(biāo)：屈服強度、抗拉強度、延伸率A及及塑性應(yīng)變比塑性應(yīng)變比r值和加工硬化指數(shù)值和加工硬化指數(shù)n值。值。（1）塑性應(yīng)變比（厚向異性系數(shù)）塑性應(yīng)變比（厚向異性系數(shù)）rtwr4/ )2(90450rrrr2245900rrrr（2）加工硬化指數(shù)）加工硬化指數(shù)n=Kn（3）屈強比）屈強比Re/Rm沖壓過程中，板料的屈服強度越小，變形區(qū)受到切向力沖壓過程中，板料的屈服強度越小，變形區(qū)受到切向力越小，材料失穩(wěn)起皺的趨勢也就越小。而抗拉強度越大，越小，材料失穩(wěn)起皺的趨勢也就越小。而抗拉強度

7、越大，板料所承受的應(yīng)力越高，就不容易發(fā)生斷裂。所以，一板料所承受的應(yīng)力越高，就不容易發(fā)生斷裂。所以，一般認為屈強比越小，材料的可靠性能越高。般認為屈強比越小，材料的可靠性能越高。（3）織構(gòu)與深沖性能）織構(gòu)與深沖性能r值的大小和鋼板的晶體取向密度函數(shù)（織構(gòu)）密切相關(guān)。值的大小和鋼板的晶體取向密度函數(shù)（織構(gòu)）密切相關(guān)。材料織構(gòu)最有利的取向為材料織構(gòu)最有利的取向為111；最不利的取向是；最不利的取向是001。上述織構(gòu)組分的對比關(guān)系強烈影響。上述織構(gòu)組分的對比關(guān)系強烈影響r值的大值的大小。小。111織構(gòu)組分越強，織構(gòu)組分越強，100織構(gòu)組分越弱，織構(gòu)組分越弱，r值越大，值越大，深沖性能越好。深沖性能越

8、好。鋼板具有優(yōu)異深沖性能的條件：鋼板具有優(yōu)異深沖性能的條件：鋼板同時具有等強度鋼板同時具有等強度 111111110110 和和 111111112112 織構(gòu)。織構(gòu)。原因：原因：8.4 冷軋深沖帶鋼冷軋深沖帶鋼 8.4.1 連軋機組中的變形連軋機組中的變形變形及伴隨變形的兩個重要過程：潤滑和冷卻。變形及伴隨變形的兩個重要過程：潤滑和冷卻。8.4.2 冷軋帶鋼的材料性能和表面特性(1)變形量對強度及韌性的影響圖圖8-3軟鋼軟鋼St14和各種含鈦和鈮微合金鋼的加工硬化曲線和各種含鈦和鈮微合金鋼的加工硬化曲線l-含鈦微合金高強鋼；含鈦微合金高強鋼；2-含鈮微合金高強鋼；含鈮微合金高強鋼；3-含鈮含

9、鈮Stl4；4-Stl4圖圖8.58.5冷軋壓下率對軟鋼薄板法向冷軋壓下率對軟鋼薄板法向各向異性各向異性(r(rm m) )的影響的影響( (高溫卷取高溫卷取) )圖圖8.4冷軋壓下率對鋁鎮(zhèn)靜鋼薄冷軋壓下率對鋁鎮(zhèn)靜鋼薄板織構(gòu)和各向異性值的影響板織構(gòu)和各向異性值的影響 r-r-平面各向異性；平面各向異性；r rm m- -平均法平均法向各向異性向各向異性rm(3)變形量對第二相的影響 冷軋過程中，基體組織及基體組織中的第二相也通過延伸得以改變。（5 5）帶鋼表面具有一定的粗糙度帶鋼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應(yīng)力使帶鋼表面產(chǎn)）很大的摩擦力和很大的剪切應(yīng)力使

10、帶鋼表面產(chǎn)生特別強烈的變形，并導(dǎo)致鋼質(zhì)點的撕裂。生特別強烈的變形，并導(dǎo)致鋼質(zhì)點的撕裂。8.58.5 冷軋帶鋼的退火冷軋帶鋼的退火 目的：工藝：退火方式：罩式退火、連續(xù)退火(1)(1)罩式退火罩式退火時間:持續(xù)幾天（原因：）。持續(xù)幾天（原因：）。圖圖8.8 罩式退火時帶鋼的退火曲線罩式退火時帶鋼的退火曲線特點： （1 1）氫氣、氮氣和其它氣體混合氫氣、氮氣和其它氣體混合作為保護氣體；（作為保護氣體；（2 2）依靠強制對流傳熱）依靠強制對流傳熱的設(shè)備，鋼卷的升溫加熱主要取決于保的設(shè)備，鋼卷的升溫加熱主要取決于保護氣體的對流傳熱和鋼卷本身的傳導(dǎo)傳護氣體的對流傳熱和鋼卷本身的傳導(dǎo)傳熱。熱。全氫罩式爐全

11、氫罩式爐特點： （1 1）采用強對流循環(huán)的大功率電機；）采用強對流循環(huán)的大功率電機；（2 2）采用）采用100100H H2 2作保護氣氛；（作保護氣氛；（3 3）采用金屬）采用金屬封閉爐臺、氣水組合冷卻罩及優(yōu)化設(shè)計的擴散封閉爐臺、氣水組合冷卻罩及優(yōu)化設(shè)計的擴散器和對流板改善了鋼板表面質(zhì)量。器和對流板改善了鋼板表面質(zhì)量。 圖圖8.8.2 8.8.2 罩式退火爐的退火周期罩式退火爐的退火周期松卷退火：各圈帶卷之間有一定的距離各圈帶卷之間有一定的距離退火氣氛自由地與板帶表面接觸，鋼退火氣氛自由地與板帶表面接觸，鋼和氣體間也可以進行化學(xué)反應(yīng)。和氣體間也可以進行化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)點：應(yīng)用：帶鋼表面潔凈度要求

12、很高；需要帶鋼表面潔凈度要求很高；需要把化學(xué)反應(yīng)與熱處理聯(lián)系起來。把化學(xué)反應(yīng)與熱處理聯(lián)系起來。緊卷退火：（2 2）連續(xù)退火）連續(xù)退火連續(xù)退火爐中進行，分三段：連續(xù)退火爐中進行，分三段：預(yù)熱段：把鋼表面的殘余油脂清除掉。預(yù)熱段：把鋼表面的殘余油脂清除掉。還原段：把表面的氧化鐵皮還原成純鐵還原段：把表面的氧化鐵皮還原成純鐵層，完成鋼的再結(jié)晶退火。層，完成鋼的再結(jié)晶退火。冷卻段：帶鋼冷卻到入鋅鍋的溫度。冷卻段：帶鋼冷卻到入鋅鍋的溫度。退火步驟：退火步驟：1)1)快速加熱到快速加熱到A A1 1溫度線附近或以上。溫度線附近或以上。2)2)在這一溫度下停留很短的時間。在這一溫度下停留很短的時間。3)3)

13、快速冷卻到約為快速冷卻到約為400400的過時效溫度或的過時效溫度或冷卻到室溫。冷卻到室溫。4)4)幾分鐘的過時效處理。幾分鐘的過時效處理。圖圖8.9 連續(xù)退火的退火過程連續(xù)退火的退火過程1-保溫段；保溫段；2-氣體噴射冷卻；氣體噴射冷卻；3-快速冷卻；快速冷卻；4-過時過時效段；效段；5-淬火冷卻；淬火冷卻；6-過時效段（退火）過時效段（退火）圖圖8.10 冷軋薄板連續(xù)退火和罩式退火過程冷軋薄板連續(xù)退火和罩式退火過程1-連續(xù)退火爐中的帶鋼溫度；連續(xù)退火爐中的帶鋼溫度；2-過時效；過時效；3-緊卷退火帶鋼芯部溫緊卷退火帶鋼芯部溫度；度；4-松卷退火帶鋼芯部溫度；松卷退火帶鋼芯部溫度；5-移去加

14、熱罩，放上冷卻罩移去加熱罩，放上冷卻罩優(yōu)點：性能均勻；板形好；表面質(zhì)量好；退火周性能均勻；板形好；表面質(zhì)量好；退火周期短；退火溫度范圍高。期短；退火溫度范圍高。缺點：圖圖8.11 罩式退火和連續(xù)退火的退火和冷卻特征參數(shù)罩式退火和連續(xù)退火的退火和冷卻特征參數(shù)8.6 冷軋板的退火再結(jié)晶規(guī)律冷軋板的退火再結(jié)晶規(guī)律 （1 1）退火溫度的影響）退火溫度的影響圖圖8.11.1 IF8.11.1 IF鋼再結(jié)晶退火后的硬度變化規(guī)律（保溫鋼再結(jié)晶退火后的硬度變化規(guī)律（保溫2h2h）T1-Ti-IFT1-Ti-IF鋼；鋼；N1-Ti+Nb-IFN1-Ti+Nb-IF鋼鋼Ti-Nb-IF580700590720（2

15、 2）保溫時間對硬度的影響）保溫時間對硬度的影響圖圖8.11.1 IF8.11.1 IF鋼再結(jié)晶退火后的硬度變化規(guī)律鋼再結(jié)晶退火后的硬度變化規(guī)律T1-Ti-IFT1-Ti-IF鋼；鋼；N1-Ti+Nb-IFN1-Ti+Nb-IF鋼鋼（3 3） 熱軋卷取溫度的影響熱軋卷取溫度的影響圖圖8.11.2 熱軋卷取溫度對熱軋卷取溫度對IFIF鋼再結(jié)晶溫度的影響鋼再結(jié)晶溫度的影響8.7 8.7 退火過程對退火帶鋼組織和力學(xué)性能的影響退火過程對退火帶鋼組織和力學(xué)性能的影響8.7.1 8.7.1 罩式退火時的組織形成特征罩式退火時的組織形成特征 (1)(1)粗大、伸長的鐵素體組織。粗大、伸長的鐵素體組織。 (

16、2)(2)有利的織構(gòu)。有利的織構(gòu)。 (3)(3)很小的位錯密度。很小的位錯密度。 (4)(4)氮穩(wěn)定結(jié)合成氮化鋁。氮穩(wěn)定結(jié)合成氮化鋁。 (5)(5)相對粗大的滲碳體析出物。相對粗大的滲碳體析出物。力學(xué)性能：低的屈服強度和抗拉強度，非常好的力學(xué)性能：低的屈服強度和抗拉強度，非常好的冷成型性能和平整前顯著的、平整后消失的屈服冷成型性能和平整前顯著的、平整后消失的屈服平臺。平臺。8.7.2 8.7.2 連續(xù)退火的組織形成特征連續(xù)退火的組織形成特征 圖圖8.18 連續(xù)退火過程中組織和固溶碳含連續(xù)退火過程中組織和固溶碳含量的關(guān)系量的關(guān)系兩階段：第一階段：加熱、保溫第一階段：加熱、保溫和以中等速度冷卻。和

17、以中等速度冷卻。目的：目的：第二階段：快速冷卻到第二階段：快速冷卻到過時效溫度和過時效處過時效溫度和過時效處理。理。目的：目的：圖圖8.19 熱軋帶鋼卷取溫度對冷軋帶鋼再結(jié)晶熱軋帶鋼卷取溫度對冷軋帶鋼再結(jié)晶晶粒度的影響晶粒度的影響組織特征：組織特征： （1 1）更細小的、球狀的、含有在熱軋帶鋼）更細小的、球狀的、含有在熱軋帶鋼中就已析出的氮化物；中就已析出的氮化物；（2 2）由時效行為確定的碳化物彌散分布的）由時效行為確定的碳化物彌散分布的鐵素體組織鐵素體組織8.8 8.8 冷軋軟帶鋼生產(chǎn)特點冷軋軟帶鋼生產(chǎn)特點 獲得軟鋼的條件：獲得軟鋼的條件：罩式退火：低的加熱速度、高的退火溫度、緩慢罩式退火：低的加熱速度、高的退火溫度、緩慢的冷卻。的冷卻。特征：特征：晶粒長大、過飽和固溶原子析出、低的屈晶粒長大、過飽和固溶原子析