IF钢的工艺性能及概述

图1 Nb、Ti对IF钢奥氏体区进行的, 为了使 热带晶粒细化, 采用高的终轧压下率和终轧后 快速冷却。IF钢在奥氏体再结晶区热轧时, 其 道次变形量不能太小, 否则, 就会产生奥氏体 部分再结晶, 形成混晶组织, 对IF钢的深冲性 能不利。在奥氏体再结晶区热轧总变形量越 大, 则在轧制时发生的形变再结晶次数越多, 热轧后得到的铁素体晶粒就越均匀, 越有利于 得到等轴状的铁素体晶粒, 研究表明晶粒呈等 轴状时有利于IF 钢深冲性能的提高。
2.3.2 加热温度
IF钢的终轧方式有两种即奥氏体区轧制、铁素区轧制, 奥 氏区轧制是无论精轧还是粗轧, 轧制温度均在Ar3以上, 而铁 素体区轧制时粗轧温度在Ar3以上而精轧温度在A r3以下, 即 在铁素体区轧制。由于终轧温度的不同, 加热温度也有差别。 传统工艺多采用奥低体区轧制, 由于IF 钢中含有T i和Nb, Ti和 Nb对钢再结晶性能的影响如下图1所示。 由于钢中Ti和Nb存在致使IF钢的γ→α转变温度升高, 为 了使其充分奥氏体化, IF钢的出钢温度较普通钢高据某钢厂的 实际生产数据表明, IF钢的出钢温度一般较普碳钢高20℃左 右。由于铁素体轧制可以降低加热温度, 节约能源, 轧后产生 粗大的二相粒子和细小铁素体晶粒, 在随后的冷轧和退火处 理过程中产生分布均匀和强的再结晶织构等优点, 铁素体轧 制技术作为一项新技术而得到广泛的应用。CSP生产中由于 不存在γ→α → γ的转变, 所以可采用较低的加热温度和终轧 温度, 容易实现铁素体区轧制, 生产一些薄规格的IF钢。
3 IF钢的合金元素和性能特点 3.1 IF钢的合金元素的含量 C≦0.003；Si≦0.03；Mn：0.10～0.20； P≦0.006；S≦0.007； Al：0.02～0.05； Ti：0.04～0.08；O≦0.003；N≦0.004； Nb：0.06～0.25。
3.2 合金元素对IF钢组织性能的影响 碳含量对IF 钢性能影响显著，降低C 含量可显著降低IF 钢的性能，每1 ppm 的 ［C］影响屈服强度1. 5 MPa。在C 含量处 于高水平控制时，降低C 含量可使性能得 到明显改善。 硅是铁素体形成元素，有较强的固溶 强化效果，可提高钢的强度。硅阻止碳化 物形核长大，使“C”曲线右移，高碳时作 用较大，所以可提高钢的淬透性。
N在钢中一般可使强度增加，硬度值上升，r值 下降，并引起时效。但在用Ti微合金化的钢中，N 可视为一种有价值的合金元素。因为稳定的细小弥 散的TiN质点能防止通过反复再结晶而细化的奥氏 体聚合。Ti－IF钢化学成分中Ti/N值稍低于理想化 学配比时，细化奥氏体晶粒的效果最佳，此时TiN 颗粒的尺寸最细小，最稳定。因钢中N含量适当时， 比理想化学配比稍低的Ti量，限制了Ti在基体中的 溶解度，减少了颗粒长大所必需的溶解原子扩散流， 阻碍了TiN颗粒长大。固然，钢中实际Ti/N 值过小， Ti含量严重不足，高温下TiN颗粒数目太少，阻碍 奥氏体晶粒长大的作用有限。而Ti/N值过大，Ti大 量溶入基体，一方面强化基体降低了韧性，另一方 面，钢液中析出的TiN颗粒粗化，不能有效地阻碍 奥氏体晶粒长大。
2.3 IF钢的生产控制 2.3.1 原料的入炉温度 以A r1为标准可将装炉坯料分为热装和冷装。 温度高于A r1为热装, 温度低于A r1为冷装。坯料 的热装对IF钢热轧板带晶粒的影响有: 由于没有或 很少组织经过α→γ相变, 热装带钢的晶粒较冷装粗 大; 由于高温热装坯中Ti、N b固溶量较高, 热轧过 程中起到细化晶粒的作用。理论上可采用较低的加 热温度, 较大的压下量, 利用后一种情况的晶粒细 化机理消除前一种情况所造成不利的影响。但由于 IF钢对铸坯的表面缺陷和内部夹杂物要求十分严格, 所以大多数厂家仍采用冷装坯。
锰能强化铁素体，有固溶强化作用，也使“C” 曲线右移，故也能提高钢的淬透性。锰促进有害元 素在晶界上的偏聚，所以提高钢的回火脆性。锰扩 大γ 区的作用较大，所以含锰量较大时，在室温下 可获得奥氏体钢。 钛、铌是最强的碳（氮）化合物形成元素，其 作用相当于钒。如固溶于奥氏体提高淬透性作用很 强，提高钢的回火稳定性，并有二次硬化作用，能 有效地细化晶粒。Ti和Nb使IF钢中的间隙原子( C、 N) 得以消除，得到纯净的铁素体基体，从而消除 间隙原子的不利影响，使钢具有高的r 值。Ti 在 钢中首先形成TiN，液态或者钢液凝固过程中形成 的TiN 比较粗大，而且分布稀疏，并不能有效阻止 晶粒长大，不能起到强化作用。钢液凝固以后析出 细小的TiN 颗粒很稳定，在热加工前的再加热过程 中可抑制奥氏体的晶粒长大，从而细化组织。
P在IF钢中, 以2种形式存在, 一种是以置换型固溶原子 形式存在； 一种是以析出物形式存在的TiFeP。 前一种形 式以置换型固溶强化原子形式存在的P由于其原子半径与 基体元素Fe相差较大， 造成了点阵畸变， 其应力场与位 错应力场发生交互作用并阻碍位错的运动， 从而起到了固 溶强化的效果。以析出物形式存在的P尽管同样可起到强 化作用, 但与固溶强化相比, 强化作用不明显. 通过对高强IF钢析出物的观察发现, 与IF钢相比, 高强 IF钢在卷取过程中, 出现了新的析出相TiFeP, 而这些细小 的析出物在退火过程中提高了再结晶温度并对深冲性能不 利. 因而高强IF 钢的热轧工艺制定不仅要考虑通过热轧工 艺控制使C、N、S化物充分析出聚集长大, 还应考虑到通 过热轧工艺控制使TiFeP 相不析出. 然而由于两者不可能同 时兼顾, 所以导致了高强IF 钢中由于TiFeP相在热轧卷取过 程中析出使得深冲性能下降.
1.4.2 Nb-IF钢 与Ti-IF钢相比,由于细小NbC粒子析出,可 以提高钢的强度,故Nb-IF钢具更高的强度水 平。Nb的添加,改善钢的织构,各向异性值低, 具有高的r平均值;Nb偏析到晶界,可防止冷加 工脆性,可镀性和抗粉化性能较好。但由于 Nb-IF钢中析出过程发生在热轧冷却阶段或退 火阶段,故铌稳定IF钢对工艺参数比较敏感,而 且Nb-IF钢较高的再结晶温度,使其不适合许 多镀锌生产线。
2.3.4 轧制过程中板带温差的控制 IF钢对温度敏感性较强, 轧制温度的均 匀性直接影响到板带的形变和组织的均匀 性, 进而对后续加工与最终的性能组织产生 较大的影响。在轧制过程中主要是控制板 带宽度方向上的温差和头尾的温差。
2.3.5冷却与卷取温度
在冷却过程中, 碳、氮化合物随温度的降低而从基体 中析出, 形成析出物(第二相粒子), 析出物不但直接决定 间隙原子的清除, 而且影响钢板的再结晶行为, 粗大的析 出物在退火过程中可以作为晶粒的形核质点从而促进再结 晶, 而细小的析出物则阻碍再结晶过程中晶界的迁移和长 大, 影响织构的发展, 使钢板的r （塑性应变比）值降低。 大量研究表明, IF钢的粗大稀疏的第二相粒子形态及均匀 细小的铁素体晶粒是保证IF钢{ 111}织构充分发展、获得 优异成形性能的重要条件。绝大部分第二相粒子是在热轧 和卷取过程中析出的。 卷取温度是控制第二相粒子形态的最后一个热轧工艺 参数, 它的变化将对第二相粒子的析出行为及铁素体晶粒 产生很大的影响, 因此对于最终卷取温度的控制至关最要。
4 IF的产生和发展状况 4.1 IF钢的发展过程
高强度IF 钢的发展经历了几个阶段。IF钢为了获得高 的强度,传统地采用固溶强化机制,添加固溶强化元素Si、Mn 和P。新日铁于20世纪80年代开发出了总延伸率为38.3% , n =0.24,r =1195，UTS=440MPa的高强度钢板。但是当IF 钢只 采用固溶强化时,由于缺乏晶界的强化,容易产生二次加工脆 性。新日铁通过研究发现加入百万分之一的B元素可以阻止 晶界脆性,但是鉴于B元素对r值方面的副作用其加入量必须 要尽可能地少。固溶强化元素中,特别是Si 严重损害深冲性 能和涂层的表面质量,不适于用在需要复杂成型的外板零件。 上世纪90 年代前半期,NKK成功地开发了390～440MPa 级高强度冷轧板,主要采用Mn的固溶强化。该钢中,Mn不抑制 热镀合金化涂层的粘接性,但是较高的Mn 也产生不利的影响, 如Mn在晶界上的偏聚增加钢的脆性断裂趋势;另外,锰在钢表 面富集和局部氧化降低钢的表面性能。因此进一步改善此类 钢的成型性能和热镀合金化涂层的表面质量受到限制。
2.2 两种生产工艺的区别 这两种工艺的最大区别在于热轧原料的 不同, 由于TSCR所使用的原料不经过 γ→α→γ的再结晶过程, 原始坯料的晶粒组织 较传统坯料粗大, 另外TSCR所用的坯料一 般较薄, 所以压缩比也小。由于上述的工艺 特点的差比, 所以传统热连轧与TSCR 在原 料的化学成份和生产控制工艺上也略有差别。
1.3 IF钢的显微组织 IF钢的主要显微组织为：铁素体+析出物。
图1.3.1
图1.3.2
1.3.1 IF钢中析出物形态
1.4 目前IF钢的常用分类 1.4.1 Ti-IF钢 就工艺参数而言,低的加热温度、高的卷取温度、 高的退火温度和大的冷轧压下率有利于Ti-IF钢成形 性能的提高。合金成分对Ti-IF钢延伸率的影响没有 Nb-IF钢敏感,一般钛稳定钢延伸率较高;高的卷取温 度和退火温度会得到粗大的TiC颗粒,因此强度级别 低。对Ti-IF钢性能产生重要影响的TiS和Ti4C2S2等 析出物一般在加热过程和热轧初始阶段就开始析出, 所以工艺参数对Ti-IF钢影响不是很敏感,工艺过程 的可操作性强,性能稳定。但是这种成分体系的钢平 面各向异性大而且镀层抗粉化能力较差,不适用于镀 锌板。
IF钢的工艺、性能 及应用概述
解晨 2010-12-8
1 IF刚简介 1.1 IF钢—无间隙原子钢(Interstitial － free steel) 1.2 IF钢的化学成分及特点 所谓IF钢, 是指在超低碳钢中加入微量的Ti、 Nb, 使钢中的碳、氮原子完全被固定成碳氮化合物, 而钢中无间隙原子存在。 由此可见, IF钢的化学成分特点主要有两条： （1）超低的碳、氮含量。( C 0. 005% , N 0.003%)； ( 2) 微量的Ti、Nb。Ti、Nb的添加是为了固定碳、 氮原子, Ti、Nb的含量与碳、氮含量密切相关, Ti、 Nb价格昂贵, 在超低的碳、氮含量下加入微量Ti、 Nb, 经济上才是切实可行的。
S对于绝大多数钢种而言是杂质元素， 在钢中易偏析。S与钢中的Mn生成MnS，这种 长条状夹杂物会影响钢的冲击性能，因此要 求其元素含量越低越好。炼钢主要采用铁水 脱硫的方法控制钢中S的含量，同时加入Ti。 Ti与S的亲和力要强于Mn与S的亲和力，因此 通过Ti的加入来控制硫化物夹杂的形态。随 钢中Ti含量的增加，钢中Ti4C2S2化合物逐 渐增多并取代MnS夹杂，即Ti的加入夺取了 MnS中的S而与之形成更为稳定的Ti4C2S2， 减少了MnS的析出。
2.3.6 退火
退火对IF钢最终的成形性能产生关键的影响。 因为退火工艺参数的变化对再结晶织构的演变起关 键的作用。目前冷轧后可通过3 种途径实现IF钢的 再结晶退火: ( 1) 连续热镀锌; ( 2)连续退火; ( 3) 罩式退火。连续退火和罩式退火的工艺参数 比较见表1。早期IF钢主要采用罩式退火, 随着连 续退火和连续热镀锌技术的发展, 目前国外IF钢趋 向于采用连续退火, 特别在日本。采用连续退火或 连续热镀锌, 可使IF钢各部分组织性能均匀, 表面 质量更好, 并能很方便地控制退火工艺参数, 但由 于其初期投资大, 因此目前国内主要以罩式退火为 主。
1.4.3 (Nb+Ti)-IF钢 铌钛稳定的IF钢延伸率比Ti-IF钢低,但rm 值和r45°值都比较高,具有较强的可成形性。 铌钛稳定IF钢比钛稳定钢具有较好的涂层粘 附性,具有良好的合金化热镀锌钢板抗粉化,而 且力学性能对工艺不敏感,整卷性能均匀,适合 于在连续退火工艺下生产高强钢及热镀锌钢, 也是电镀锌IF钢和热镀锌IF钢基板的最佳选 择。
2 IF钢的生产工艺 一般的工艺流程为:铁水预处理→氧气 转炉炼钢→真空脱碳→连铸→加热→热轧→ 控制冷却→卷取(原料)→酸洗→冷轧→退火。 2.1 IF钢的生产工艺分类 目前热轧IF钢普遍采用工艺有两种： （1）传统热连轧, 即连铸坯、加热、粗轧、 精轧、冷却、卷取的生产工艺模式；（2） 薄板坯连铸连轧工艺( thin slab casting rolling), 简称TSCR。