材料加工组织性能控制(第八章)

cos2
sin
sin1 sin
cos1 sin
cos
u r h
v
s
k
w t l
8.2 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 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 明显偏离随机分布的取向分布结构。 （1）极图、反极图 （2）取向分布函数（ODF, Orientation Distribution Function）
Level 3 : 4.0
90.0>
<0.0
Level 4 : 6.0 Level 1 : 1.0 Level 5 : 8.0
Phi2 = 45.0
Level 2 : 2.0 Level 6 : 10.0
Level 3 : 4.0
90.0>
Level 4 : 6.0
图 不同冷轧压下率退火IF钢板恒 =45º的ODF截面图 (a)67.0%;(b)77.6%;(c)86.8%
（2）由时效行为确定的碳化物弥散分布的 铁素体组织
8.8 冷轧软带钢生产特点
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 的冷却。 特征：晶粒长大、过饱和固溶原子析出、低的屈 服强度和抗时效性。 连续退火：高的卷取温度，对碳含量的要求。
以08Al为例说明卷 曲温度对罩退和连 退的影响：
全氢罩式炉 特点： （1）采用强对流循环的大功率电机； （2）采用100％H2作保护气氛；（3）采用金属 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。
图8.8.2 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 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。 优点： 应用：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。 紧卷退火：
Level 1 : 1.0 Level 5 : 8.0
Phi2 = 45.0
Level 2 : 2.0 Level 6 : 8.4
Level 3 : 4.0
90.0>
Level 4 : 6.0
<0.0
Level 1 : 1.0 Levwenku.baidu.coml 5 : 8.0
Phi2 = 45.0
Level 2 : 2.0 Level 6 : 10.0
r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{111}<uvw>；最不利的取向是 {001}<110>。上述织构组分的对比关系强烈影响r值的大 小。{111}织构组分越强，{100}织构组分越弱，r值越大， 深冲性能越好。 钢板具有优异深冲性能的条件： 钢板同时具有等强度111110和111112织构。 原因：
r r0 r90 2r45 2
（2）加工硬化指数n
=K n
（3）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 越小，材料失稳起皱的趋势也就越小。而抗拉强度越大， 板料所承受的应力越高，就不容易发生断裂。所以，一 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
8.4 冷轧深冲带钢
8.4.1 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。
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8-3软钢St14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；2-含铌微合金高强钢；3-含铌Stl4；4-Stl4
8.7.2 连续退火的组织形成特征
两阶段：
第一阶段：加热、保温 和以中等速度冷却。
目的：
第二阶段：快速冷却到 过时效温度和过时效处 理。
目的：
图8.18 连续退火过程中组织和固溶碳含 量的关系
图8.19 热轧带钢卷取温度对冷轧带钢再结晶 晶粒度的影响
组织特征：
（1）更细小的、球状的、含有在热轧带钢 中就已析出的氮化物；
（2）连续退火 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。 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。 冷却段：带钢冷却到入锌锅的温度。
退火步骤：
1)快速加热到A1温度线附近或以上。 2)在这一温度下停留很短的时间。 3)快速冷却到约为400℃的过时效温度或 冷却到室温。
8 深冲用薄钢板的组织与性能控制
8.1 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 体的取向，如在立方晶体轧制样品坐标系中用(hkl) [uvw]来 表达某一晶粒的取向。 [rst]=[hkl]×[uvw]
u r h
g
v
s
k
w t l
表达立方晶体中任一晶粒在轧制样品坐标系中的取向。
图 不同冷轧压下率退火IF钢取向线分析
图不同冷轧压下率IF钢退火板法向晶体取向成像图 (a)67.0%;(b)77.6%
8.3 织构与IF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A及 塑性应变比r值和加工硬化指数n值。 （1）塑性应变比（厚向异性系数）r
r w t
r (r0 2r45 r90) / 4
（2）保温时间对硬度的影响
图8.11.1 IF钢再结晶退火后的硬度变化规律 T1-Ti-IF钢；N1-Ti+Nb-IF钢
（3） 热轧卷取温度的影响
图8.11.2 热轧卷取温度对IF钢再结晶温度的影响
8.7 退火过程对退火带钢组织和力学性能的影响 8.7.1 罩式退火时的组织形成特征
(1)粗大、伸长的铁素体组织。 (2)有利的织构。 (3)很小的位错密度。 (4)氮稳定结合成氮化铝。 (5)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 冷成型性能和平整前显著的、平整后消失的屈服 平台。
Bunge建立了一个欧拉空间，定义了三个欧拉角(1, , 2)，按1, ,
2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
表示成：g =(
)
若用矩阵表示任意(
)转动所获得的取向，则可以推导出如下
关系：
cos2 sin2 0 1 0 0 cos1 sin1 0
g=
sin
2
cos
2
0
0
cos
sin
sin
1
cos
1
0
0 0 1 0 sin cos 0 0 1
cos1 cos2 sin1 sin2 cos sin1 cos2 cos1 sin2 cos sin2 sin
g=
cos
1
sin
2
sin
1
cos2
cos
sin1 sin2 cos1 cos2 cos
图8.23 卷取温度和退火过程对冷轧软钢薄板 组织、织构和r值的影响
图8.24 卷取温度对冷轧连续退火 薄板力学性能的影响
图8.26 冷轧压下率和退火温度对微合 金超深冲钢(IF钢)rm值的影响
体心立方金属ODF图 测试技术：EBSD(Electron Backscattered Diffraction)电 子背散射技术；XRD（ X-ray diffraction ）X射线衍射。
线 线
FeCr
#5
2012-09-09
FeCr
#1
FeCr 2012-09-09
#3
2012-09-09
<0.0
rm
图8.4冷轧压下率对铝镇静钢薄 板织构和各向异性值的影响
r-平面各向异性；rm-平均法 向各向异性
图8.5冷轧压下率对软钢薄板法向 各向异性(rm)的影响(高温卷取)
(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。
（4）很大的摩擦力和很大的剪切应力使带钢表面产 生特别强烈的变形，并导致钢质点的撕裂。
（5）带钢表面具有一定的粗糙度 目的：
8.5 冷轧带钢的退火 目的： 工艺： 退火方式：罩式退火、连续退火
(1)罩式退火 时间:持续几天（原因：）。
图8.8 罩式退火时带钢的退火曲线
特点： （1）氢气、氮气和其它气体混合 作为保护气体；（2）依靠强制对流传热 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 热。
优点：性能均匀；板形好；表面质量好；退火周 期短；退火温度范围高。 缺点：
图8.11 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 （1）退火温度的影响
590℃
580℃
Ti-Nb-IF
700℃ 720℃
图8.11.1 IF钢再结晶退火后的硬度变化规律（保温2h） T1-Ti-IF钢；N1-Ti+Nb-IF钢
4)几分钟的过时效处理。
图8.9 连续退火的退火过程 1-保温段；2-气体喷射冷却；3-快速冷却；4-过时
效段；5-淬火冷却；6-过时效段（退火）
图8.10 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；2-过时效；3-紧卷退火带钢芯部温 度；4-松卷退火带钢芯部温度；5-移去加热罩，放上冷却罩