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1、热轧低碳带钢微观结构分析P.C. Zambranoa, M.P. Guerreroa, R. Colasa,*, L.A. LeducbaFacultad de Ingeniena Mecanica y Electrica, Universidad Auto noma de Nuevo Leo n, A.P.149-F,66451 San Nicolas de los Garza, N.L., MexicobDivision Aceros Pianos, Hylsa, S.A. de C.V., A.P. 996, 64000 Monterrey, N.L., MexicoReceived 1
2、 August 2001; accepted 17 November 2001摘要为了研究不同力学性能的微观机理，本文对热轧低碳带钢试样进了行一系列的微观结构 分析。研究中使用的带钢成分和厚度相同，但是它们由两种不同的热轧机生产。第一种由传 统的第二代轧机制造，先将钢铸造成初轧坯，热轧前再在均热炉内加热。第二种采用的是紧 凑式轧机制造，在热轧前，把钢连铸成薄带，然后在连续式隧道炉内进行再热。沿与轧制呈 三个不同角度的方向截取加工了拉伸试样。对两种带钢试件都做了金相观察。使用电子扫描 显微镜，对试样做反散射电子衍射，得到了材料的组织信息。研究表明，力学性能的差异不 仅与它们晶粒大小的不同有关，而
3、且与它们织构组成的不同有关。D 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved.关键词：钢；微结构；织构；热轧；力学性能。1. 序言现代热加工通过塑性变形和热循环来确保成品的形状和性能。材柳力学机械性能是通 过严格的微观结构控制来实现的1、2。特别需要注意的是一定程度各向异性的出现，这种 现象与织构有关，可将其定义为多晶聚合体内部晶向分布3、4。更度 C）：630-680860-940970-1030 1100*1150-13002-132889仆5T:剪切MC:立軽紅机F1.F6:精轧叽架MOL:俎轧机10:M02:01传航廉轧机装JTIES示通
4、常认为热轧带钢呈现出随机或“灰”织构5、6,因为再结晶发生在轧制过程温度和 变形很短的时间内。然而，新一代的紧凑式热轧机7、8使用连续铸造板坯来制造厚度低于 1mm的带钢，这种产品有发展一定种类织构的可能性。可以预料到，由这些生产线制造的 带钢的力学性能会不同于那些使用传统生产线轧制得到的带钢的力学性能。本文研究的目的是比较由传统第二代轧机和紧凑式热轧机生产出的热轧低碳带钢的微 观结构。2. 实验步骤研究用试样是从两台四辐六机架连轧机用低碳钢经热轧获得（I表示传统轧机，II表示 紧凑式轧机）。传统轧机是典型的第二代轧机9,能够轧制厚度为29mm和最宽1.09m的板 坯。这种轧机生产出的产品是通
5、过2台初轧机将10吨钢锭轧制成所需要的厚度的板料10-12 （图1）。紧凑式轧机可轧制最宽为1.35m的20吨连铸板坯，这种紧凑式轧机的特色是采取 了两种不同的压力除磷装置和对中间机座降温措施。紧凑式轧机用来将50mm厚的连铸板 坯热轧成l-12.7mm厚的热轧低碳带钢（即面缩范围在98.0%-74.6%）。传统轧机是将厚度为 28mm的板坯加工成厚度为1.5mm-12.7mm的带钢（即面缩范围为94.6%-54.6%）。两轧机的 出口速率取决于带钢的厚度。在紧凑式轧机中，对于给定的厚度带钢在输出辗道上的速度大 约要高10%-30%。位于紧凑式轧机出口侧的风机是用来下压带钢和避免由于带钢的轻、
6、薄 在其移动速度接近或高于10m/s时而产生的任何空气动力学问题。EPFS 0EF1F2F3F4F5F6 XPMet ml Hou EP入口高遍渥度计F1.F6机弟XP出口离溫届廣计【115降冕DE除鏑L1.L5S剪切F 加热炉02紧康型扎机1【田呆这两种轧机的另一种差异是沿着带钢温度的变化，在传统轧机中，板坯在进入轧机前 空冷使其温降最高可达到50C,然而在紧凑式轧机中，温度在5C这个范围内变化。由于这 个原因，轧制过程中的数据（见表1）与这两种轧机生产出的带钢的末端有关，因为我们研 究的样本就来自于这一部分。两种样本的化学成分（重量百分比）列于表2。表1带钢生产过程中轧机的状态传统型（/）
7、紧凑型（/）宽度（mm）9601220厚度（mm）2.0823总的压下呈（）92.695.7入口温度（C）8841147出口温度（C）832802卷取温度（C）657620出口速度（m/s）78.4输出覘道上停留时间（S）7.9&3平均冷却速度（C/s）22.1521.93表2帚超中的化学成分（WL%）轧机CMnPSCuNiSiAl传銃型(/)0.0600.8270.0140.0070400.0570.0770.038紧廣型(/)0.0440.2510.0120.0170.0930.0310.0010.036表3垃忡泊诙申良示出的力学性能轧机传扳型（Z）紧淆圣（“）測试方向045。90*045
8、*90屈庚应力（MP3270257244471499$04抗枝賤度（MPa）451421414626650652均匀应变0.2990.2780.2720.2340.2090.235n0.2760.2620.2510.2090.1790.193k (MPa)63966257886386370r0.800.680.560.870.7$0.78用两种带钢样品制作了宽15mm、标距60mm的平板拉伸试样。试样是沿着与轧制方向成 0 , 45 , 90的三个方向选取的。试验在电脑控制的液压伺服万能试验机上进行，十字 头滑块以5mm/min的恒定加载速度（等同于初应变率为1.4X10_/s）进行加载。每隔
9、4mm测 试便停下，并测量样本上二个不同位置的厚度和宽度。这些数据一直记录到缩颈开始。这些 数据会用来计算平面各向异性（r） : r= e w/ e t （1）式中 w和 t是由测量的宽度和厚度经计算后得到的应变。每个方向上r的值将用来 求解带钢各向异性的平均值：R= （ro+2r45+r9o） /4（2）用一对试样借助于电子显微取向成像（0IM）来测定其织构，这是因为在扫描电子显微 镜中试样受到电子束的影响而产生了后散射电子衍射。测定前需要将样本研磨到中厚，并磨 光，以此获得衍射图样。与此样本相似的材料也同样可用传统的光学显微检测。可采用平均 线性截距来获得平均晶粒尺寸。4JIS-SS400
10、钢的化学组成（质量百分比）组成物含量C0.172Si0.092Mn038P0.016S0.0073. 结果图3和图4是典型的应力应变曲线图，是由两种轧机生产出来的试样试验得到的结果。 同样可以看出紧凑式轧机生产的试样的变形抗力要高于由传统轧机生产的试样的变形抗力。表3中n和k的值从应力应变曲线的调校中得到：6=kX en （3）表2中r的值是将宽度对厚度方向上的应变变化率外推到宽度方向上应变为0时得到的（式1；见图5）。由公式（2）,对于传统式轧机生产出材料的屈服值R为0. 68,而紧凑式轧机生产出材料的屈服值R 为 0. 79o通过检查两种试样的微观结构可以说明材料强度的差异（图6）。采用线
11、性截距技术， 可得平均晶粒尺寸的大小分别为：轧机I样本为14.3 um,轧机II样本为6.0U mo通过电子图3 I号轧机轧出的带钢样品在三个不同方向剪切的应力应变曲线图显微取向成像分析，轧机I样本的平均晶粒尺寸为13.6U m,轧机II试样的平均晶粒尺寸为 7.0 Pm。电子显微取向成像分析是用来推断当两相邻读数的位向差高于15时晶界的存在与 否，以及当位向差高于5。时亚晶界的存在与否。这些尺寸是通过不同晶粒大小的分布份数 得到。亦 |,图4 II号轧机轧出的带钢样品在三个不同方向剪切的应力应变曲线图电子显微取向成像分析得到的数据为每种带钢构建, , 晶向上的极点 图（图9和图10） o这些
12、图是与带钢平面有关的具体方向上的立体投影，并绘制成其中一 值符合灰（随机）织构的阶层曲线。图9和图10中RD和TD分别对应的是轧制方向和横向。对于给定材料的织构，极点图虽能全面描绘，但其缺点是二维分布。同样，由于对称性, 特定的晶体可在多个地方进行投影。克服这些局限能通过使用取向分布函数（ODF）,统计 地描述出特定方向上样本的全容积体积分数。取向分布函数是在欧拉三角上构建得到的，它 与样本的具体取向有关。在目前的工作中，Bunge3所提出的公式如下：0WeiW2n, OU, 00X2（4）(4)式中的4i, 0和2为欧拉角。图11和图12表示的是2=45时的取向分布函数图。 值得注意的是当=
13、55。，釈=0。和5=90。时的一连串的灰暗带，这将会在后文中讨论。4. 讨论如上所述，可用样本中检测到晶粒尺寸的差异来解释两种材料之间强度的差异(图6-8)。将与化学成分和平均晶粒尺寸有关的数据代入Pickering2方程中的相应变量，以此 预知低碳钢的屈服强度和抗拉强度。通过计算，轧机I轧制出材料的屈服强度和抗拉强度分 别为259MPa和491MPa,轧机II轧制出材料的屈服强度和抗拉强度为292MPa和393MPa2.0图5外推紧凑式轧机样本在法线方向上的测试数据得到r0的值图6传统轧机试样和紧凑式轧机试样的光学显微照片图7传统式轧机和紧凑式轧机试样OIM分析的微观结构图晶粒大小 (pm)图8 OIM分祈得出的晶粒粒径分布RDRD111110晟大 5.714.003.032.301.741 321 000 76最小 O.U图9传统轧机样本在晶向, , 上的极点图RD100RD111110最大 2.461.971.721.501.311.141.000.87最小 0.27图0紧凑式轧机样本在晶向, , 上的极点图（表3）。在这些值当中，只有一个值为传统轧机的屈服应力值，并符合拉伸试验的平均值 （轧机I的屈服应力值为
