压下量对珠光体钢冷轧织构的影响

张正贵, 肖 铁, 王建军, 刘沿东

(1. 沈阳大学 机械工程学院, 辽宁 沈阳 110044;2. 东北大学 材料织构与各向异性教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110004)

由铁素体和层片状渗碳体组成的珠光体是钢中重要的组织之一,研究珠光体钢在轧制过程中织构变化,对提高钢强度和韧性具有指导意义.有关压下率对钢的织构及性能影响研究较多[1-6],对珠光体钢轧制织构的研究较少,以往有关珠光体变形问题的研究大多见于共析或者过共析钢丝的拉拔过程[7-8].织构与钢铁显微组织、性能的变化相关[9],是钢铁研究的重要方向之一,对提高材料性能具有重要的影响.本文着重研究压下量对共析珠光体钢冷轧织构的影响.

1 实验材料与实验方法

实验材料由电炉冶炼经过精炼,连铸成160方连铸块,经过线材轧制成40 mm盘圆.采用线切割将盘圆切割为宽度32 mm,厚度3.5 mm的板材.然后在1 273 K下奥氏体化20 min,空冷至室温后,在不同压下量下轧制,压下量的大小用压下率表示,压下率分别为15%、30%、45%、70%、85%轧制获得实验材料.样品的轧面作为织构测定面,将磨制样品用体积浓度为5%的稀盐酸腐蚀,消除样品表层的应力层.实验材料成分见表1.

表1 实验钢的化学成分(质量分数)

在TD-3500X射线衍射仪上进行织构的测量, 采用Schulz背射法测量材料表层的{110}、{200}和{211}3张不完整极图, 测量范围α为0～70°,β为0～360°, 测量步长为5°. 数据采集由计算机完成, 以二步法[10]求算Imax=16的取向分布函数(ODF), 用角度间隔为5°的恒φ截面图来表示, 定量研究了珠光体钢冷轧织构的取向分布.

2 实验结果

不同冷轧压下量样品的ODF恒φ=45°截面图如图1所示.由图1可以看出织构取向分布值的最大值随着压下量的增大而增大.压下量小于45%时,织构组分漫散度较大.当压下量大于45%时,逐渐形成了由α和γ纤维织构组成的织构组分.随着压下量的增加,冷轧样品的α和γ纤维织构逐渐增强.

图1 不同冷轧压下量样品的ODF恒φ=45°截面图Fig.1 Constant φ sections of ODFs for the as-rolled samples with different reductions(a)—0%; (b)—15%; (c)—30%; (d)—45%; (e)—70%; (f)—85%.

图2为不同压下量冷轧样品的α取向线上主要织构组分随压下率的变化情况,从图中定量分析可以看出,共析珠光体钢退火后主要的织构组分{113}〈110〉、{112}〈110〉、{552}〈110〉、{001}〈110〉较多,{111}〈110〉、{110}〈110〉相对较少.随着压下量的增大,织构组分发生一定的转变.{113}〈110〉、{112}〈110〉、{001}〈110〉、{111}〈110〉织构组分的取向分布值逐渐增强,其中{113}〈110〉、{112}〈110〉取向分布值随压下量变化最为明显,{112}〈110〉织构组分的取向分布值在压下率为85%时达到较大,取向分布值为5.5.而{552}〈110〉、{110}〈110〉织构组分的取向分布值变化不大.从图中还可以看出,在压下率为85%时,各织构组分的取向分布值变化区间最大,说明织构组分逐渐向{112}〈110〉、{113}〈110〉聚集,α织构从(001)→(112) ←(111) ←(110)由弱变强,并且随着冷轧压下量的增大总体趋势增强,表现出明显的沿样品轧向的各向异性.图3为不同压下量冷轧样品的γ取向线上主要织构组分随压下率的变化情况,从图中可以看出,{111}〈112〉、{111}〈231〉、{111}〈341〉、{111}〈110〉织构的取向分布值均随压下量的增大而增强.

图2 α织构组分随压下率的变化

图3 γ织构组分随压下率的变化

3 分析与讨论

塑性变形滑移系因晶体结构不同而不同,共析成分钢组织为珠光体,属于体心立方结构合金.在冷轧中,由于轧制压力的作用,厚度方向被压缩,轧制方向被拉长,晶粒发生复杂的滑移变形.随着压下量的增大,使位错数目增加,晶粒间发生扭曲,相互间制约,从而使继续变形困难,发生加工硬化现象,晶粒沿着轧制方向伸长,晶粒的取向发生转动,在冷轧组织中形成变形织构.随着压下率的增加,{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉织构明显增强,从图2和图3可看出,{112}〈110〉织构组分取向分布值最高,{113}〈110〉织构组分取向分布值次之,{112}〈110〉和{111}〈112〉织构组分取向分布值再次之.随着压下量的增大,形成了较稳定的{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉织构组分.共析成分钢的组织由铁素体和渗碳体两相组成,铁素体为软基体相,发生较大的变形,冷轧过程中会发生{111}面趋向于和板面平行的晶粒转动,而渗碳体相硬,会阻碍变形.在塑性变形过程中各晶粒的取向会在取向空间内沿着不同的轨迹转动.总的来说,晶粒取向会从不稳定取向区转向稳定取向区,在向稳定取向区转变过程中,晶粒会在一些取向区稳定流动[11].从文献[12]研究结果也可以看出,珠光体钢冷轧过程中,珠光体片层发生变形和不规则弯曲,变形后的渗碳体层片与轧制方向相倾斜,而且随着冷轧压下量的增加,渗碳体层片与轧制方向趋于平行排列.根据渗碳体形态特征,不规则弯曲片层型主要是珠光体组织受到压缩而形成;带有剪切带的粗大片层型主要是轧制过程中因高形变应力晶团中剪切带的引入而形成的;精细片层型(与轧制方向平行排列,片间距细小,渗碳体严重变形的珠光体片层)主要是轧制低应力的晶团中形成的.随着轧制压下量的提高,珠光体钢中精细片层型区域的比例增大.

4 结 论

(1) 随着冷轧压下量增大,α织构组分和γ织构组分的取向分布值增加,{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉的织构组分的取向密度明显增强.

(2) {112}〈110〉、{113}〈110〉织构组分取向分布值最大,{112}〈110〉和{111}〈112〉次之,是稳定的冷轧织构组分.

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