壓下量對珠光體鋼冷軋織構的影響

張正貴, 肖 鐵, 王建軍, 劉沿東

(1. 沈陽大學 機械工程學院, 遼寧 沈陽 110044;2. 東北大學 材料織構與各向異性教育部重點實驗室, 遼寧 沈陽 110004)

由鐵素體和層片狀滲碳體組成的珠光體是鋼中重要的組織之一,研究珠光體鋼在軋制過程中織構變化,對提高鋼強度和韌性具有指導意義.有關壓下率對鋼的織構及性能影響研究較多[1-6],對珠光體鋼軋制織構的研究較少,以往有關珠光體變形問題的研究大多見于共析或者過共析鋼絲的拉拔過程[7-8].織構與鋼鐵顯微組織、性能的變化相關[9],是鋼鐵研究的重要方向之一,對提高材料性能具有重要的影響.本文著重研究壓下量對共析珠光體鋼冷軋織構的影響.

1 實驗材料與實驗方法

實驗材料由電爐冶煉經(jīng)過精煉,連鑄成160方連鑄塊,經(jīng)過線材軋制成40 mm盤圓.采用線切割將盤圓切割為寬度32 mm,厚度3.5 mm的板材.然后在1 273 K下奧氏體化20 min,空冷至室溫后,在不同壓下量下軋制,壓下量的大小用壓下率表示,壓下率分別為15%、30%、45%、70%、85%軋制獲得實驗材料.樣品的軋面作為織構測定面,將磨制樣品用體積濃度為5%的稀鹽酸腐蝕,消除樣品表層的應力層.實驗材料成分見表1.

表1 實驗鋼的化學成分(質(zhì)量分數(shù))

在TD-3500X射線衍射儀上進行織構的測量, 采用Schulz背射法測量材料表層的{110}、{200}和{211}3張不完整極圖, 測量范圍α為0～70°,β為0～360°, 測量步長為5°. 數(shù)據(jù)采集由計算機完成, 以二步法[10]求算Imax=16的取向分布函數(shù)(ODF), 用角度間隔為5°的恒φ截面圖來表示, 定量研究了珠光體鋼冷軋織構的取向分布.

2 實驗結果

不同冷軋壓下量樣品的ODF恒φ=45°截面圖如圖1所示.由圖1可以看出織構取向分布值的最大值隨著壓下量的增大而增大.壓下量小于45%時,織構組分漫散度較大.當壓下量大于45%時,逐漸形成了由α和γ纖維織構組成的織構組分.隨著壓下量的增加,冷軋樣品的α和γ纖維織構逐漸增強.

圖1 不同冷軋壓下量樣品的ODF恒φ=45°截面圖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%.

圖2為不同壓下量冷軋樣品的α取向線上主要織構組分隨壓下率的變化情況,從圖中定量分析可以看出,共析珠光體鋼退火后主要的織構組分{113}〈110〉、{112}〈110〉、{552}〈110〉、{001}〈110〉較多,{111}〈110〉、{110}〈110〉相對較少.隨著壓下量的增大,織構組分發(fā)生一定的轉變.{113}〈110〉、{112}〈110〉、{001}〈110〉、{111}〈110〉織構組分的取向分布值逐漸增強,其中{113}〈110〉、{112}〈110〉取向分布值隨壓下量變化最為明顯,{112}〈110〉織構組分的取向分布值在壓下率為85%時達到較大,取向分布值為5.5.而{552}〈110〉、{110}〈110〉織構組分的取向分布值變化不大.從圖中還可以看出,在壓下率為85%時,各織構組分的取向分布值變化區(qū)間最大,說明織構組分逐漸向{112}〈110〉、{113}〈110〉聚集,α織構從(001)→(112) ←(111) ←(110)由弱變強,并且隨著冷軋壓下量的增大總體趨勢增強,表現(xiàn)出明顯的沿樣品軋向的各向異性.圖3為不同壓下量冷軋樣品的γ取向線上主要織構組分隨壓下率的變化情況,從圖中可以看出,{111}〈112〉、{111}〈231〉、{111}〈341〉、{111}〈110〉織構的取向分布值均隨壓下量的增大而增強.

圖2 α織構組分隨壓下率的變化

圖3 γ織構組分隨壓下率的變化

3 分析與討論

塑性變形滑移系因晶體結構不同而不同,共析成分鋼組織為珠光體,屬于體心立方結構合金.在冷軋中,由于軋制壓力的作用,厚度方向被壓縮,軋制方向被拉長,晶粒發(fā)生復雜的滑移變形.隨著壓下量的增大,使位錯數(shù)目增加,晶粒間發(fā)生扭曲,相互間制約,從而使繼續(xù)變形困難,發(fā)生加工硬化現(xiàn)象,晶粒沿著軋制方向伸長,晶粒的取向發(fā)生轉動,在冷軋組織中形成變形織構.隨著壓下率的增加,{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉織構明顯增強,從圖2和圖3可看出,{112}〈110〉織構組分取向分布值最高,{113}〈110〉織構組分取向分布值次之,{112}〈110〉和{111}〈112〉織構組分取向分布值再次之.隨著壓下量的增大,形成了較穩(wěn)定的{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉織構組分.共析成分鋼的組織由鐵素體和滲碳體兩相組成,鐵素體為軟基體相,發(fā)生較大的變形,冷軋過程中會發(fā)生{111}面趨向于和板面平行的晶粒轉動,而滲碳體相硬,會阻礙變形.在塑性變形過程中各晶粒的取向會在取向空間內(nèi)沿著不同的軌跡轉動.總的來說,晶粒取向會從不穩(wěn)定取向區(qū)轉向穩(wěn)定取向區(qū),在向穩(wěn)定取向區(qū)轉變過程中,晶粒會在一些取向區(qū)穩(wěn)定流動[11].從文獻[12]研究結果也可以看出,珠光體鋼冷軋過程中,珠光體片層發(fā)生變形和不規(guī)則彎曲,變形后的滲碳體層片與軋制方向相傾斜,而且隨著冷軋壓下量的增加,滲碳體層片與軋制方向趨于平行排列.根據(jù)滲碳體形態(tài)特征,不規(guī)則彎曲片層型主要是珠光體組織受到壓縮而形成;帶有剪切帶的粗大片層型主要是軋制過程中因高形變應力晶團中剪切帶的引入而形成的;精細片層型(與軋制方向平行排列,片間距細小,滲碳體嚴重變形的珠光體片層)主要是軋制低應力的晶團中形成的.隨著軋制壓下量的提高,珠光體鋼中精細片層型區(qū)域的比例增大.

4 結 論

(1) 隨著冷軋壓下量增大,α織構組分和γ織構組分的取向分布值增加,{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉的織構組分的取向密度明顯增強.

(2) {112}〈110〉、{113}〈110〉織構組分取向分布值最大,{112}〈110〉和{111}〈112〉次之,是穩(wěn)定的冷軋織構組分.

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