張正貴, 肖 鐵, 王建軍, 劉沿東

(1. 沈陽大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110044;2. 東北大學(xué) 材料織構(gòu)與各向異性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(gòu)變化,對提高鋼強(qiáng)度和韌性具有指導(dǎo)意義.有關(guān)壓下率對鋼的織構(gòu)及性能影響研究較多[1-6],對珠光體鋼軋制織構(gòu)的研究較少,以往有關(guān)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(gòu)與鋼鐵顯微組織、性能的變化相關(guān)[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(gòu)的影響.

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料.樣品的軋面作為織構(gòu)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(yīng)力層.實(shí)驗(yàn)材料成分見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

在TD-3500X射線衍射儀上進(jìn)行織構(gòu)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(jì)算機(jī)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(gòu)的取向分布.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gòu)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(gòu)組分漫散度較大.當(dāng)壓下量大于45%時,逐漸形成了由α和γ纖維織構(gòu)組成的織構(gòu)組分.隨著壓下量的增加,冷軋樣品的α和γ纖維織構(gòu)逐漸增強(qiáng).

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(gòu)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(gòu)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(gòu)組分發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變.{113}〈110〉、{112}〈110〉、{001}〈110〉、{111}〈110〉織構(gòu)組分的取向分布值逐漸增強(qiáng),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(gòu)組分的取向分布值在壓下率為85%時達(dá)到較大,取向分布值為5.5.而{552}〈110〉、{110}〈110〉織構(gòu)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(gòu)組分的取向分布值變化區(qū)間最大,說明織構(gòu)組分逐漸向{112}〈110〉、{113}〈110〉聚集,α織構(gòu)從(001)→(112) ←(111) ←(110)由弱變強(qiáng),并且隨著冷軋壓下量的增大總體趨勢增強(qiáng),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(gòu)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(gòu)的取向分布值均隨壓下量的增大而增強(qiáng).

圖2 α織構(gòu)組分隨壓下率的變化

圖3 γ織構(gòu)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(jié)構(gòu)不同而不同,共析成分鋼組織為珠光體,屬于體心立方結(jié)構(gòu)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(fù)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(zhuǎn)動,在冷軋組織中形成變形織構(gòu).隨著壓下率的增加,{112}〈110〉、{113}〈110〉、{111}〈112〉、{111}〈110〉織構(gòu)明顯增強(qiáng),從圖2和圖3可看出,{112}〈110〉織構(gòu)組分取向分布值最高,{113}〈110〉織構(gòu)組分取向分布值次之,{112}〈110〉和{111}〈112〉織構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動.總的來說,晶粒取向會從不穩(wěn)定取向區(qū)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定取向區(qū),在向穩(wěn)定取向區(qū)轉(zhuǎn)變過程中,晶粒會在一些取向區(qū)穩(wěn)定流動[11].從文獻(xiàn)[12]研究結(jié)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(yīng)力晶團(tuán)中剪切帶的引入而形成的;精細(xì)片層型(與軋制方向平行排列,片間距細(xì)小,滲碳體嚴(yán)重變形的珠光體片層)主要是軋制低應(yīng)力的晶團(tuán)中形成的.隨著軋制壓下量的提高,珠光體鋼中精細(xì)片層型區(qū)域的比例增大.

4 結(jié) 論

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

(2) {112}〈110〉、{113}〈110〉織構(gòu)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(gòu)組分.

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