CSP工艺生产硼微合金化SPHD板的组织性能
第２９卷第１０期北京科技大学学报ｖ棚．２９Ｎｏ．１０２００７年１０月Ｊ咖ｒ呻ｌｏｆｕｎＩｖｅ憎ｉｔｙ０ｆｓｄｅｎ优ａｎｄ１ｈｈｎｏＩｏ嚣Ｂｅ蛆ｉｎｇｏｃｔ．２００７
ＣＳＰ工艺生产硼微合金化ＳＰＨＤ板的组织性能
景钦广１’康永林１’孙建林１’黎先浩１’温德智２）
１）北京科技大学材料科学与工程学院，北京１０００８３２）湖南华菱涟钢薄板有限公司，娄底４１７００９
摘要以ｃｓＰ流程生产的古Ｂ和无Ｂ的ＳＰ｝ｍ冷轧基板为实验材料．运用拉伸实验、金相观察、ＳＥＭ、ＴＥＭ和ＥＢｓＤ手段．对比分析了两种钢的力学性能、组织、析出物、位错密度和晶体学取向的变化研究表明；微合金元素Ｂ的加入明显使ＳＰ｝仍狰轧基板的铁素俸晶粒粗大化，钢中有粗大的析出相粒子产生，且位错密度下降，从而引起屈服强度的降低．采用背电子散射ＥＢｓＤ技术分析了无Ｂ和含Ｂ铜的晶体学取向，其取向主要为大角度晶界，且无Ｂ钢中存在着大量的亚晶．
关键词ｃＳＰ工艺；析出；强化；位错；晶粒取向
分类号ＴＧ３３５，１１
ＣＳＰ工艺为热轧带钢的生产带来了经济性的革命…．ｃｓＰ工艺与传统热轧带钢工艺相比，具有不同的变形方式、热历史、析出物形态、显微结构和位错密度，因而ｃＳＰ工艺生产的产品屈服强度普遍偏高”Ｊ，不利于冷轧变形，因此利用ｃＳＰ工艺生产冷轧基板，特别是与冷连轧流程全线贯通是目前国际范围内冶金行业所面临的共性难题．
北京科技大学对涟钢ｃｓＰ生产线生产统计分折表明钢中加徽合金元素Ｂ能使屈服强度平均降低３０ＭＰａ．本文以ｃｓＰ工艺所生产的含Ｂ（ｏ．００４％～０．００６％）和无Ｂ的ｓＰＨＤ冷轧基板为研究对象，系统对比分析了两种钢的组织性能特点以及强化机制．的情况下两种钢的热轧工艺参数都相同，其坯料厚度为５５ｍ?，热轧后带钢厚度为２．７ｍｍ，铸坯拉速为４．５ｍ?血ｎ～，均热温度、入口温度和出口温度分别为１１５０℃、１０５０℃和９００℃，卷取温度为６２０℃．轧制试样线切割后经磨制、机械抛光，用４％的硝酸酒精溶液侵蚀，在ＳＥＭ下观察了组织．然后用砂纸由粗到细磨制到５０“ｍ以下，离子减薄后，用ＪＥＭ一２０００Ｆｘ和ＪＥＭ一２０１０透射电镜观察显徽组织结构并将试样进行碳膜萃取复型观察析出物的大小、形貌．试样经电解抛光后在ＬＥ０－Ｈ５０ＳＥＭ上进行了背散射电子衍射实验（ＥＢｓＤ），用附带的ＨＫＬ—ｃｈａｎｎｅｌ４系统进行数据处理．在ＭＴｓ拉伸试验机测试了实验用钢的力学性能．
１实验材料和研究方法２实验结果及讨论１．１实验材料
实验材料为涟钢ｃｓＰ生产线所生产的含Ｂ和
无Ｂ的ＳＰＨＤ冷轧基板．化学成分见表１，其中ｌ＃
试样为无Ｂ钢，２８试样为含Ｂ（Ｏ．００４％～０．００６％）
钢．
裹ｌ实验用钢的化学成分ｉ质量分数）
１曲ｋｌＣＩ删曲ｌ∞ｍｐ晒¨Ｉｏｎ们ｔ嚣ｔｓＩ叫ｓ％
铜号ｃ孓ＭｎＰｓＢ＾ｊ
ｌ＃Ｏ０２９０．０１９０１３００．０１００．ｍ—
Ｏ．０２５
２＃００４３０．０１７０１８００埘４Ｏ
００５Ｏ００４～０．００６Ｏ０２５
１．２实验方法
为了实验取得最佳的可比性，在化学成分相近
收穑日期：２００６＿０６＿０７修回日期：２００６－０８＿０ｌ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（№．５０３３４０１０）
作者简介：景钛广（１９７８一）．男，硕士研究生；康永林（１９５４一）．男教授．博士生导师２．１实验用钢的力学性能
实验用钢的拉伸实验结果见表２．结果表明：与无Ｂ钢相比，含Ｂ钢其屈服强度降低了２０ＭＰａ，抗拉强度，延伸率较相近．
衰２实验用铜的力学性艟
ｎｂｋ３＾ＩｅｍｌⅢⅫ＂忡ｏｆ№ｔＩｑＥ№ｂ
２．２轧制试样的金相组织
由图１可以看出：两种钢的金相组织主要为多边形铁素体和极少量的珠光体组成．铁素体的面积率都达到９０％以上．图２为扫描电镜下的珠光体形
?９９０－北京科技大学学报第２９卷
貌，珠光体在晶界呈片层状分布。其珠光体片层间距含Ｂ钢要比无Ｂ钢大．用截线法测得无Ｂ钢铁素体的平均晶粒尺寸为７．４ｐｍ，含Ｂ钢为９．５“ｍ．结果表明微量Ｂ的加入使得铁素体平均晶粒尺寸增大２．１“ｍ．２．３轧制试样的析出物
２．３．１无Ｂ钢中的析出物形貌
ＪＥＭ－２０００Ｆｘ透射电镜下观察了无Ｂ钢中的析出物形貌。发现析出物主要是球形或椭球形和长方形，其尺寸比较细小，大部分析出相粒子分布在变形缺陷能比较高的地方（位错、晶界和亚结构等），有些分布在铁素体基体内．图３给出在晶界上ＭｎＳ析
出粒子的ＴＥＭ照片和ＥＤｘＳ能谱，尺寸大约在３０ｍ左右．实验过程中未发现舢Ｎ析出物，这是由于高温终轧（９００℃）和低温卷曲（６２０℃）避开了Ａ１Ｎ析出平衡区间，因此析出量很少，化学相分析结果表明１８试样即无Ｂ钢中ＡＩＮ析出量小于０．００１％．
围１试样的金相组织．【ａ）ｌｏ试样“ｂｌ２４试样
ｎｇ．１
Ｍｉｃｒ哪ｒｕｃ‘ｕｒ姻ｏｆｓｐｅ曲栅：【ａ）ｓｐｅｃ‘蚍ｌ；（ｂｌｓｐ牲Ｉ?
ⅡＨ２
综上所述，钢中加Ｂ明显使ＳＰＨＤ钢的铁素体
晶粒发生粗化且增大珠光体片层间距．按照Ｈａｎ—
Ｐｅｔｃｈ关系：口。＝女，ｄ－１／２．式中，＾，为系数，对于大
角晶界其值为１５．１～１８．１Ｎ?ｍｍｌ／２；ｄ为铁素体
晶粒直径。可知屈服强度与晶粒尺寸之间呈负相关围２试样的珠光体形貌－（ａＩｌ’试样；（ｂＩ２‘试样
关系，因此铁素体晶粒粗化是含Ｂ钢屈服强度下降
№’２２”“。“”“。”缸５’““”：（１）５”‘”１５Ｉｂ’的重要原因．５９“”“２
妊
：ｂ
ｖ
憾
鼎
正ｙｋｅＶ
围３１４试样析出物形貌（ａ）豆ＥＤｘｓ能谱【ｈｌ
ｎｇ?３Ｍｏｒｐｌｌ０Ｉｏ盯（－ｌ孤ｄＥＤ黜。ｐｅｃｔｍｍｌｂ）时ｐｒ怿ｉｐＩｔｎ扯Ｉｎｓｐｅｃ‘Ⅱ蛐ｌ
２．３．２含Ｂ钢中的析出物形貌
ＪＥＭ卜２０１０透射电镜下观察了含Ｂ钢中的析出物形貌，析出物主要是球形或椭球形，其尺寸较粗
大．图４给出了含Ｂ钢中ＢＮ＋ＡｌＮ＋Ｍｎｓ复合析
第ｌＯ期景钦广等：ｃｓＰ工艺生产硼微合金化ｓＰＨＤ板的组织性能
出粒子的ＴＥＭ照片和ＥＤｘｓ能谱。尺寸大约为１２０
啪
囝４２８试样ＢＮ＋ＡＩＮ＋Ｍ鸪大型复合析出物的形貌Ｃ?）爰ＥＤｘｓ能谱（ｂＩ
Ｉ耗．４Ｍ吖ｐｈｏ蛔０ｆｌａｒ鲈ＢＮ＋ＡｌＮ＋Ｍ＿ｓｌａｌａ埘ＥＤｘｓ叩佻蛔哪ｏｆｐｒ钟Ｉｐ●ｔａ怔ｌｂ）岫唧啊ｉｍ哪２
在热轧ｓＰＨＤ板的过程中，～Ｎ是很重要的析出物。直接影响着成品板的力学性能及冷轧再结晶退火后的成形性能．ＡｌＮ析出相粒子很细小。一般在几ｍ到几十ｍ之间【３Ｊ．析出的细小ＡｌＮ粒子对奥氏体和铁素体晶界的钉扎力较强，抑制晶粒的长大而引起屈服强度的升高【４Ｊ．因此，如何控制舢Ｎ粒子在热轧过程中析出成为ｃＳＰ生产ＳＰＨｃ、ＳＰＨＤ等冷轧基料的关键因素．钢中添加微量Ｂ主要阻止在热轧过程中ＡＩＮ析出物的形成，Ｂ易于与钢中的Ｎ形成粗大的ＢＮ析出物及复合析出物．图５给出了在１５５０～ｌ７５０℃范围内。铝镇静钢中ＢＮ和ＡｌＮ的标准吉布斯自由能的大小关系，即△ＧＢＮ＜△ＧＡ∞且根据热力学计算可知ＢＮ优先于～Ｎ析出，由此可知在钢液浇注过程中氮化物都发生了不同程度的析出，且ＢＮ比ＡＪＮ优先析出，从而降低了ＡｌＮ在热轧过程中的析出量”…．电解化学相分析结果证实在含Ｂ钢中，ＢＮ的析出量为Ｏ．００３９％。而ＡｌＮ析出量小于０．００１％，ＢＮ为六方
宙５ⅡＮ、＾ＩＮ标准吉布斯自由能与温度的关系ＦＩｇ?５
Ｒｅｈｔｌｏ酗ｈｉｐ“ｔ１．ｅ缸蛆ｄａｒｄｃｍｈｓｆｒ槐ｅⅡｅｒ一幅０ｆＢＮａｎｄＡｌＮ＿“ｈ协ｍ畔憎ｔⅢｍ晶系（晶格常数ｎｏ＝０．２５０４，ｃｏ＝０．６６６１）．微量Ｂ的加入减小了钢中细小Ａ１Ｎ的析出量，成功削弱了ＡＪＮ对晶界的钉扎作用从而使铁素体晶粒粗大化，引起含ＢＳＰＨＤ板屈服强度的降低．
钢中第二相析出粒子的强化效果与钢中析出质点的平均直径ｄ成反比，与其析出的体积分数，的平方根成正比［７】．析出质点越小，质点的体积分数越多。那么第二相引起的强化效果越大．根据Ｇｌａｄ．ｍａｎ等理论，采用Ａｓｈｂｙ—Ｏｒｏｗａｎ修正模型，模型以位错线在滑移面上两个相邻粒子之间弓出，沉淀粒子混乱分布为依据，对沉淀强化有Ｌ窘】：
旷爿芳∥血－ｎ（手）
。，２ｉ五≯？尹…１ｎＩＦＪ
式中，ｒ为粒子半径，ｐｍ；ｐ为剪切系数，对于钢材（铁素体）其值为８０．２６×１０３ＭＰａ；６为柏氏矢量，取值２．４８ｘ１０４Ｈｍ．
通过ＴＥＭ观察和电解化学相分析，无Ｂ钢中析出质点细小弥散分布且析出量大。含Ｂ钢中析出物粗大，进一步说明了含Ｂ钢屈服强度小于无Ｂ钢的原因．
２．４轧制试样的位错
图６为两种实验用钢在ＴＥＭ下观察的位错分布情况．从图中可以看出大量位错都纠结在一起，形成位错缠结，但无Ｂ钢比含Ｂ钢相对而言位错密度要大，显然Ｂ的加入使得钢中位错密度有所下降．这是由于无Ｂ钢中的第二相析出质点细小弥散分布且数量多，在高温变形时，变形中所产生的位错能够在变形过程中通过滑移和攀移等方式运动，位错在运动过程中绕过细小的第二相析出质点时会发生位错的增殖［９】；而含Ｂ钢中由于Ｂ的加入降低了ＡｌＮ等细小析出质点的形成，析出物分散且粗大。在
变形过程中，位错与析出相粒子的影响与无Ｂ钢相
北京科技大学学报第２９卷
比要小．因此无Ｂ钢的位错密度要比含Ｂ钢的要大．文献［１０］给出了金属的流变应力（以及屈服强度）与位错密度口之间的关系．
田６试样位错形貌．（＾｝１０试样；（ｂｌ２０试样魄．‘肼ｓＩ岫“叫岫岬ＭｏＦ０ｆ叩雠劬嗌：ｌａＩｓｐｅｄ哪ｌ；Ｉｂ
Ｓ＊ｄｍ２
００４５
００‘１０
０．０３５
Ｏ．０３０
＊－００２５
嚣００２０
００１５
００１０
０００５
０
就强化机制而言，含Ｂ钢由于Ｂ的加入引起位错密度的降低，其位错强化效果比无Ｂ钢要低，这也是含Ｂ钢屈服强度下降的一个原因．
２．５晶体学取向分析
无Ｂ钢和含Ｂ钢按晶粒取向差绘制的组织图见图７．从图可知含Ｂ钢的晶粒尺寸明显比无Ｂ钢的要大．这与实际金相观察结果相符合，两种钢中都存在着大量的亚晶，且无Ｂ钢的亚晶数量比含Ｂ钢的多，这也是无Ｂ钢强度比含Ｂ钢高的原因．图８为两种钢晶粒的取向差分布图，无Ｂ钢和含Ｂ钢晶粒间的取向均以大角度晶界（＞１５。）为主．无Ｂ钢晶界取向差主要分布在３０～６０。之间，而含Ｂ分布在２５～６０’之间，但无Ｂ钢中小角度晶界（＜１５。）数量要比含Ｂ钢多且存在大量的亚晶．
田７试样晶粒取向差绘制的组织田．Ｉ＾）ｌｏ试样；（ｂｌ２４试样ＭＩ－７Ｐ１０ｔＨ雌血蝴＂ｎｎｍ档ｏｆｓｐｅｄｒ＿岫血ｔｅ咄０ｆｍｉ蚰ｒ蛔?扭啪ｎ：｛ａＪｓｐｅｃｈ眦ｌ；协）ｓｐｅｄｍｅｎ２
圈８试样昌粒取向差分布圉．（ａ）ｌｏ试样；Ｉｂｌ２。试样
Ｆ唔．８
岫岫ｌｃｙｄｉｓⅢｂｕｔＩｏ呻ｆ叫ｌｋｌＩｌｉ刚ｅⅡｔａｔｉ叫－ｎｇｋｏｆｓｐｅｃｊ眦ｍ：（ａＩｓＰｅｄＩ嘲ｌ；ｌｂｌｓｐｅｄ“＊Ⅱ２
３结论
（１）ｃｓＰ工艺生产ｓＰＨＤ冷轧基板，钢中加入０．００４％～Ｏ，００６％的Ｂ使其屈服强度降低，
（２）无Ｂ钢和含Ｂ钢的金相组织主要是多边形铁索体加少量珠光体，但０．００４％～０．００６％的微合金元素Ｂ的加入明显使铁素体晶粒发生粗化并且增大了珠光体片间距．
（３）无Ｂ钢中析出物细小且弥散分布，微合金元素Ｂ的加入使得钢中析出粗大的ＢＮ复合析出物且析出物分散．
（４）微合金元素Ｂ的加入明显降低了ｓＰＨＤ冷轧基板的位错密度，
（５）无Ｂ钢和含Ｂ钢的晶粒间取向差均以大角度晶界为主，无Ｂ钢晶界取向差主要分布在３０～６０。之间，含Ｂ钢在２５～６０。之间，但是无Ｂ钢与含Ｂ５
Ｏ
５
０
５
Ｏ
５
０
５
Ｏ
州㈣哪蚴吣眦洲㈣咖
第１０期景歙广等：ｃｓＰ工艺生产硼微合金化ｓＰＨＤ板的组织性能
钢相比．具有的亚晶数量要多
参考文献
［１］田乃援．薄板坯连铸连轧北京：冶金工业出版社．１９９８［２］ＹｕＨ，ｃｈ蚰Ｑｘ，Ｋａ呕ＹＬ，ｅｔｄＭ”ｒ∞”ｕｎｕｒａ【仲ｓｅａＫｈ册Ｉ眦日ｎＰ８ｏｆＩａｗｃⅡｂｏｎｎ∞ｌｐｒ叫ｕｃ司ｂｙａ∞ｍｐ哪ｎ邱ｐｒｏ血ｃ．
ｔ岫ｌｈｕｎｄ仃ｄ“妇吐ｔｋｍｄｈｂｔ。ＩＩｎ、Ｍ蛐Ｃｈ啪ｎ，２００Ｓ，
５４：拍７
【３】Ｋａ。骣ＹＬ．ＹｕＨ，ＦｕＪ．ｅｔｄＭｏｒｐｋｄｏ盯ａＤｄ嘶画纽ｔｉｏ｜Ｉｋｉ—ｎｅ６ａｏｆＡｌＮｌ“１日ｔｎ“ｐ。ｆＩｏｗｃｍ。ｂ呻砒ｅｄｐｒｏｄｕｏｅｄｂｙ∞ｍｐａｃｔ蚰却ｐｒｏｄｌｌｃｔｌ帆Ｍａ泔ＳｄＥ鸣＾，２００３．３５１：２６６
【４】徐匡迪．剂清友．薄板坯赢翟连铸连乳过程中的细晶化现象分析．钢铁．２００５．４０（１２）：ｌ［５］船川义正Ａ１对古硼挣轧钢板ｒ值的影响．蔹ｔ■．２００２，９：５４７
［６］干勇．仇圣桃．张慧，等硼微合金化在ＴｓｃＲ工艺生产ｓＰＨｃ板工艺中的应用∥２００５中国钢铁年会论文集北京：中国钢铁协会．２００５：５１８
［７】王有铭，李曼云．韦光钢材的控制轧制和拴｛５Ｉ玲却北京：冶金工业出版社。１９９５
［８］康永林．于浩．王克鲁．等．ｃＳＰ低碳钢薄板组织演变及强化机理研究蛔铁。２００３．３８（８）：２０
［９］王克鲁，康木林．于浩，等．ｃｓＰ工艺热轧低碳钢位错形貌及密度分析北京科技大学学报，２００３．２５（６）：５９１
【１０］Ｈ雌ｋＤＡＭｋｌ。ｎ埘ｄｍｅⅥｏｌｕ６０ｎ，ｓ皤坤ｎｅｍｇ趼ｄｎ口’ｎ呲ＭａＩｅｒｓｄＥ雌Ａ．２００ｌ。４６：３１９
ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳＰＨＤｈｏｔｓｔｒｉｐｓｗｉｔｈｂｏｒｏｎｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＣＳＰｔｅｃｈ－ｎ０１０９ｙ‘
ＪＩＮＧＱｉ醒∽馏＂．ＫＡＮＧｌ，０馏Ｚ协＂，ＳＵＮＪ缸ｎｆ抽”，ＬＩＸ缸ｎｋ。”，ＷＥＮ眈办ｉ２
１）Ｍ＾ｃｅｒ诅ｋｓｃｉ舶ｃｅ曩｜ＩｄＥｎｇ豳ｒ吣ｓｃ●耐，ｕ血螂时ｏｆＳｃ妯耻柚ｄＴｅｃｌｌｒ咖蹦１ｎｇ．Ｂ畸州‘１０００８３，ｃ“舶
２）ＨＩＨ瑚ＨｄｉＩ】ｇＬＩａｎｙｕ肌ｓｔ糟ｌＧＤ．Ｌｔｄ．Ｌ捌ｄｉ４１７∞９，Ｃｈｉ皿
ＡＢｓＴＲＡｃＴ＆ｃｏｎｔａｉｎｅｄ（０．００４％一０．００６％）ａｎｄＢｆｒ∞ｓＰＨＤｈｏｔｓｔｒｉｐｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｃＳＰｐｒｏｃｅ鹃ｗｅｒ。ｃｈｏ姥ｎ鹊ｅｘｐｅｒｉＩｎｅｎｔａｌ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ慨ｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｍｉｃｒｏｓｔ九ｌｃｔｕｒｅ。ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ，ｄｉｓＩｏｃａｔｉ∞ｄｅ哪ｉｔｙａｎｄｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆ５ｐｅｃｉｍｅｒｌｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｅｎｓｉｋｔｅｓｔｓ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｂ—ｓｅ押ａｔｉｏｎｓ．ＳＥＭａｎａｌ”．培，ＴＥＭａｎｄＥＢＳＤｏｂ跎ｒｖａｔｉ０鹏．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉ曲ｏｆｍｉｃｒｏ＿ａⅡｏｙｉＩｌｇ
ｅｌ锄ｅｎｔＢｉｎｔｏＳＰＨＤｈｏｔ
ｓｔｒｉＰｓｍａｄｅ
ｆｅ—ｔｅｇｒａｉ腿ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ∞ａｒ鸵，ｌａｒｇｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔ鹊ｗｅｒｅｆｏｕｎｄ’ｔｈｅｄｉｓｌｏｃａ—ｔｉ。ｎｄｅ璐ｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄ’ａｆｌｄａ１１ｔｈｅ∞ｃａｕ靶ｄｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｔｏｒｅｄｕｃｅ．ＴｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｆｉｅｎｔａｔｉｏｎｗａｓａｒＩａＩｙｚｅｄａｎｄｏｂｓｅｆｖｅｄｂｙＥ】玛Ｄ，ＴｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏＩｌｓａｒｎｏｎｇｎｅｉｇｈｂｏｄｌｌｇｇｒａｉ∞ｂｏｔｈｏｆｔｈｅＢ∞ｎｔａｉｎｅｄａｎｄＢｆｒｅｅｓｔｅｅｌｗｅｒｅｍａｉｍｙ１ａｒｇｅａＩｌ９１ｅｇｒａ；ｎｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ．ｈｏｗｅｖｅｒ。ａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆｓｕｂｇｒａｉｎｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｉｎｔｈｅＢ—ｆｒｅｅｓｔｅｅｌ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳＣＳＰｐｒｏｃｅｓｓ；Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｓｔ】．ｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ；ｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ