摘要對比研究了低碳鋼帶鑄材不同處理狀態(tài)鋼帶和薄板鑄坯中不同位置切片的組織特征、晶體學(xué)織構(gòu)和15%工程應(yīng)變條件 下的塑性異向性.結(jié)果表明，帶鑄材試樣中存在{111}與{114}特征織構(gòu)，織構(gòu)強(qiáng)度均較弱；鑄坯切片中存在{111}與{001} 特征織構(gòu)，并且因局部凝固冷速不同存在明顯的織構(gòu)強(qiáng)度差異.兩組低碳鋼的法向異向性與平均晶粒尺寸的對數(shù)之間盡管均存在線 性關(guān)系，但斜率明顯不同.分析表明法向異向性的晶粒尺寸依存性與鋼帶中織構(gòu)的強(qiáng)弱有關(guān)，由此提出了 “有效織構(gòu)強(qiáng)度比”的概 念，從塑性變形理論的角度解釋了微觀組織對塑性異向性的影響.
關(guān)鍵詞低碳鋼，鑄鋼帶，塑性異向性，織構(gòu)強(qiáng)度，晶粒尺寸
塑‘曲異向性是無間隙原子鋼、低碳鋼板帶材在加工過 程中決定其深沖成形性能的一項重要指標(biāo)，通常分為法 向異向性（normal anisotropy)與平面異向性（planar anisotropy),前者決定沖杯深度，后者導(dǎo)致杯口制耳現(xiàn) 象.影響板帶塑性異向性的因素很多，包括晶體學(xué)織構(gòu)、 化學(xué)成分、晶粒尺寸等.一般認(rèn)為，平行于板面的{111} 纖維織構(gòu)越強(qiáng)，則法向異向性和成形性越好；C, N等間 隙元素的含量越低，法向異向性與成形性越好，如鋼. Karlyn等人W最早報道了在普通冷軋退火低碳鋼薄板
中，法向異向性與ASTM晶粒數(shù)（亦即晶粒尺寸的對數(shù)) 之間存在一定的線性關(guān)系，晶粒尺寸越大，法向異向性越 好，而直線斜率則取決于材料的化學(xué)成分.Blickwede⑵ 把晶粒尺寸的影響機(jī)理歸結(jié)為再結(jié)晶過程中{111}取向 鐵素體的擇優(yōu)生長.考慮到普通低碳鋼中{111}取向晶 粒的擇優(yōu)生長同時增加了 {111}纖維織構(gòu)組元的織構(gòu)強(qiáng) 度，人們對晶粒尺寸本身的影響機(jī)制還不是十分清楚.近 來，人們嘗試在塑性異向性的模擬計算中考慮晶粒尺寸和 晶粒形狀的影響，以便使計算結(jié)果與測試結(jié)果之間實(shí)現(xiàn)吻 合[3_6]，使得晶粒尺寸影響機(jī)理的研究顯得尤其重要-薄帶鑄造工藝作為一種低能耗、近終形成型工藝，已 成為世界各國傾力發(fā)展的新冶金工藝技術(shù)之一，目前已實(shí) 際運(yùn)用于不銹鋼帶、特殊合金帶的制造，并獲得了顯著的
經(jīng)濟(jì)效益.由于廣泛的應(yīng)用前景，低碳鋼領(lǐng)域的相關(guān)研究 與開發(fā)正受到越來越多的關(guān)注，其中能否提高織構(gòu)較弱的 鑄鋼帶本身的成形性，業(yè)已成為決定其應(yīng)用領(lǐng)域的迫切問 題.不過，到目前為止，對低碳鋼鑄帶的塑性異向性研究 報道還不多見[7].
本文對比研究了由鑄造低碳鋼制備的兩組鋼帶的晶 體織構(gòu)、晶粒尺寸與塑性異向性：其中一組是由雙輥鑄造 經(jīng)高溫卷取后再經(jīng)不同處理得到的，織構(gòu)強(qiáng)度相近，但晶 粒尺寸有顯著變化；另一組是從薄板坯上從表面到厚度 中心不同位置上切取得到的，織構(gòu)與晶粒尺寸均有明顯變 化.實(shí)驗結(jié)果將證實(shí)法向異向性的晶粒尺寸依存性實(shí)際上 與織構(gòu)強(qiáng)度的強(qiáng)弱有關(guān)，并將嘗試從多晶體材料的塑性變 形理論角度闡明晶粒尺寸對塑性異向性的影響機(jī)理.
1實(shí)驗方法
實(shí)驗用低碳鋼的化學(xué)成分如表1所示.實(shí)驗鋼A, B 為雙輥鑄造得到的3 mm厚鑄鋼帶，實(shí)驗鋼C為連鑄 得到的55 mm厚薄鑄坯.部分3 mm厚鑄鋼帶A, B 經(jīng)1200 € /3 h氬氣保護(hù)退火后爐冷，以得到粗大等 軸晶粒.另一部分鑄帶累積冷軋70%后分別于600 C退 火5 h, 700 X：退火0.5 h,以得到細(xì)小等軸晶粒從 55 mm厚的薄鑄坯C上由表面到厚度中心切取3 mm 厚的切片，并注意避開表面的脫碳層與中心的偏聚層[8]. 利用島津AG-50KNG萬能實(shí)驗機(jī)在室溫測試了上述實(shí) 驗鋼帶的縱向、橫向、45°斜向的拉伸性能，其中用引 伸計和電子應(yīng)變片分別記錄了試樣在均勻變形階段的縱 向與橫向瞬間應(yīng)變.為便于比較，各實(shí)驗鋼帶在15%均 勻拉伸變形后，卸載測量其實(shí)際的法向異向性rm = (r0+ 2r45 + r-9o)/4.
在理學(xué)RINT2200 X射線衍射儀上用Mo靶測得 上述鋼帶的{110}, {200}，{211}和{310}不完全極圖 (a=15—90°)，用級數(shù)展開法計算鋼帶的反極圖[9].用 LEO 1550場發(fā)射掃描電鏡觀察試樣組織并用TexSEM 取向映射顯微學(xué)（OIM)分析軟件統(tǒng)計各鋼帶的 {111}〈徹切〉(7織構(gòu)）和{hkl}(110)(a織構(gòu)）平均晶 粒尺寸，其中晶界取向差選為15°.
表1實(shí)驗鋼的化學(xué)成分
2實(shí)驗結(jié)果 2.1組織形貌與晶體尺寸
實(shí)驗鋼A不同狀態(tài)鋼帶的組織形貌與鐵素體晶粒的 取向特征如圖1所示.與其它鋼帶的鐵素體晶粒相比，盡 管由于晶粒形態(tài)不規(guī)則，很難用截線法進(jìn)行直接量度，但 仍可看出鑄態(tài)鋼帶的晶粒較粗大.用OIM方法對偏離理 想取向15°范圍以內(nèi)的鐵素體進(jìn)行平均晶 粒尺寸隊）分析，結(jié)果表明鑄態(tài)鋼帶為108 fim, 1200 X：均勻退火鋼帶為69.5 /im、冷軋后600與700 "C再結(jié) 晶退火鋼帶分別為9.53和10.0 nm.對{/ifc!}〈110〉取 向鐵素體來說，均勻化退火帶的平均晶粒尺寸（dQ)大于 鑄態(tài)鋼帶的，這表明均勻化退火可能有利于{/iW}〈110〉 取向晶粒而不是{lll}〈m;u;〉取向晶粒的擇優(yōu)生長.在實(shí) 驗鋼B不同狀態(tài)鋼帶中也能得到類似的結(jié)果，只不過由 于高磷含量的枝晶細(xì)化效果[1C)1，其鑄態(tài)與均勻化退火鋼 帶的平均鐵素體晶粒尺寸（冬和da)均比實(shí)驗鋼A的小 一些.
從實(shí)驗鋼C的薄鑄坯不同厚度位置切取的切片也表 現(xiàn)出不規(guī)則的鑄態(tài)鐵素體形貌特征，且{lll}〈m;u;〉取向 鐵素體的平均晶粒尺寸均比(110)取向鐵素體的 大一些，這個現(xiàn)象顯示在低碳鋼帶或薄坯的鑄造過程中擇 優(yōu)生長確實(shí)存在.前期研究表明，從表面到厚度中心的鐵 素體晶粒尺寸分布與局部冷卻速度變化和5-鐵素體枝晶 形態(tài)變化有關(guān)[11].
2.2晶體學(xué)織構(gòu)
如圖2所示，實(shí)驗鋼A, B不同狀態(tài)鋼帶的晶體學(xué) 織構(gòu)均非常弱，反極圖最大強(qiáng)度值均在1.3左右.在這 些反極圖中，存在兩種特征取向組元：一是{lll}〈m;w〉, 其強(qiáng)度在總體上決定了低碳鋼的塑性異向性；另一個是 {114}〈_〉,偏離理想{001}〈咖0〉取向約20。,它與帶 鋼連鑄造成的枝晶傾斜有關(guān)[12].盡管進(jìn)行了不同工藝的 鋼帶鑄后熱處理，上述{114}〈mm;>織構(gòu)組元仍沒有完全 消除，表現(xiàn)出較強(qiáng)的織構(gòu)遺傳性.與實(shí)驗鋼A, B的上述 鋼帶相比，薄鑄坯C的不同切片的織構(gòu)特征有所不同， 如圖3所示，是典型的{lll}〈m;«;〉和{001}〈m;0〉組 元，反極圖的最大強(qiáng)度組元{lll}〈m;W>從表面到厚度中 心存在明顯變化：近表面為1.3左右，逐漸增加到2.5左 右，然后在厚度中心附近又減弱到1.7左右，這種織構(gòu)強(qiáng) 度變化與前述晶粒尺寸的變化趨勢基本相同.
2.3塑性異向性
圖4給出了實(shí)驗鋼帶A，B, C實(shí)測值與晶粒尺 寸的對應(yīng)關(guān)系（空心點(diǎn)數(shù)據(jù))，并將其與Karlyn等⑴的 結(jié)果（實(shí)心點(diǎn)數(shù)據(jù)）相比較.實(shí)驗鋼A, B不同狀態(tài)鋼帶 的實(shí)測值與{111}纖維取向鐵素體的平均晶粒尺寸 的對數(shù)間存在較好的線性關(guān)系，盡管該斜率（0.31)遠(yuǎn)低 于以前的數(shù)據(jù)（1.6—2.6)，它仍然表明增加{111}纖維取 向鐵素體晶粒尺寸對鋼的法向異向性有積極的影響.
