退火方式对深冲压钢板晶粒尺寸不均匀性的影响

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.04.037 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 退火方式对深冲压钢板晶粒尺寸 不均匀性的影响 刘恒三毛卫民陈冷冯惠平 北京科技大学材料系，北京100083 摘要对连续退火或罩式退火后的深冲钢板和超深冲钢板的组织以及织构进行了观测和 分析，结果表明，罩式退火后钢板表面晶粒比心部的细小，而连续退火后钢板表面晶粒比心 部的粗.这种区别主要来源于热轧钢板原有组织和织构的不均匀性，退火加热过程也会对钢 板表面和心部晶粒尺寸的不均匀性产生很大影响. 关键词冲压钢板连续退火罩式退火晶粒尺寸 分类号TG142.11;TG156.23 钢材的力学性能在很大程度上受晶粒尺寸 度方向明显的组织和织构的不均匀性，热轧钢板 的影响.然而，钢板内晶粒尺寸的分布往往是不 的这种不均匀性可能会对随后的冷轧、再结晶退 均匀的，这种不均匀性会对钢材性能带来一定 火过程产生一定的影响，甚至会带来后续的不均 影响，也会影响钢材晶粒尺寸检测的准确性. 匀性.目前人们对这一问题的认识尚不很完善， 在金属板材的加工过程中，无论是轧制过 有必要进行较为细致的研究， 程、升温过程，还是冷却过程，板材表面和心部常 常会处在不同的应力、温度状态，因而会产生组 1 实验材料和方法 织和织构沿厚度方向的不均匀分布.例如，在金 属板带材的热轧过程中，板材和轧辊间的摩擦会 实验选取宝钢、武钢和鞍钢生产的超深冲压 产生附加应力，这种应力在板材厚度方向的分布 退火钢板，以及市场上销售的日本新日铁、韩国 是不均匀的，对热轧板带材的金相组织的形成有 浦项、中国宝钢生产的冲压钢板，分别标以1,2， 明显的影响.在高速热轧下，剪切应力使板材表 3,4,5,6号，各钢板的主要化学成分如表1所示， 面形成明显的剪切带，残余剪切应力也造成了热 各冷轧钢板的厚度和最终退火方式如表2所示， 轧板材中的织构沿厚度方向的不均匀分布。 可以看出，除宝钢超深冲钢采用连续退火，其他 已有的研究表明，热轧加工会引起钢板厚 钢板都是采用罩式退火， 表1实验钢板成分（质量分数） Table 1 Composition of experimental steel sheets 号 序号 C 号 Mn 9 N Als Al 1 0.0019 0.012 0.08 0.009 0.0084 0.0023 0.037 0.067 2 0.0040 0.010 0.10 0.008 0.0090 0.0030 0.03 0.052 0.0030 0.018 0.13 0.008 0.0080 0.0012 0.047 0.044 4 0.04300.010 0.11 0.016 0.0110 ≤0.0020 5 0.0480 0.013 0.12 0.016 0.0070 ≤0.0020 6 0.0560 0.021 0.22 0.016 0.0120 0.0034 收稿日期2003-10-30 刘恒三男，26岁，硕士研究生 ★科技部“863"资助项目(No.2003AA331080,2001AA339030)

第 ‘ 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 姆 七 加 匕】 一 一 退火方式对深冲压钢板晶粒尺寸 不均 匀性的影响 刘 恒 三 毛 卫 民 陈 冷 冯 惠平 北 京科技大学 材料系 ， 北 京 摘 要 对 连 续退 火或罩式退 火后 的深 冲钢 板 和 超深 冲 钢 板 的组织 以及 织 构进 行 了观 测和 分析 结果 表 明 ， 罩式 退 火后 钢 板表 面 晶粒 比 心 部 的细 小 ， 而连 续退 火后 钢 板表 面 晶粒 比心 部 的粗 这 种 区别 主 要来源 于 热 轧钢 板 原有 组 织和 织 构 的不 均 匀性 ， 退 火 加 热 过 程 也 会 对 钢 板表面和 心 部 晶粒尺 寸的不 均匀 性产 生 很大 影 响 关键词 冲 压 钢 板 连续退 火 罩 式退 火 晶粒 尺 寸 分 类号 钢 材 的 力 学 性 能 在 很 大 程 度 上 受 晶粒 尺 寸 的影 响 然 而 ， 钢 板 内晶粒 尺 寸 的分 布往 往 是 不 均 匀 的‘ ， 这 种 不均匀 性会对 钢 材 性 能带 来 一 定 影 响 ， 也 会 影 响钢 材 晶粒 尺 寸检测 的准 确 性 在 金 属 板 材 的加 工 过 程 中 ， 无 论 是 轧 制 过 程 、 升温 过 程 ， 还 是冷 却过程 ， 板 材表 面 和 心 部常 常 会 处在 不 同 的应 力 、 温 度状 态 ， 因而 会 产 生 组 织 和 织 构 沿 厚度 方 向的不均 匀 分布 例 如 ， 在金 属 板 带材 的热 轧过 程 中 ， 板材和 轧辊 间 的摩 擦 会 产 生 附加 应 力 这种 应 力在 板材 厚度 方 向的分布 是不均 匀 的 ， 对 热 轧板 带材 的金 相 组织 的形 成 有 明显 的影 响口， 在 高速 热 轧 下 ， 剪切 应 力使板 材表 面形 成 明显 的剪切 带 ， 残 余 剪切 应 力也造 成 了热 轧 板材 中 的织 构 沿 厚度 方 向的不 均 匀 分 布“ ， 己 有 的研 究表 明 ‘习， 热 轧 加 工 会 引起 钢 板 厚 度 方 向明显 的组 织 和织 构 的不均 匀性 热 轧钢 板 的这种 不 均 匀 性 可 能会 对 随后 的冷 轧 、 再 结 晶退 火 过程 产 生 一 定 的影 响 ， 甚 至 会 带 来后 续 的不均 匀 性 目前 人 们 对 这 一 问题 的认 识 尚不 很 完善 ， 有 必 要 进 行 较 为细 致 的研 究 实验 材料 和 方 法 实验 选取 宝钢 、 武钢 和 鞍 钢 生产 的超 深 冲压 退 火钢 板 ， 以及 市场 上 销售 的 日本 新 日铁 、 韩 国 浦 项 、 中 国宝钢 生 产 的冲 压 钢 板 ， 分 别 标 以 ， ， ， ， ， 号 各钢 板 的主 要 化 学成 分 如表 所 示 各冷 轧钢 板 的厚度 和 最 终退 火方 式 如 表 所示 可 以看 出 ， 除宝钢 超 深 冲钢 采 用 连 续 退 火 ， 其 他 钢 板 都 是 采用 罩式退 火 表 实验钢 板成分 质最 分数 序号 一 一 ‘ 一 一 一 收稿 日期 一 卜 刘 恒 三 男 ， 岁 ， 硕 士研 究 生 科技 部 “ ，， 资助 项 目 、 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．04．037

378· 北京科技大学学报 2004年第4期 表2实验钢板厚度和最终退火方式 Table 2 Thickness and final anneal method of experimental steel sheets 序号 1 2 3 4 5 6 厚度mm 0.80 1.00 0.82 0.50 0.50 0.50 退火方式 连续退火 罩式退火 罩式退火 罩式退火 罩式退火 罩式退火 作为对比，对武钢生产的Q235热轧板进行 部晶粒尺寸的差异 相应的实验分析，以探讨热轧状态对板材的退火 图2显示了1号和3号钢板退火后在表层和 组织的影响. 中心部位统计检测的晶粒尺寸分布.根据所检测 采用常规金相方法和扫描电子显微镜（亿EO 的晶粒尺寸分布可以计算出平均晶粒尺寸值.其 一1450)配备的背散射电子衍射(EBSD)装备观察 分析计算结果列于表3.可以看出，除1号（宝钢 了各实验用钢板的晶粒组织.利用mage Tool3.0 超深冲钢板)表面平均晶粒尺寸比心部大以外， 专业图形处理软件对所观察晶粒的平均晶粒尺 其余各钢板及Q235热轧钢板表面平均晶粒尺寸 寸及其尺寸分布进行了定量检测和分析. 均比心部细小， 采用德国SEIMENS公司生产的D50O0X射线 图3给出了经测量和计算获得的部分实验钢 织构测试仪，测量了各钢板表层和中心层测量的 板表层和心部的取向分布函数2=45°截面图.参 110}、{200}和{112)极图，并计算取向分布函数 照图3(g)可以看出，各钢板表面和心部均具有较 (ODF). 强的{111}面织构，冷轧退火钢板表层在取向 2实验结果 {001}<110>和{111}<110>之间有一定取向密度分 布（图3(c,e):而心部的{111}面织构稍强一些，其 Q235热轧钢板横截面的晶粒组织如图1(a,b) 余的织构组分则比表面弱（图3(@）.检测表明， 所示，由图可以大致看出热轧板靠近表面部位的 Q235热轧板中表层和心部的取向密度分布同样 晶粒尺寸略小于中心部位的晶粒.图I(心，d)给出 存在较大的不均匀性.表层的主要织构组分为较 了不同冷轧钢板退火后的晶粒尺寸分布情况，但 弱的111}面织构；而心部不仅{111}面织构强度 由于从图1(c,d)中并不能明显看出钢板表层与心 有所增加，而且存在一定的立方织构（图3(a,b). (a)Q235热轧板表层 (b)Q235热轧板心部 (C)1号倒板经连续退火(EBSD图) 50m 部 图1部分实验钢板横截面的晶粒组织 Fig.1 Grain structures on the cross sections of some experimental steel sheets 层 (d)5号制板经草式返火

。 北 京 科 技 大 学 学 报 加 年 第 期 表 实验钢 板厚 度和 最 终 退 火 方 式 血 血 姆 序 号 厚度 退 火 方 式 连 续 退 火 罩式退 火 罩式退 火 罩式退 火 罩式 退火 罩式退火 作 为对 比 ， 对 武钢 生 产 的 热 轧板 进 行 相 应 的实验 分析 ， 以探 讨 热 轧 状态对 板材 的退火 组 织 的影 响 采 用 常规 金 相 方 法 和 扫 描 电子 显 微 镜 一 配 备 的背 散射 电子 衍 射 装 备观 察 了各 实验 用 钢 板 的 晶粒 组 织 利用 专 业 图形 处 理 软 件 对 所 观 察 晶粒 的平 均 晶粒 尺 寸及 其尺 寸 分 布进 行 了定 量 检测 和 分 析 采用 德 国 以 公 司 生 产 的 射 线 织 构测试 仪 ， 测 量 了各钢 板 表层 和 中心层 测 量 的 、 笼 和 极 图 ， 并计 算 取 向分 布 函 数 实验 结 果 热 轧钢 板横 截 面 的 晶粒 组 织 如 图 ， 所 示 ， 由图可 以大致 看 出热 轧板 靠近表 面 部 位 的 晶粒 尺 寸 略 小 于 中心 部 位 的 晶粒 图 ， 给 出 了不 同冷 轧钢 板退 火 后 的 晶粒 尺 寸 分 布情 况 ， 但 由于 从 图 ， 中并 不能明显 看 出钢 板表 层 与 心 部 晶粒 尺 寸 的差 异 图 显 示 了 号和 号钢 板 退 火后 在 表 层 和 中心 部 位 统 计 检测 的 晶粒 尺 寸 分布 根据 所检测 的 晶粒 尺 寸 分布 可 以计 算 出平 均 晶粒尺 寸值 其 分 析 计 算 结 果 列 于 表 可 以看 出 ， 除 号 宝 钢 超 深 冲 钢 板 表 面 平 均 晶粒尺 寸 比心 部 大 以外 ， 其 余各 钢 板 及 热 轧钢 板表 面 平 均 晶粒 尺 寸 均 比心 部 细 小 图 给 出 了经测 量 和计 算 获得 的部 分 实 验钢 板 表 层 和 心 部 的取 向分 布 函数仇 截面 图 参 照 图 可 以看 出 ， 各 钢 板表 面 和 心 部 均 具 有较 强 的 面 织 构 冷 轧 退 火 钢 板 表 层 在取 向 毛 和 之 间有 一 定取 向密度 分 布 图 ， 而 心 部 的 面 织 构稍 强 一 些 ， 其 余 的织 构 组 分 则 比表 面 弱 图 氏助 检 测 表 明 ， 热 轧 板 中表 层 和 心 部 的取 向密 度 分 布 同样 存 在较 大 的不均 匀 性 表 层 的主 要 织 构 组 分 为较 弱 的 面 织 构 而 心 部 不 仅 面 织 构强度 有所 增 加 ， 而 且 存 在 一 定 的立 方 织 构 图 动 热轧板表层 伪 热轧板心部 心 部 号钥板经连续退火 图 图 部分 实验钢 板横截面 的 晶粒组织 啥 恤 成 川 比 耽廿。 即 口 妇 表 层 号俐 板经罩 式 退火

Vol.26 No.4 刘恒三等：退火方式对深冲压钢板晶粒尺寸不均匀性的影响 ·379。 (a)1号钢板表面 35 (b)1号钢板心部 30 30 20 20 蜜 0 510 20304050 510 20304050 晶粒尺寸/m 晶粒尺寸m 50 (c)5号钢板表面 50 (d)5号钢板心部 % 30 30 20 20 10 10 0 0 10 20 30 0 10 20 30 晶粒尺寸m 晶粒尺寸/m 图2部分实验钢板的晶粒尺寸分布 Fig.2 Grain size distributions of some experimental steel sheets 表3实验钢板平均晶粒尺寸 Table 3 Average grain sizes of experimental steel sheets 序号 1 2 3 4 5 6 Q235 表层 20.5 14.5 14.4 17.5 10.3 14.3 10.5 心部 17.0 16.7 17.4 18.0 12.0 14.8 13.0 (a) 6, (c) (d) (c) ◆{001}<100 (g) ■f001)<110> A(111)<110> Pf111}<112> 口{110)<110> 0{110}<001> △f112)<110> 02=45° 图3实验钢板织构0DF(@,=45°截面图，密度水平2,4,8).(a)Q235热轧板表层；b)Q235热轧板心部；(c)1号钢板 表层；(d)1号钢板心部；()3号钢板表层；(03号钢板心部：(g),=45°截面上的重要取向位置 Fig.3 ODF textures of experimental steel sheets(:=45 section,density levels:2,4,8):(a)Surface texture of hot rolling Q235 plate;(b)Center texture of hot rolling Q235 plate;(c)Surface texture of steel sheet 1;(d)Center texture of steel sheet 1;(e)Surface texture of steel sheet 3;(f)Center texture of steel sheet 3;(g)Important orientation positions in the section at ,=45°

匕 刘恒 三 等 退 火 方 式对 深 冲压 钢 板 晶粒尺 寸不 均 匀性 的影 响 号钢板表面 伪 号钢板心部 凡内 八“︸、﹃ 芝 奉 五 · ，‘，， ︸ 军五芝 粒尺 寸小 晶粒尺 寸 阿 号钢板心部 峙︸、月︸ “︸ 内一、 八“︸ 军妇芝 瓜 ’ 军妞中毅 晶粒 尺 寸 脚 晶粒 尺 寸 脚 图 部分实验钢 板 的晶粒 尺 寸 分布 馆 · 加 ，七 坛 蛇 加 ，概 妇 表 实验 钢板平均 晶粒 尺 寸 七 序 号 表 层 心 部 飞 ， 〔 二 、 下 一 ， 中 今 一 ▲ 甲 口 夏 △ 毛 图 实验钢 板 织构 印 闷 截面 图 ， 密度水平 ， ， 热 轧板 表 层 热 轧板 心 部 号 钢板 表层 号 钢板 心 部 佃 号 钢 板 表 层 仍 号 钢板 心 部 仍 “ 截面 上 的重要取 向位 置 褚 璐 冲 ， 价 “ ， ， ， 助 代 代 仍 代 妞 玩 闷

·380· 北京科技大学学报 2004年第4期 3讨论 晶粒的主要原因 由上面对热轧板的分析可知，钢板在热轧后 在钢材的塑性变形加工、相变和再结晶过程 通常表面的平均晶粒尺寸较心部细小.但从连续 中各晶粒的取向均会按照某种规则演变或转化， 退火的1号钢板晶粒尺寸分布图（图2(a,b)》观察 因而产生织构.锅钢材各部位最终织构的不同，能 到，钢板心部的晶粒在10-15m处有分布密度峰 够一定程度说明各部位经历了不同的加工过程. (图2b),而钢板表面的晶粒在较高的15~20m 因此上述实验结果表明（图3），各钢板在加工过 处有分布密度峰（图2(a),并且从统计出来的晶 程中沿厚度方向上生成了一定程度的组织和织 粒尺寸数据（表3）也可以看出表层品粒的平均晶 构的不均匀性，分析表明，钢板的表面和中心部 粒尺寸要大于心部. 位在热轧过程中经历了不同的热过程和受力过 在单片金属的加热退火过程中热量会由外 程，因此易造成表面较细的晶粒组织 向内传输，并由内向外散失.因此金属表面总是 钢板在热轧过程中，会发生组织的动态再结 先于内部升温，先于内部降温，图4给出了这一 晶、静态再结晶以及相应的相变过程，热加工的 加热过程的示意图. 晶粒尺寸与轧制压下量、轧制温度、终轧温度和 初始奥氏体晶粒尺寸等因素有关.适当控制热加 温度t 工的工艺参数，可以细化终轧后的晶粒组织.通 常的观察表明，热轧钢板表面的晶粒尺寸一般比 心部细小，这与本次对Q235热轧钢板观察到的 情况一致.通常认为，热轧钢板表面在塑性加工 过程中，其变形温度较低.低温会使再结晶过程 加热时间x 中形核率明显提高，进而减小了表面层的晶粒尺 图4单片金属加热过程中升温和降温示意图 寸m.另一方面，热轧过程中轧辊和钢板表面间会 Fig.4 Sketch of the heating and cooling process of single metal plates 因摩擦作用而产生较大的剪切应力，剪切应力沿 轧板法线方向由表及里逐步递减.表面剪切应 冲压钢板的连续退火通常选用800℃以上的 力提高可间接促进形核率的增加和晶粒尺寸的 较高温度，并在数分钟内完成退火过程.其工艺 减小m.研究表明，在A温度附近进行塑性加工 特点在于单片进入加热炉、升温速度快、退火温 可发生形变诱导相变进而产生细化晶粒的效果， 度高、加热时间短、冷却速度快，尤其较高的升温 甚至达到极细小的微米级铁素体晶粒®).常规 速度会使图4所示的单片钢板表面与心部的温 热轧钢板表面的热变形过程有可能局部降低到 度差明显加大，在这种情况下，钢板表面温度快 A,温度附近，从而导致表面细小的铁素体晶粒. 速上升至800℃以上，先于心部完成再结晶过 目前多数冲压钢板采用罩式炉约700℃退火 程.当钢板心部进入再结晶过程时，钢板表面则 几十小时.罩式退火工艺的特点是钢板成卷装 可能已经一定程度地进入了再结晶以后的晶粒 炉、加热时间长、升温速度慢.这样在升温过程中 长大阶段， 钢板表面和心部的温差较小.与加热过程钢卷内 仔细观察图2()可以发现钢板表面晶粒相对 外的温差相比，钢板表面和心部的温差小到可以 于心部在4045m处还有一个小的分布密度峰， 忽略.因此，钢板表面和心部晶粒组织的差异主 这显示表层某组晶粒曾以更快速地长大，因而也 要不是起因于再结晶退火过程，而是来源于退火 可反映出表面晶粒经历了更有利于长大的温度 前表面和心部已有的组织结构差异，图1(a,b)所 环境.上面已经谈到，热轧钢板组织的不均匀性 示的晶粒组织及图3(a,b)所示的织构分布都证实 会造成表层组织在最终退火过程中较高的再结 热轧钢板表面和心部确实存在着明显差异，如上 晶形核率和较小的晶粒尺寸，因此再结晶后表面 所述，热轧后钢板表面的平均晶粒尺寸小于心 层应该具有较高晶界能以驱动再结晶后的晶粒 部.在同样的再结晶加热过程中，较细的原始晶 长大过程.一旦外界给予晶粒长大的加热条件， 粒尺寸在冷轧后的退火过程中容易增加再结晶 表层晶粒就会快速长大，甚至超过钢板心部的晶 形核率周.这应是罩式退火后钢板表面获得较细 粒尺寸.连续退火过程后期的强制快速冷却使得

即 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 讨 论 在 钢 材 的塑 性变 形 加 工 、 相变 和 再 结 晶过 程 中各 晶粒 的取 向均会 按 照 某种 规则 演变或转化 ， 因而 产 生 织 构 钢 材 各 部位 最 终 织 构 的不 同 ， 能 够 一 定程度 说 明各 部位经 历 了不 同 的加 工 过程 因此 上 述 实验 结 果表 明 图 ， 各钢 板 在 加 工 过 程 中沿 厚 度方 向上 生 成 了一 定程 度 的 组 织 和 织 构 的不 均 匀 性 分 析表 明 ， 钢 板 的表 面 和 中心 部 位 在 热 轧 过 程 中经 历 了不 同 的热 过 程 和 受 力 过 程 ， 因此 易造 成 表 面较 细 的 晶粒 组 织阁 钢 板在 热 轧 过程 中 ， 会 发 生 组 织 的动 态 再 结 晶 、 静态 再 结 晶 以及 相 应 的相 变 过 程 热加 工 的 晶粒 尺 寸 与 轧 制压 下 量 、 轧制 温 度 、 终轧 温 度 和 初 始 奥 氏体 晶粒尺 寸等 因 素有关 适 当控制 热 加 工 的工 艺 参 数 ， 可 以细 化 终 轧 后 的 晶粒 组 织 通 常 的观 察表 明 ， 热 轧钢 板表面 的 晶粒 尺 寸 一般 比 心 部 细 小 ， 这 与本 次对 热 轧钢 板 观 察 到 的 情况 一 致 通 常 认 为 ， 热 轧 钢 板表 面 在塑 性 加 工 过程 中 ， 其变 形温 度较低 低 温会 使再 结 晶过程 中形 核 率 明显 提 高 ， 进 而减小 了表 面层 的 晶粒 尺 寸「，， 另 一方 面 ， 热 轧过程 中轧辊和 钢 板表 面 间会 因摩擦 作 用 而产 生较大 的剪切 应 力 剪切 应 力沿 轧板 法 线方 向 由表及 里 逐 步递 减 ‘， 表 面 剪切 应 力提 高可 间接促进 形核 率的增加 和 晶粒 尺 寸 的 减 小 ‘刀 研 究表 明 ， 在 七 温度 附近进 行 塑 性 加 工 可 发 生形 变诱 导相 变进 而产 生细 化 晶粒 的效果 ， 甚至 达 到 极 细 小 的微 米 级 铁 素 体 晶粒 ‘ ， 常 规 热 轧钢 板 表 面 的热 变 形 过 程 有 可 能局 部 降低 到 ，温度 附近 ， 从而 导致表面 细 小 的铁 素 体 晶粒 目前 多数 冲 压 钢 板采用 罩 式炉 约 ℃ 退火 几 十 小 时 罩 式 退 火 工 艺 的特 点 是 钢 板 成 卷 装 炉 、 加 热 时 间长 、 升温速度 慢 这样 在 升温 过程 中 钢 板表 面 和 心 部 的温差较 小 与 加 热 过程钢 卷 内 外 的温差 相 比 ， 钢 板表 面 和 心 部 的温差 小 到可 以 忽 略 因此 ， 钢 板 表 面和 心 部 晶粒 组 织 的差 异 主 要 不 是起 因于 再 结 晶退 火 过程 ， 而 是来源 于 退 火 前 表 面 和 心 部 已有 的组 织 结构 差 异 图 ， 所 示 的 晶粒组 织 及 图 所 示 的织 构 分 布 都 证 实 热 轧钢板 表面 和 心 部确 实存 在 着 明显 差 异 如 上 所 述 ， 热 轧 后 钢 板 表 面 的平 均 晶粒 尺 寸 小 于 心 部 在 同样 的再 结 晶加 热 过程 中 ， 较细 的 原始 晶 粒尺 寸 在 冷 轧后 的退 火 过 程 中容 易 增 加 再 结 晶 形 核 率 ， 这 应 是 罩式退 火 后 钢板 表 面 获得 较细 晶粒 的主 要 原 因 由上 面对 热 轧 板 的分析可 知 ， 钢 板 在热 轧后 通 常表面 的平 均 晶粒尺 寸较心 部细 小 但 从连续 退 火 的 号 钢 板 晶粒尺 寸 分 布 图 图 ， 观 察 到 ， 钢 板心 部 的 晶粒在 一 卿 处有分布密度峰 图 伪 ， 而 钢 板表 面 的 晶粒 在 较 高 的 巧 卜 处 有分 布密度 峰 图 ， 并 且 从 统 计 出来 的 晶 粒 尺 寸数据 表 也 可 以看 出表层 晶粒 的平 均 晶 粒 尺 寸要 大 于 心 部 在 单 片 金 属 的 加 热 退 火 过程 中热 量 会 由外 向 内传 输 ， 并 由 内 向外 散 失 因此 金属 表 面 总 是 先 于 内部 升 温 ， 先 于 内部 降温 图 给 出 了这 一 加 热 过 程 的示 意 图 温 度 加 热 时 间丁 图 单 片金属 加 热 过 程 中升温 和 降温 示意 圈 哈 卜 胜 血 幼 似哪 妞 肠 冲 压 钢 板 的连 续退 火通 常选用 ℃ 以上 的 较高 温 度 ， 并在 数 分钟 内完成 退 火 过程 其工 艺 特 点在 于 单 片进 入 加 热 炉 、 升 温 速 度 快 、 退 火温 度 高 、 加 热 时 间短 、 冷 却速度 快 尤其 较 高 的升温 速 度 会 使图 所 示 的单 片 钢 板 表 面 与 心 部 的温 度 差 明显 加 大 在 这 种 情 况 下 ， 钢 板表 面 温 度快 速 上 升 至 ℃ 以上 ， 先 于 心 部 完 成 再 结 晶过 程 当钢 板 心 部进 入 再 结 晶过 程 时 ， 钢 板表 面 则 可 能 已 经 一 定 程 度 地 进 入 了再 结 晶 以后 的 晶粒 长 大 阶段 仔 细观 察 图 可 以发现钢 板表 面 晶粒相对 于心 部在 小 林 处还 有 一个 小 的分 布密 度 峰 ， 这 显 示表层 某 组 晶粒 曾 以更 快速地 长 大 ， 因而 也 可 反 映 出表 面 晶粒 经 历 了更有 利 于 长 大 的温度 环 境 上 面 己 经 谈 到 ， 热 轧钢 板 组 织 的不 均 匀 性 会 造 成 表 层 组 织 在 最 终 退 火 过 程 中较 高 的再 结 晶形核 率和 较 小 的 晶粒尺 寸 ， 因此 再 结 晶后表 面 层 应 该 具 有 较 高 晶 界 能 以驱 动 再 结 晶后 的 晶粒 长 大过 程 一 旦 外 界给 予 晶粒长 大 的加 热 条件 ， 表 层 晶粒 就会快 速 长 大 ， 甚至超过钢 板心 部 的晶 粒尺 寸 连 续退 火过程 后 期 的强制快速冷却 使得

Vol.26 No.4 刘恒三等：退火方式对深冲压钢板晶粒尺寸不均匀性的影响 381· 钢板心部不能得到与表面同样的晶粒长大条件， during thick-plate rolling [J].J Mater Process Technol, 从而导致连续退火的冲压钢板表面晶粒大于心 2001,113:581 部（图1(c),图2(a,b)和表3）. 4 Sakai T,Saito Y,Kato K.Texture formation in low carbon Ti bearing steel sheets by high speed hot rolling in ferrite 4结论 region [J].ISIJ Int,1988,28(12):1036 5 Park Y B,Park J,Chin K G.Through-thickness texture 冲压钢板在加工过程中其晶粒尺寸分布沿 gradient and formability in IF steel [A].Thermomechan- 厚度方向均存在一定的不均匀性.热轧钢板的表 ical Processing of Steel:J J Jonas Symposium(Canada) 面晶粒尺寸通常小于心部，因此在冷轧之后的罩 [C].Canadian Institute of Mining,Metallurgy and Petro- leum,2000.439 式退火过程中表面会有较高的再结晶形核率，从 6毛卫民，刘恒三，杨平，等.终轧温度对Q235热轧钢 而导致表面较细的平均晶粒尺寸，连续退火过程 板晶粒组织的非常规影响[]金属热处理，2004,29 中钢板升温速度快，表面会经历比心部更充分的 (4):20 加热过程.这使得钢板表面先于心部完成再结 7 Maciej Pietrayk,Zbigniew Kedzlerski,Halina Kusiak,et 晶，并实现一定程度的晶粒长大过程，造成表面 al.Evolution of the microstructure in the hot rolling pro- 的晶粒平均尺寸大于心部， cess []Steel Res,1993,64(11):549 8毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性M).北 参考文献 京：科学出版社，2002.47 1 Sinczak J,Majta J,Glowacki M,et al.Prediction of mech- 9 Burke J E,Turnbull D.Recrystallization and grain growth anical properties of heavy forgings [J].J Mater Process [J.Prog Met Phys,1952,220(3):220 10 Hurley P J,Hodgson P D.Formation of ultra-fine ferrite Technol,.1998,80-81:166 in hot rolled strip:potential mechanisms for grain refine- 2 Majta J,Zurek A K.Modeling of ferrite structure after de- ment [J].Mater Sci Eng,2001,A302:206 formation in the two-phase region [J].Int JPlast,2003,19: 707 1】杨平，张栋华，孙祖庆.Q235碳素钢超细铁素体在奥 氏体内的形核).北京科技大学学报，2002,24：211 3 Park J J.Prediction ofthe flow stress and grain size of steel Influence of Annealing Processes on Grain Size Inhomogeneity in Deep Drawing Steel Sheets LIU Hengsan,MAO Weimin,CHEN Leng,FENG Huiping Department of Materials,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The structure and texture of continuous or batch annealing deep drawing and extra-deep drawing steel sheets were observed and analyzed.The results indicate that the surface grain size of the steel sheets is smaller than that of the center by batch annealing,while it is on the contrary of the steel sheets by continuous annealing.The difference is mainly resulted from the original structure and texture inhomogeneity of hot rolled steel plates,and the process of heating and annealing can also have a great effect on the inhomogeneity of the surface and center grain sizes in the steel sheets. KEY WORDS deep drawing steel;continue annealing;batch annealing;grain size

、勺 刘恒 三 等 退 火 方 式对深 冲压 钢 板 晶粒尺 寸不均 匀性 的 影 响 钢板心 部不 能得 到 与表面 同样 的 晶粒 长 大条件 ， 从 而 导致 连 续退 火 的冲 压 钢 板 表 面 晶粒 大 于 心 部 图 ， 图 和 表 结论 冲 压 钢 板 在 加 工 过 程 中其 晶粒 尺 寸 分 布 沿 厚度方 向均存在一 定 的不均 匀 性 热 轧钢 板 的表 面 晶粒 尺 寸通 常 小 于 心部 ， 因此在 冷 轧之 后 的罩 式退火过程 中表 面会有较 高 的再 结 晶形 核 率 ， 从 而 导致表 面较 细 的平 均 晶粒 尺 寸 连 续退 火过程 中钢 板升温速度 快 ， 表 面会 经 历 比心 部 更 充 分 的 加 热 过 程 这 使 得 钢 板表 面 先 于 心 部完 成 再 结 晶 ， 并 实现 一 定 程度 的 晶粒 长 大过程 ， 造 成 表 面 的 晶粒 平 均 尺 寸大 于心 部 参 考 文 献 ， ， 即 ， ， ， 一 ， 幻刀 一 ， ， 泳 面 一 ， ， ， ， ， ， ， ， 一 孚 【 ， ， 切 ， 毛 卫 民 ， 刘 恒三 ， 杨平 ， 等 终轧温 度对 热 轧钢 板 晶粒 组 织 的非 常规影 响 金 属 热 处 理 ， ， ， ， ， 刀 ， ， 毛 卫 民 金 属材 料 的 晶体学 织构与 各 向异 性 北 京 科 学 出版 社 ， ， ， ， ， 一 ， ， 杨 平 ， 张 栋 华 ， 孙 祖庆 碳 素钢 超细铁 素体在 奥 氏体 内的形 核 闭 北 京科 技 大 学 学报 ， ， ， 几侧 肠 ， ， 扮 ， 加 ， ， 叮 叮 议 ， 田 月免 ” 叮 ， 胡 坛 叭 『