ASP+罩式退火工艺下Ti-IF钢析出相研究

张 磊

（山东钢铁股份有限公司,济南 250100）

ASP+罩式退火工艺下Ti-IF钢析出相研究

张 磊

（山东钢铁股份有限公司,济南 250100）

对ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下生产的Ti-IF钢，定量研究其热状态和退火态的析出相。在热轧工序未发现TiC二相粒子析出，而发现少量FeTiP二相粒子析出，FeTiP在基体中起强化作用，并阻碍有利织构的形成，其存在对Ti-IF钢的成型性能有害。

ASP中薄板坯连铸连轧；罩式退火；析出相

1 前言

IF钢优异的深冲性能是由于基体内不含C、N等间隙原子，同时有大量的{111}织构存在。IF钢的性能特点与析出物密切相关，大量研究表明[1]，粗大稀疏的第二相粒子是保证IF钢{111}织构充分发展、获得优异成形性能的重要条件。深入了解IF钢在热轧和退火工艺过程中的析出行为，是IF钢物理冶金的重要组成部分，并能更好的掌握提高IF钢深冲性能的规律，使IF钢的生产与应用向深度与广度发展。

2 试验过程及结果

试验材料选择济钢ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下批量生产的Ti-IF钢，定量研究其热轧态和退火态的析出相。试样具体熔炼成分如表1所示，主要生产工艺参数为：热轧终轧目标温度900℃，热轧卷取目标温度720℃，罩式退火温度720℃/740℃（冷点/热点）。

表1 试验钢种化学成分（wt ％）

析出物的定量分析应用碳膜萃取复型技术制备样品，采用化学相分析的方法提取第二相，借助X射线衍射分析方法鉴定各析出相的类型，在透射电镜下分析析出物数量、形态、大小及分布，并进行能谱分析。表2为X射线衍射分析方法鉴定出的各析出相的类型。通过对相中各元素的测定，计算出各相的量及各元素占合金的质量分数，结果如表3所示。

3 试验结果讨论

从表2、表3中可以看出，在ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下，热轧后钢中存在的二相粒子包括TiN、Ti2CS、FeTiP和极少量的AlN，没有发现TiC粒子，但发现了少量的FeTiP粒子。退火后，钢中存在TiN、Ti（C,N）、Ti2CS、FeTiP和极少量的AlN。其中热轧工序与退火工序所生成的TiN、Ti2CS和AlN二相粒子总量相当，说明这三种粒子在热轧工序已经完全析出，经冷轧、退火后总量未发生变化，热轧工序是控制上述三种粒子分布、形貌及含量的关键。退火工序后FeTiP粒子大量析出，并析出一定量的TiC粒子。

表2 第二相结构分析结果

图1 IF钢中的第二相粒子的析出起始温度

由图1可知，Ti-IF钢析出物稳定性顺序为TiN、TiS、Ti2CS，钢中析出物的析出顺序为TiN-TiS-Ti2CS-TiC。Ti、N原子具有强的结合能力，在高温时开始形成TiN，冷却过程中继续析出，在热轧工序TiN粒子已经全部析出。高温时TiS作为主要的硫化物析出，而在低温时，Ti2CS的稳定性比TiS强，TiS附近的C被吸收转为为Ti2CS，Ti2CS的析出占主导地位，当Mn含量高于临界值时会同S结合生成MnS，TiC在铁素体中析出，热轧工序高温卷取可促进TiC在析出和长大[2]。

试验钢种热轧和退火工序均未发现MnS二相粒子，说明钢中Mn含量控制在临界值以下。在热轧工序未发现TiC粒子，原因可能是C含量较低，热轧过程中高温析出的TiS在低温时优先与固溶C结合生成Ti2CS后，剩余C原子与Ti结合的动力学条件不足，不能使 TiC粒子的析出；罩式退火工艺较长的保温时间和较高的保温温度，为TiC缓慢析出提供条件，使TiC粒子析出，该粒子以TiN为形核中心，形成Ti（C,N）。

图2 FeTiP析出相粒子（a）（c）形貌；（b）（d）能谱

需要特别关注的是，在热轧工序发现了FeTiP粒子，其图像和能谱如图2所示，FeTiP粒子成球状或椭球状，粒子尺寸在50-70nm。FeTiP在基体中起强化作用，并阻碍有利织构的形成，其存在对成型板来说是有害的。相关报道认为，对于Ti-IF钢，FeTiP、（Ti,Mn）S粒子在热轧板中都不存在，经罩式退火后均析出这两相，而连续退火处理却不析出这2种析出物[3]。

分析热轧工序出现FeTiP二相粒子的原因。从表3各元素的量化值可以看出，热轧后用去了0.02％的Ti，退火后用了0.035％的Ti，形成了Ti的化合物，退火比热轧多用了0.015％的Ti；钢中总Ti含量是0.062％，经过热轧、退火工序后，基体中还剩下0.027％的自由Ti。热轧后形成的二相粒子用去了0.001％的P，退火后形成的二相粒子用了0.007％的P，退火比热轧多用了0.006％的P，钢中总P含量是0.013％，基体中还剩下0.006％的自由P。Ti和P的过剩是造成热轧工序FeTiP粒子析出的原因。Ti-IF钢经罩式退火工艺析出更多的FeTiP相，主要是由于罩式退火工艺具有较长保温时间，有利于新相的缓慢析出。此外过剩的Ti和P原子对新生晶界的拖曳作用，使组织中的最终晶粒尺寸变小，这也是导致钢板强度高的原因之一。

4 结论

（1）ASP中薄板坯连轧连轧和罩式退火工艺下，Ti-IF钢中Mn含量控制在较低水平，可有效防止MnS二相粒子析出；C含量较低的情况下，热轧工序不析出TiC二相粒子，在后续罩式退火过程中TiC粒子TiN为形核中心，形成Ti（C,N）

（2）P含量偏高，将使FeTiP二相粒子在热轧工序析出，该粒子在基体中起强化作用，并阻碍有利织构的形成，其存在对成型板来有害。生产过程中为提高Ti-IF钢成形性能，在实际生产过程中，应强化炼钢过程操作，使P含量尽量按下限控制，并使过剩Ti控制在较低水平。

[1]商建辉，王先进，蒋冬梅等.卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子及晶粒尺寸的影响[J].钢铁,2002,37（05）：43-47.

[2]景财年，王作成，韩福涛.IF钢的析出物[J］.材料导报，2005,19（05）：50-52.

[3]Mendoza R, Alanis M , Alvarez-Fregoso O,et al.Processing conditons of an ultra low crabon Ti stabilised steel developed for automotive applications[J].Scr Mater,2000,43（08）：771.

表3 热轧态和退火态Ti-IF钢内析出物的类型和所占合金的质量分数

张磊（1981—），男，2006年毕业于山东大学材料加工工程专业，工程师，主要从事：汽车和家电用钢新产品开发工作。