材料加工组织性能控制(第三章)48862.pptx

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1、3.3.热形变过程中钢的组织变化热形变过程中钢的组织变化(低低碳钢、低碳合金钢）碳钢、低碳合金钢）3.1 3.1 控制轧制概念控制轧制概念 控控控控制制制制轧轧轧轧制制制制(Controlled(Controlled rolling)rolling)：热热轧轧过过程程中中通通过过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，获得细小晶制，使热塑性变形与固态相变结合，获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。新工艺。TMCP(Thermo TMCP(Thermo Mo

2、mechanical Momechanical Controlled Controlled Processing)Processing)：图3-l 各种轧制程序的模式图 CR-控制轧制；AcC一控制冷却图3-2 控制轧制和控制冷却奥氏体和铁素体的组织变化模式图(轧制温度向右边降低。上层的组织表示轧制带来的奥氏体组织的变化，下层表示奥氏体开始相变后不久的组织，特别是下层表示铁素体核的生成地点)轧制三个阶段：控冷作用：控制轧制的实质控制轧制的实质控制轧制的实质控制轧制的实质：(1)(1)尽可能降低加热温度，尽可能降低加热温度，目的：目的：(2)(2)在中间温度区在中间温度区(如如900900 C

3、C 以上以上)通过反复再通过反复再结结晶使奥氏体晶粒微细化。晶使奥氏体晶粒微细化。(3)(3)加大奥氏体未再结晶区的累积压下量，增加加大奥氏体未再结晶区的累积压下量，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。控制轧制机理：控制轧制机理：（1 1）Hall-PetchHall-Petch关系式：关系式：（1 1）（2 2）断口转变温度）断口转变温度FATT(Fracture Appearance FATT(Fracture Appearance Transition Temperature)Transition Temperature)：(2)(2)

4、图3-3 多道次轧制时轧制温度的影响(实验室数据)0.18C-1.36Mn钢，各道次压下率20，9个道次轧制到20mm 轧制温度变化范围(开始一结束)为200C 图3-4 轧制温度对铁素体晶粒直径、屈服点及断口转变温度的影响 实验室数据：0.14C-1.3Mn-0.03Nb系钢，RT为加热温度，FT为终轧温度控制轧制的类型：控制轧制的类型：控制轧制方式示意图(a)奥氏体再结晶区控轧；(b)奥氏体未再结晶区控轧；(c)(+)两相区控轧（1）奥氏体再结晶区控制轧制(又称I型控制轧制)条件：950以上再结晶区域变形。主要目的：对加热时粗化的初始晶粒轧制再结晶细化相变后细小的晶粒。相变前的晶粒越细，相

5、变后的晶粒也变得越细。（2 2）奥氏体未再结晶区控制轧制）奥氏体未再结晶区控制轧制(又称为又称为型控型控制轧制制轧制)条件：条件：950 950 C CArAr3 3之间进行变形。之间进行变形。目的：目的：晶粒沿轧制方向伸长，晶粒沿轧制方向伸长，晶粒内部产生形晶粒内部产生形变带。晶界面积变带。晶界面积，的形核密度的形核密度 ，进一步促，进一步促进了进了 晶粒的细化。晶粒的细化。(3)(3)(+)两相区轧制两相区轧制 条件：条件：ArAr3 3点以下轧制。点以下轧制。目的：目的：1 1）未相变）未相变 晶粒更加伸长，在晶内形成形晶粒更加伸长，在晶内形成形 变带，相变形成微细的多边形晶粒；变带，相

6、变形成微细的多边形晶粒；2 2）已相变后的）已相变后的 晶粒变形，于晶粒内形成晶粒变形，于晶粒内形成亚结构，因回复变成内部含有亚晶粒的亚结构，因回复变成内部含有亚晶粒的 晶粒。晶粒。组织：大倾角晶粒和亚晶粒的混合组织。组织：大倾角晶粒和亚晶粒的混合组织。影响：强度升高影响：强度升高，脆性转变温度，脆性转变温度（亚晶的出亚晶的出现现）。控制轧制三阶段示意图和各阶段的组织变化控制轧制三阶段示意图和各阶段的组织变化3.2 3.2 控制轧制工艺特点控制轧制工艺特点(1)(1)控制加热温度控制加热温度 加热温度决定轧制前奥氏体晶粒加热温度决定轧制前奥氏体晶粒的大小，温度越低晶粒越细。的大小，温度越低晶粒

7、越细。图3-5含微量添加元素的奥氏体晶粒成长情况低温加热优点：（1）避免奥氏体晶粒变粗大。（2）缩短延迟冷却时间，粗轧和精轧几乎可连续进行。缺点：（1）要减小板坯的厚度。（2）含铌钢中铌未固溶，达不到预期的析出强化效果。(2)控制轧制温度奥氏体区轧制：要求最后几道次的轧制温度要低。原因：低碳结构钢的终轧温度：含Nb钢的终轧温度：(3)控制变形程度：(+)两相区轧制：压下率的增加会使位错密度两相区轧制：压下率的增加会使位错密度增大，亚晶发达和产生织构等，使钢材的强度升高，增大，亚晶发达和产生织构等，使钢材的强度升高，低温韧性得到改善。低温韧性得到改善。1 1）轧制不含）轧制不含NbNb的普通钢的

8、普通钢 ：2 2）轧制含）轧制含NbNb钢钢 ：I I型控制轧制原则：型控制轧制原则：1)1)连续轧制，不要间歇，尤其在连续轧制，不要间歇，尤其在 的高温侧的高温侧(动态再结晶区动态再结晶区)，原因：原因：2)2)道次变形量应大于临界变形量，使全部晶粒能进行道次变形量应大于临界变形量，使全部晶粒能进行再结晶，避免混晶产生。再结晶，避免混晶产生。原因：原因：(4)(4)控制轧后冷却速度控制轧后冷却速度 钢材于轧后冷却除采用空冷外，还可以采用吹钢材于轧后冷却除采用空冷外，还可以采用吹风，喷水，穿水等冷却方式。由于冷却速度的不风，喷水，穿水等冷却方式。由于冷却速度的不同，钢材可以得到不同的组织和性能

9、。同，钢材可以得到不同的组织和性能。3.3 3.3 控制轧制的效应控制轧制的效应 (1)(1)使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的改善。使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的改善。原理：细化晶粒。常规轧制工艺：铁素体晶粒原理：细化晶粒。常规轧制工艺：铁素体晶粒7 78 8级；控制轧制工艺：铁素体晶粒可达级；控制轧制工艺：铁素体晶粒可达1212级，级，直径可为直径可为5 5 mm。(2)(2)可节省能源和使生产工艺简化可节省能源和使生产工艺简化 途径：降低钢坯的加热温度；取消轧后的常化处途径：降低钢坯的加热温度；取消轧后的常化处理或淬火回火处理。理或淬火回火处理。表表3-1 36CrSi3-1 36C

10、rSi钢用控轧工艺和用常规工艺后的机械性能钢用控轧工艺和用常规工艺后的机械性能机械性能加工方式b(N/mm2)0.2(N/mm2)5(%)(%)(Jcm2)HRC高温控制轧制工艺常规工艺1000103085085078583560064012148384640426075404531-（3）可以充分发挥微量合金元素的作用 常规轧制，加入Nb、V：控制轧制，加入Nb、V：采用控制轧制工艺时要考虑到轧机的设备条件。3.43.4钢的奥氏体形变与再结晶钢的奥氏体形变与再结晶3.4.13.4.1热变形过程中的奥氏体再结晶行为热变形过程中的奥氏体再结晶行为3.4.1.1 3.4.1.1 动态再结晶动态再结

11、晶冷加工：冷加工：高温变形：高温变形：真应力-应变曲线由三阶段组成：第一阶段：加工硬化及软化共存，但硬化程度超过软化程度；第二阶段：发生动态再结晶。动态再结晶临界量c：OABC曲线的最大应力值曲线的最大应力值 p p(或或 s s)、T T之间可用之间可用Zener-HollomonZener-Hollomon因子因子Z Z表示：表示：式中Z：温度补偿变形速率因子；A：常数；n：应力指数；Q：变形活化能；R：气体常数；T：绝对温度。OABC为什么金属的变形应力高于原始状态为什么金属的变形应力高于原始状态(即退火状态即退火状态)的的变形应力？变形应力？第三阶段，两种情况：第三阶段，两种情况：1

12、1）连续动态再结晶）连续动态再结晶 条件：条件：c c r r 图3-3Q235钢变形条件对真应力-真应变曲线的影响(a)变形温度的影响，变形速度；(b)变形速度的影响，变形温度T=1000C3.4.1.2 动态再结晶的控制（1）动态再结晶发生条件动态再结晶难发生的原因：动态再结晶难发生的原因：发生动态再结晶的条件：发生动态再结晶的条件：c c影响动态再结晶临界变形量的因素：影响动态再结晶临界变形量的因素：1 1）变形温度和变形速度；变形温度和变形速度；2 2）钢的化学成分，如奥氏体型）钢的化学成分，如奥氏体型Fe-Ni-CrFe-Ni-Cr合金的合金的 c c 比纯的比纯的 -Fe-Fe大得

13、多；大得多；3 3）材料的初始晶粒尺寸的影响。）材料的初始晶粒尺寸的影响。18-8不锈钢起始晶粒尺寸（D0）对高温形变组织和加工因子（Z、）关系的影响（2）动态再结晶的组织动态再结晶是一个混晶组织，平均晶粒尺寸 只由加工条件（变形温度、变形速率）决定，变形温度低、变形速率大，则 愈小。动态再结晶是存在一定加工硬化程度的组织。s：奥氏体的屈服应力；1：变形量为1时的应力；：变形后恒温保持t时间以后再次发生塑性变形的应力值。x=1：全部静态再结晶；0 x1：x=0：奥氏体在两次热加工的间隙时间里没有任何的软化；软化百分数：3.4.2热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为静态再结晶：形变停止后发生的再

14、结晶过程。静态再结晶：形变停止后发生的再结晶过程。亚动态再结晶：亚动态再结晶：形变后的回复过程有几种可能：形变后的回复过程有几种可能：只发生静态回复，不发生静态再结晶；只发生静态回复，不发生静态再结晶；发生静态回复后，发生静态再结晶；发生静态回复后，发生静态再结晶；发生静态回复后，发生亚动态再结晶，随后发生静态回复后，发生亚动态再结晶，随后发生静态再结晶。发生静态再结晶。形变温度、形变速度、形变后停留时的温度不变，形变温度、形变速度、形变后停留时的温度不变，改变变形量，讨论：两次形变间隔时间里奥氏体改变变形量，讨论：两次形变间隔时间里奥氏体组织结构的变化：组织结构的变化：图3-6变形量与三种静

15、态软化类型的关系3.4.3 3.4.3 静态再结晶的控制静态再结晶的控制（1 1）静态再结晶的临界变形量静态再结晶的临界变形量影响临界变形量的因素：影响临界变形量的因素：1)1)变形温度、原始奥氏体晶粒变形温度、原始奥氏体晶粒度、微合金元素。度、微合金元素。图3-8 初始晶粒直径和轧制温度对再结晶所必需的临界压下率的影响2 2）变形后的停留时间：）变形后的停留时间：变形后停留时间长，再结晶所需要的临界变形量变形后停留时间长，再结晶所需要的临界变形量就小。就小。图3-91050C加热，在不同温度下轧制，轧后停留时间不同对奥氏体再结晶临界变形量的影响1-再结晶开始曲线，轧后停留2s；2-再结晶开始

16、曲线，轧后停留20s；3-再结晶终了曲线，轧后停留2s；4-再结晶终了曲线，轧后停留20s(2)静态再结晶速度影响因素：1）奥氏体成分一定时，变形量、变形速度、变形后的停留温度回复和再结晶速度；2）微量元素将强烈地阻止再结晶的发生。图3-100.2%C钢与Nb钢等温再结晶的动力学曲线（实线为碳钢；虚线为铌钢）(3)(3)静态再结晶数量静态再结晶数量 图3-11 轧制温度、轧后空延时间对奥氏体再结晶百分数的影响1.1000C轧制，停留15S；2.1000C轧制，停留2S；3.850C轧制，停留15S；4.850C轧制，停留2S；奥氏体再结晶百分数正比于变形量与变形温度。微合金元素对微合金元素对静

17、态再结晶数量的影响：静态再结晶数量的影响：1)1)抑制奥氏体再结晶。抑制奥氏体再结晶。2)2)和不含微合元素的钢和不含微合元素的钢相比，在同样变形条件下，再结晶数量减少，相比，在同样变形条件下，再结晶数量减少，奥氏体平均晶粒尺寸增大。奥氏体平均晶粒尺寸增大。(4)(4)再结晶区域图再结晶区域图作用：作用：划分：三个区划分：三个区域，域，即再结晶区、部即再结晶区、部分再结晶区和未分再结晶区和未再结晶区。再结晶区。图3-12压下温度和压下率对再结晶行为和再结晶晶粒直径产生影响的再结晶区域图试验用试样：试验用试样：由该阶梯试样可获得一次轧制后不同变形程度由该阶梯试样可获得一次轧制后不同变形程度（10

18、%10%80%80%，辊缝：，辊缝：7.2mm7.2mm）下的再结晶组织。）下的再结晶组织。图图2.2 2.2 试验钢再结晶规律研究试验工艺试验钢再结晶规律研究试验工艺试验结果与分析：试验结果与分析：1 1）变形量对奥氏体再结晶百分数的影响图图3.2 3.2 试验用试验用X70WX70W管线钢在管线钢在T=1100T=1100时的再结晶金相照片时的再结晶金相照片110%110%；220%220%；330%330%；440%440%；变形温度对奥氏体再结晶百分数的影响变形温度对奥氏体再结晶百分数的影响（）图图3.3 X70W3.3 X70W管线钢变形温度对再结晶百分数的影响管线钢变形温度对再结晶

19、百分数的影响图图3.4 3.4 试验用试验用X70WX70W管线钢在管线钢在T=850T=850时的再结晶金相照片时的再结晶金相照片110%110%；220%220%；330%330%；440%440%；图图3.4 3.4 试验用试验用X70WX70W管线钢在管线钢在T=850T=850时的再结晶金相照片时的再结晶金相照片550%550%；660%660%；770%770%；880%880%X70WX70W钢再结晶区域图钢再结晶区域图 X70WX70W钢混晶情况分析钢混晶情况分析3.4.4 细化再结晶奥氏体晶粒的控制轧制图3-14 SM50钢进行多道次轧时的组织和性能的变化 图图3-15 3-

20、15 轧制轧制1 1秒后的奥氏体组织秒后的奥氏体组织（图中的数字表示为再结晶后奥氏体晶（图中的数字表示为再结晶后奥氏体晶粒度级别）粒度级别）图图3-16 Nb3-16 Nb钢轧制钢轧制3 3秒钟后的奥氏体组织秒钟后的奥氏体组织(0.16%C-0.36%Si-1.41%Mn-0.03%Nb,N(0.16%C-0.36%Si-1.41%Mn-0.03%Nb,N-奥氏体晶粒奥氏体晶粒度的级别度的级别)3.5 未再结晶区奥氏体的变形转换比（AF）：转变前的奥氏体晶粒直径与转变后的铁素体晶粒直径之比，与化学成分有关。晶粒细化有极限。控制轧制过程的三个阶段及各阶段微观组织随变形而变化的示意图特点：特点：晶

21、粒伸长，晶内产生形晶粒伸长，晶内产生形变带，此形变带可起到变带，此形变带可起到 晶核晶核生成晶界面的作用。生成晶界面的作用。总结：由未再结晶变形 的转变比由已再结晶的无变形转变所生成的晶粒要细得多，得到变形非常重要。可以通过变形后抑制或延迟再结晶的进行来实现。延迟回复和再结晶的因素有两个：1)合金元素；2)温度。图3-3不同含铌量的0.002%C-1.54%Mn钢中，铌含量对软化行为的影响实验条件：900C以l0s-1的应变速率压下69时的软化行为。（1 1）合金元素）合金元素图3-4含铌或不含铌的0.002%C-1.56%Mn钢的软化行为与温度的关系（2 2）温度）温度图3-5含铌0.097

22、%的钢中，温度和含碳量对软化行为的影响从图中得出：900C和850：1000C：图3-60.002%C-0.097%Nb钢、0.006%C-0.097%Nb钢、0.019%C-0.095%Nb钢于900C时，碳氮化铌应变诱发沉淀析出的过程图3-70.002%C钢、0.002%C-0.097%Nb钢和0.019%C-0.095%Nb钢的再结晶速度-温度-时间和沉淀析出-温度-时间曲线的叠加溶质铌只有在应变诱发沉淀出现时，才能起到延迟回复和再结晶作用。3.5.2 3.5.2 变形带的形成和作用变形带的形成和作用图3-8(a)具有变形带的拉长晶粒，其中变形带是非再结晶区变形所产生的；(b)部分转变的

23、晶粒组织中形成的先共析变形带的作用：提供铁素体形核点，使晶粒细化。影响变形带的因素：1)1)变形量：变形量：变形变形303030时，迅速增加。时，迅速增加。变形量小时，易造成混粒变形量小时，易造成混粒组织。组织。2)2)变形温度：变形带密度变形温度：变形带密度几乎不受非再结晶区变形几乎不受非再结晶区变形温度的影响（超过温度的影响（超过10001000 C C时，迅速减少时，迅速减少 ）。）。图3-9 含0.03%Nb的钢中，晶界面积(a)和变形带密度(b)同非再结晶区压下率的关系常规热轧和控制轧制的根本区别常规热轧和控制轧制的根本区别：前者的前者的 晶粒晶粒全部在全部在 晶界处成核，后者则在晶

24、粒内部和晶界晶界处成核，后者则在晶粒内部和晶界成核。成核。对对 成核率而言，变形带等价于成核率而言，变形带等价于 晶界，意味晶界，意味着一个着一个 晶粒可以被变形带分割成几个小的部分。晶粒可以被变形带分割成几个小的部分。图3-10热轧态及热处理态钢中晶粒成核地点及所生成的晶粒组织 图图3-123-12表明，非再结晶区轧制变形表明，非再结晶区轧制变形3030的工具钢中，的工具钢中，珠光体相变的成核地点不同：珠光体相变的成核地点不同：a)a)相变初期，珠光体优先相变初期，珠光体优先于晶界成核；于晶界成核；b)b)随着变形的进行，珠光体在退火孪晶界随着变形的进行，珠光体在退火孪晶界和和 晶界处均发生

25、晶界处均发生成核；成核；c)c)珠光体珠光体于变形带上成核；于变形带上成核；d)d)珠光体于晶粒珠光体于晶粒内部成核。内部成核。3.6 变形后奥氏体向铁素体的转变（1 1）从再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒）从再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒 特点：铁素体晶粒在奥氏体晶界上生成，在晶内不成核。特点：铁素体晶粒在奥氏体晶界上生成，在晶内不成核。生成的铁素体生成的铁素体魏氏组织的形成取决于：钢的化学成分（魏氏组织的形成取决于：钢的化学成分（C C含量在含量在0.150.150.5%0.5%之间易形成魏氏组织）；奥氏体晶粒的大小（奥氏之间易形成魏氏组织）；奥氏体晶粒的大小（奥氏体晶粒小于体晶粒小于5 5

26、级）和冷却速度（快）。级）和冷却速度（快）。加快冷却速度可以细化铁素体晶粒，改善材料的力学性加快冷却速度可以细化铁素体晶粒，改善材料的力学性能，条件：不产生魏氏组织。能，条件：不产生魏氏组织。块状(等轴的)先共析铁素体(魏氏组织铁素体)图3-1热轧条件与所得到的魏氏组织级别关系（2 2）从部分再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒）从部分再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒部分再结晶奥氏体晶粒由两部分组成：部分再结晶奥氏体晶粒由两部分组成：再结晶晶粒：再结晶晶粒：特点：特点：未再结晶晶粒：未再结晶晶粒：特点：特点：问题：问题：铁素体不均匀，对强度、韧性的影铁素体不均匀，对强度、韧性的影响：响：解决方法：解决

27、方法：多道次轧制，产生形变带，转多道次轧制，产生形变带，转变后也可得到细小的铁素体晶粒。变后也可得到细小的铁素体晶粒。奥氏体向铁素体可分成以下类型：奥氏体向铁素体可分成以下类型：IAIA型：型：热轧后奥氏体发生再结晶，转变前粗化，转变时易热轧后奥氏体发生再结晶，转变前粗化，转变时易形成魏氏组织铁素体和珠光体。形成魏氏组织铁素体和珠光体。IB IB型：型：热轧后奥氏体发生再结晶，转变前晶粒度热轧后奥氏体发生再结晶，转变前晶粒度6 6级，铁级，铁素体晶核在奥氏体晶界上形成，获得具有等轴铁素体与珠素体晶核在奥氏体晶界上形成，获得具有等轴铁素体与珠光体的均匀组织。再结晶型的控制轧制。光体的均匀组织。再

28、结晶型的控制轧制。型：型：热轧温度低，热轧后变形的奥氏体晶粒不发生再结热轧温度低，热轧后变形的奥氏体晶粒不发生再结晶，铁素体在刚轧完后就在变形带边界处和晶界处成核，晶，铁素体在刚轧完后就在变形带边界处和晶界处成核，形成细小的等轴晶粒。随后在奥氏体晶内也形成多边形的形成细小的等轴晶粒。随后在奥氏体晶内也形成多边形的铁素体晶粒和珠光体。铁素体晶粒和珠光体。型转变中不形成魏氏组织和上贝型转变中不形成魏氏组织和上贝氏体。未再结晶型的控制轧制。氏体。未再结晶型的控制轧制。过渡型:过渡型转变是介于I型和型转变之间的一种转变。在奥氏体部分再结晶区中发生的转变。铁素体细化的程度：型IB型过渡IA型，型最细。图

29、3-5非合金低碳钢和含Nb或V的低碳钢变形75%时的轧制温度与转变类型之间的关系3.7 3.7 两相区控制轧制两相区控制轧制3.7.1 3.7.1 （+）两相区的变形行为）两相区的变形行为弄清两个问题：弄清两个问题：1)1)一定变形程度下，性能随变形一定变形程度下，性能随变形 体积分数的变化关系；体积分数的变化关系；2)2)变形体积百分数一定变形体积百分数一定时，性能与变形程度的关系。时，性能与变形程度的关系。图3-2拉伸强度和冲击功同（+）区变形程度的关系(a)普碳钢；(b)含铌钢；1200C时压下率为62.5%，850C时压下率为50%，710C时的热变形压下率连续变化图3-3含铌钢微观组

30、织与（+）区压下率的变化关系(a)和(b)压下率为0%；(c)和(d)压下率为30%区变形：仅产生由低位错区变形：仅产生由低位错密度等轴晶粒组成的微观密度等轴晶粒组成的微观织；织；两相区变形：生成一种混两相区变形：生成一种混合晶粒组织：变形合晶粒组织：变形 转变成转变成多边多边 晶粒及变形晶粒及变形 依赖回依赖回复转变成胞状组织和复转变成胞状组织和亚晶亚晶粒。粒。图3-4普碳钢、含钒钢和含铌钢中，在-区进行压下率为50%轧制时，变形体积百分数与拉伸性能的关系图3-5 0.16%C-0.3%Si-1.9%Mn钢中，变形速率为7S-1时，变形温度对应力-应变曲线的影响总结总结：变形变形 引起的强化

31、主要来自于胞状组织和引起的强化主要来自于胞状组织和亚晶硬化。亚晶硬化。变形温度较高：变形温度较高：发生动态回复和随后的静态回复发生动态回复和随后的静态回复及静态再结晶，强化主要来自于及静态再结晶，强化主要来自于 晶粒的细化。晶粒的细化。变形温度较低：变形温度较低：回复和再结晶受到延迟，强化主回复和再结晶受到延迟，强化主要来自于胞状组织和要来自于胞状组织和(或或)亚晶粒。亚晶粒。两相区变形引起的强化取决于回复和再结晶程度，而回复和再结晶程度又依赖于变形温度、变形量、变形后冷却速率和微合金元素的添加量。3.7.2 3.7.2 两相区轧制时组织和性能的变化两相区轧制时组织和性能的变化3.7.2.1

32、3.7.2.1 两相区控制轧制两相区控制轧制(1)(1)温度的影响温度的影响 实验条件：实验条件：方案方案1 1（简称（简称I I型轧制）：加热温度为型轧制）：加热温度为12001200 C C，于，于11001100 C C和和10201020 C C进行一道次轧制，压下率为进行一道次轧制，压下率为50%50%。在在再结晶的再结晶的 晶粒的晶界上析出的晶粒的晶界上析出的 称为称为I I。方案方案2 2（简称（简称II II型轧制）：在型轧制）：在780780 C C和和740740 C C进行同进行同I I型型轧制相同的压下以实现未再结晶轧制。在晶粒内形轧制相同的压下以实现未再结晶轧制。在晶

33、粒内形变带上析出的变带上析出的 称为称为II II。在（在（+）以一道次）以一道次50%50%的压下率进行轧制。的压下率进行轧制。不论哪个钢种和轧制方法，抗拉强度和屈服强度均随轧制温度的降低而单调地加。对对I I，脆性转变温度在，脆性转变温度在725725 C C 650650 C C附近，当轧附近，当轧制温度低于此温度区间制温度低于此温度区间时时VTrsVTrs都急剧恶化。都急剧恶化。对对II II，VTrsVTrs基本上不随基本上不随轧制温度变化（除轧制温度变化（除NbNb钢）。钢）。（2 2）压下量的影响）压下量的影响不论轧制类型和钢种如何，TS、YS均随压下率增加而单调增加。3.7.2

34、.2 3.7.2.2（+）两相区控制轧制时强韧化的定量关系）两相区控制轧制时强韧化的定量关系强度关系式：强度关系式：（7-17-1）式中式中 i i-内摩擦应力；内摩擦应力；d-d-大角度晶粒直径；大角度晶粒直径；f fs s-亚晶占的体亚晶占的体积分数；积分数；k ky y-仅由大角度晶浪构成时仅由大角度晶浪构成时 y y跟晶粒直径相关的跟晶粒直径相关的系数；系数；k ks s-全部组织由亚晶粒构成时全部组织由亚晶粒构成时 y y跟亚晶粒直径相关跟亚晶粒直径相关的系数；的系数；d ds s-亚晶粒直径。亚晶粒直径。韧性关系式：韧性关系式：（7-27-2）式中式中 T-T-由化学成分决定的值；

35、由化学成分决定的值；A A、B B、C-C-常数；常数；-由亚由亚晶界存在位错引起的硬化量；晶界存在位错引起的硬化量；d de e-亚晶粒集团尺寸（有效亚晶粒集团尺寸（有效晶粒直径），并晶粒直径），并d d d de e d ds s；p p-沉淀强化；沉淀强化；d d-位错强化。位错强化。3.7.3 3.7.3（+）两相区轧制时显微组织的变化）两相区轧制时显微组织的变化（1 1）微观组织）微观组织未相变的未相变的 晶粒更加拉长，在晶内形成形变带。晶粒更加拉长，在晶内形成形变带。相变后的相变后的 晶粒在受压缩时在晶粒内形成亚结晶粒在受压缩时在晶粒内形成亚结构。在轧后冷却过程中，前者发生相变成为

36、微细构。在轧后冷却过程中，前者发生相变成为微细的多边形晶粒，后者成为内部包含亚晶粒的的多边形晶粒，后者成为内部包含亚晶粒的 晶晶粒。粒。在两相区温度内当轧制温度一定时，随着压下率的在两相区温度内当轧制温度一定时，随着压下率的增加增加 晶粒发生如下变化：晶粒发生如下变化：（1 1）晶粒的形状基本不变，产生较均匀的位错；晶粒的形状基本不变，产生较均匀的位错；（2 2）晶粒伸长，晶粒内的位错密度仍然很高；晶粒伸长，晶粒内的位错密度仍然很高；（3 3）伸长的晶粒进行回复，并开始形成亚晶，晶粒）伸长的晶粒进行回复，并开始形成亚晶，晶粒内的位错密度下降；内的位错密度下降；（4 4）形成清晰的亚晶粒，在亚晶

37、粒内位错密度非常）形成清晰的亚晶粒，在亚晶粒内位错密度非常低；低；（5 5）加工）加工 引起再结晶。引起再结晶。（2 2）铁素体晶粒尺寸）铁素体晶粒尺寸图7-20（+）两相区轧制，轧制温度740C时压下率对平均直径的影响1-方案I；2-方案II变形程度增加，晶粒变细。轧制温度变化引起晶粒大小的变化。3.7.4 3.7.4（+）两相区轧材的织构和分层）两相区轧材的织构和分层3.7.4.1 3.7.4.1（+）两相区轧材的织构和各向异性）两相区轧材的织构和各向异性图3-25（+）两相区轧制的Nb钢三维织构图图3-27各理想取向的屈服强度各向异性（计算值）3.7.4.2 3.7.4.2 分层分层两相

38、区轧材，即使极低硫化，在以脆性断口温度为中心相当广泛的试验温度范围内也有平行于轧制面的分层。原因：带状层由100和111织构组成，100容易被压缩，111难以被压缩。温度显微组织强度缺口韧性屈服强度加工硬化析出硬化转变温度ESA100析出物的数量（100）织构第I阶段950C再结晶区由于反复的再结晶而细化dr=2040m低（取决于晶粒尺寸）00高（取决于晶粒尺寸）高无无第II阶段950CAr3不发生再结晶的区晶粒被拉长导入变形带和位错使晶粒细化低（取决于晶粒尺寸）00低（取决于晶粒尺寸）高微量无第III阶段Ar3（+）区晶粒不再进一步细化，析出硬化和（100）织构的产生高（晶粒尺寸和其它的影响

39、）少量大量极低（晶粒尺寸和其它的影响）低大量形成表3-2控制轧制三个阶段的物理性能变化3.8 3.8 铁素体区控制轧制铁素体区控制轧制3.8.1 3.8.1 概述概述为什么提出铁素体轧制？为什么提出铁素体轧制？铁素体区热轧的两个关键：（铁素体区热轧的两个关键：（1 1）在铁素体区精轧）在铁素体区精轧及终轧；（及终轧；（2 2）良好的热轧润滑条件。）良好的热轧润滑条件。铁素体区轧制特点：粗轧在奥氏体区进行，粗轧后铁素体区轧制特点：粗轧在奥氏体区进行，粗轧后完成奥氏体向铁素体的转变，精轧在铁素体区进行。完成奥氏体向铁素体的转变，精轧在铁素体区进行。图图3-12 ELC3-12 ELC和和ULC-T

40、iULC-Ti钢的钢的变形抗力变形抗力图图3-13 3-13 碳含量对铁素体区轧制后碳含量对铁素体区轧制后(终轧温度：终轧温度：800800 750C750C，卷曲温度：，卷曲温度：700700 650C650C)的断面屈服强度和韧性的断面屈服强度和韧性的的影响影响3.8.2 铁素体轧制适宜的参数（1）铁素体轧制适应的产品（2）铁素体轧制工艺要求1）直接应用的热轧薄带钢，可以替代常规冷轧退火薄板；2）一般用冷轧用钢；3）深冲、超深冲冷轧用钢；4）铁素体区域热轧后直接退火的钢板。粗轧在尽可能低的温度下使奥氏体发生变形，以增加铁素体的形核率，精轧在铁素体区进行，随后采用较高的卷取温度，以得到粗晶粒

41、的铁素体，降低热轧板卷的强度及硬度。3.8.3 3.8.3 成分对热轧深冲板的影响成分对热轧深冲板的影响表1 SPHC钢化学成分控制 单位：%成成分分标标准准C CSiSiMnMn不大于不大于P PS S内内控控0.050.050.0.04040.180.18 0.300.300.0.01015 50.0.00008 83.8.4 热轧工艺及润滑条件的影响图图3-14 3-14 传统热轧工艺和新的铁素体区润传统热轧工艺和新的铁素体区润滑轧制工艺的比较滑轧制工艺的比较（1 1）精轧入口和终轧温度）精轧入口和终轧温度终轧温度一般控制在终轧温度一般控制在7301073010。碳含量为碳含量为0.04

42、%0.04%的低碳钢，入口温度应控制的低碳钢，入口温度应控制在在850850 800800。原因：原因：1 1）的温度在的温度在867867左右；左右；2 2）铁素体）铁素体较奥氏体软，在较奥氏体软，在800800变形不会引起轧机负荷的变形不会引起轧机负荷的过高变化。过高变化。（2 2）卷取温度卷取温度卷取温度过高：使带钢晶粒粗大，影响产品力学卷取温度过高：使带钢晶粒粗大，影响产品力学性能；性能；温度过低：加大卷取功率，且不易卷紧。卷取温温度过低：加大卷取功率，且不易卷紧。卷取温度设定在度设定在6901069010。有利于利用轧后余热使带。有利于利用轧后余热使带卷实现再结晶退火。卷实现再结晶退

43、火。（3 3）压下量）压下量大道次压下率的热轧退火板的大道次压下率的热轧退火板的r r值明显高于小道次值明显高于小道次压下率的热轧退火板的压下率的热轧退火板的r r值。值。（4）润滑条件图图3-15 3-15 采用润滑和不采用润滑时板材采用润滑和不采用润滑时板材r r值的变化值的变化a-a-轧制温度和润滑条件对轧制温度和润滑条件对IFIF钢热轧退火板值的影响；钢热轧退火板值的影响；b-b-冷轧冷轧退火钢板在铁素体区热轧时采用润滑和不采用润滑时退火钢板在铁素体区热轧时采用润滑和不采用润滑时r r值的值的差别差别无润滑：随着剪切应变的增大，无润滑：随着剪切应变的增大，110110 的密度增大，的密

44、度增大，111111 密度减小，板厚方密度减小，板厚方向上存在织构的不均匀性，在再结晶向上存在织构的不均匀性，在再结晶过程结束之后仍然存在，过程结束之后仍然存在，r r值不高。有值不高。有润滑：表层部位的润滑：表层部位的 110110 密度减小，整密度减小，整个板厚方向上的轧制织构变得均匀，个板厚方向上的轧制织构变得均匀，111111 织构组分占有优势，使织构组分占有优势，使r r值提高。值提高。图图3-17 3-17 摩擦系数摩擦系数 与热轧退火板材与热轧退火板材r r值之间的关系值之间的关系图图3-18 3-18 热轧润滑对热轧润滑对AKAK钢和钢和IFIF钢变形行钢变形行为的影响为的影响

45、表2 铁素体轧制试验试验序序号号钢钢号号规规格格mmmmReLReLRmRmA A1 1SPSPH HC C2.3*2.3*1212505019019030530545.045.02 2SPSPH HC C2.3*2.3*1212505018518528028030.030.03 3SPSPH HC C2.3*2.3*1212505018018030030042.542.54 4SPSPH HC C1.8*1.8*1212505019019029029032.532.55 5SPSPH HC C1.8*1.8*1212505018018028028042.042.06 6SPSPH HC C3

46、.0*3.0*1212505018518528528544.044.0最大最大19019030530545.045.0最小最小18018028028030.030.0平均平均18518529029039.039.0表3 非铁素体轧制板卷产品性能检测情况 序号序号钢钢种种规规格格ReLReLRmRmA A1 1SPHCSPHC2.50*12502.50*125032032039039041.541.52 2SPHCSPHC2.50*12502.50*125032532539039041.541.53 3SPHCSPHC2.50*12502.50*125023523532032035.035.04

47、 4SPHCSPHC2.50*12502.50*125024524533033036.036.05 5SPHCSPHC2.30*12502.30*125027527536536546.046.06 6SPHCSPHC2.00*12502.00*125029029036536545.045.07 7SPHCSPHC1.80*12501.80*125032032039539538.038.08 8SPHCSPHC1.60*12501.60*125030030037537537.037.0最大最大32532539539535.035.0最小最小23523532032046.046.0a常规轧制b铁素

48、体轧制常规轧制与铁素体轧制板卷显微组织比较对于超低碳热轧深冲钢板：对于超低碳热轧深冲钢板：（1 1）加入充分的）加入充分的TiTi或或NbNb使再结晶温度提高，此时在使再结晶温度提高，此时在铁素体非再结晶区轧制变得容易，轧制织构与冷轧铁素体非再结晶区轧制变得容易，轧制织构与冷轧板相似；（板相似；（2 2）决定再结晶织构最重要的冶金因素是）决定再结晶织构最重要的冶金因素是热轧过程中固溶热轧过程中固溶C C含量，如果通过添加含量，如果通过添加TiTi或或NbNb和采和采用适当的热轧条件使固溶用适当的热轧条件使固溶C C量为零，则可获得高量为零，则可获得高的的 ；（；（3 3）热轧时必须有良好的润滑

49、条件。）热轧时必须有良好的润滑条件。图图3-19 3-19 通过限制终轧道次的固溶碳含量改进通过限制终轧道次的固溶碳含量改进热轧薄板的深冲性能热轧薄板的深冲性能3.9 3.9 变形条件对奥氏体向铁素体转变温度变形条件对奥氏体向铁素体转变温度ArAr3 3的的影响影响3.9.1 3.9.1 变形条件对变形条件对ArAr3 3温度的影响温度的影响（1 1）在奥氏体再结晶区变形造成奥氏体晶粒的细）在奥氏体再结晶区变形造成奥氏体晶粒的细化，影响化，影响ArAr3 3温度；（温度；（2 2）在奥氏体未再结晶区变）在奥氏体未再结晶区变形造成变形带的产生和畸变能的增加，影响形造成变形带的产生和畸变能的增加，

50、影响ArAr3 3温温度。度。形变形变形变形变诱导相变。诱导相变。诱导相变。诱导相变。（1 1）加热温度的影响：趋势：原始奥氏体晶粒）加热温度的影响：趋势：原始奥氏体晶粒愈粗大，愈粗大，ArAr3 3温度愈低。温度愈低。图3-6 初始奥氏体晶粒度(加热温度)和变形量对Ar3温度的影响 (轧制温度900C)(2)(2)轧制温度的影响轧制温度的影响图3-7变形温度对Ar3的影响（3 3）变形量的影响变形量的影响高温变形时：高温变形时：低温变形时：低温变形时：低温大变形低温大变形尤为突尤为突出，形变诱导相变的出，形变诱导相变的结果。结果。图3-8 含铌16Mn钢的道次变形量与Ar3的关系(加热温度1