轧钢-控轧控冷第1章综述
合集下载
控制轧制
控轧控冷技术
控制轧制与控制冷却的概念
控制轧制（Controlled rolling） 在热轧过程中，通过对金属加热制度、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相结合，以获得 细小晶粒组织，从而得到较高的综合性能的轧制工艺。
控制冷却（Controlled cooling） 控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目
淬火
1、定义： 淬火是将钢加热到AC1或 AC3以上温度并保温，
出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理 工艺。
回火
1、定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到A1以 下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。
2、目的：淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力， 稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、 硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件 的性能要求。
载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压 痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示。
标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120 在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
简单标注：200～230HB
工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应 加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接 性、切削加工性、热处理工艺性。
金属材料的性能
一、金属材料的机械性能
机械性能— 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。
残余压入深度
来表示
为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一 致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬 度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度 作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）
控制轧制与控制冷却的概念
控制轧制（Controlled rolling） 在热轧过程中，通过对金属加热制度、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相结合，以获得 细小晶粒组织，从而得到较高的综合性能的轧制工艺。
控制冷却（Controlled cooling） 控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目
淬火
1、定义： 淬火是将钢加热到AC1或 AC3以上温度并保温，
出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理 工艺。
回火
1、定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到A1以 下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。
2、目的：淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力， 稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、 硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件 的性能要求。
载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压 痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示。
标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120 在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
简单标注：200～230HB
工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应 加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接 性、切削加工性、热处理工艺性。
金属材料的性能
一、金属材料的机械性能
机械性能— 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。
残余压入深度
来表示
为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一 致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬 度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度 作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）
控轧控冷(讲稿)
绪论控制轧制是在热轧过程中通过对金属加热制度、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，以获得细小品粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。
控制冷却。
是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。
加热制度：加热温度，加热速度变形制度：各道次压下分配，变形间隔时间，变形速度等温度制度：开轧温度，各道次变形温度，终轧温度，快冷温度，快冷速度，卷取温度。
提高性能的主要手段：细化晶粒。
快冷作用：改善组织结构，抑制晶粒长大。
1钢的奥氏体形变与再结晶重点：1)热变形过程中各阶段的特征2)变形量与热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为特征的关系难点：细化动态再结晶晶粒尺寸与促使动态再结晶进行的矛盾1.1. 热变形过程中的奥氏体再结晶行为（动态再结晶）1.1.1.热变形各阶段的特征热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程的矛盾统一，如果钢在常温附近变形(冷加工)，随着变形量的增加钢的变形抗力增大。
从微观的观点看，随着变形量的增加位错密度增大。
这时异号位错合并以及由于位借的再排列引起的加工软化数量很少，因此变形应力不断增大。
在高温奥氏体区变形的钢，随着变形量的增大加工硬化过程和高温动态软化过程(动态回复和动态再结晶)同时进行，根据这两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。
图1-1表示了奥氏体热加工时的真应力—真应变曲线及其组织结构变化示意图，该真应力—真应变曲线由几个子阶段组成：图1-1 奥氏体热加工真应力-真应变曲线与材料结构变化示意图阶段应力变化动态再结晶情况位错变化宏观效果组织1 不断增加但增加速率变小发生动态回复，未发生动态再结晶密度不断增加，但增加速度变小，位错发生交滑移和攀移，动态多边形化加工硬化晶粒不断拉长2 先增到直到最大值发生部分动态再结晶位错大量消失，但增加的速度仍大于消失的速度加工硬化速度大于加工软化大部分晶粒被拉长，开始产生细小的再结晶晶粒3 减小发生部分动态再结晶位错大量消失，且消失速度大于增加速度加工硬化速度小于软化速度小部分晶粒被拉长，大量细小的再结晶晶粒产生4rcεε〈近似不变发生连续的完全动态再结晶位错大量消失，消失速度等于增加速度加工硬化与软化速度相等所有晶粒最终都变成细小的再结晶晶粒rcεε〉增加与减少交替，波浪式发生间断的完全动态再结晶位错大量消失，在一个周期内消失速度等于增加速度在一个周期内加工硬化与软化速度相等所有晶粒最终都变成细小的再结晶晶粒值得注意的是第三阶段。
控轧控冷1
控制轧制与控制冷却
奥氏体状态控制 奥氏体状态： 晶粒尺寸：大？小？
奥氏体状态：蓄积能量
内含能量：高？低？ 内部缺陷：多？少？
铁素体、珠光体相变 贝氏体相变 马氏体相变 铁素体、贝氏体相变
相变方向 奥氏体相变条件的控制（阀门） 冷却条件的控制：冷却速度、 开始冷却温度、终止冷却温度、 冷却模式
TMCP的特征
微合金化元素在钢中的主要作用
1.2 控轧控冷强韧化机理
对钢的性能要求越来越高，不仅要求具有高的强度，并且要 具有良好的塑韧性、低的韧脆转变温度以及优异的加工性能 （焊接性能、冷成形性能等）。除对钢材性能的全面要求提 高之外，在钢材的使用上，不断要求降低材料用量、减少工 艺环节、削减生产成本。 在钢材应用上，其室温屈服强度σs、抗拉强度和韧脆转变温 度TC 是钢材的几项基本的力学性能指标。 在大多数条件下σs 和TC是设计选材的最基本标准。因此， 提高钢的σs和降低TC 一直是钢铁材料研究和开发的重点。
1.3 传统TMCP工艺的三个阶段
（1）奥氏体再结晶区变形阶段 t≥950℃ 对加热时粗化的奥氏体晶粒 反复进行轧制并反复再结晶 后使之得到细化 （2）奥氏体未再结晶区变形阶 2 段 t＝950℃ r3 950℃~A 奥氏体晶粒沿轧制方向伸长、 压扁，晶内产生形变带，这 种加工硬化状态的奥氏体具 有促进铁素体相变形核作用 （3）奥氏体＋铁素体两相区变 形阶段 t<Ar3 相变后为大角度晶粒和亚晶 粒的混合组织 图1 TMCP工艺的三阶段及其组织变化
通常研究的结构材料在室温工作条件下， 通常研究的结构材料在室温工作条件下，最需要考 虑的是屈服强度和断裂强度。 虑的是屈服强度和断裂强度。
屈服强度 σb≥σk 脆性材料 脆性材料的强度 通常以σ 通常以σk表示 断裂强度 σb≤σk 塑性材料 塑性材料的强度 通常以σ 通常以σb表示
钢材的控制轧制和控制冷却(1)
课程简介
本课程作为金属材料加工方向 选修课，可使学生扩大和加深本专 业的知识，掌握材料加工的前沿技 术。 控制轧制的核心就是将轧制的动态 过程和热处理的动态过程相结合， 来提高产品的综合性能。
教学要求
理解通过对金属加热制度、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，以获得细小晶粒组织，使钢材 具有优异的综合力学性能。 了解控制冷却的工艺作用，控制轧制和控 制冷却技术在工业生产中的应用。 掌握钢的强韧化理论，变形条件下再结晶 和相变的组织行为理论，典型微合金元素 在控制轧制中的作用机理及控制冷却中的 强化冷却方式等控轧控冷的基本知识。
§1.1
钢的强化机制
强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的 能力，用给定条件下所能承受的应力来 表示。
圆 形 拉 伸 试 样
拉伸前
拉伸后
§1.1
应力
钢的强化机制
颈缩阶段
强化阶段 屈服阶段 弹性变形阶段 应变
低碳钢和铸铁的拉伸曲线
§1.1
钢的强化机制
弹性极限（σe）：表示材料保持弹性变形， 不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的 设计依据。 屈服极限（ 屈服强度σs）：表示金属开始 发生明显塑性变形的抗力，铸铁等材料没有 明显的屈服现象，则用条件屈服点（σ0.2 ） 来表示：产生0.2%残余应变时的应力值。 强度极限（抗拉强度σb ）：表示金属受拉 时所能承受的最大应力。 σe 、σs 、σb 是机械零件和构件设计和选 材的主要依据。
室温时，金属的塑性变形实质上就是 位错运动（或者更全面的说是晶体缺 陷运动，但位错运动是基本的，主要 的）。提高位错源开动所需要的应力 和位错运动的阻力，就提高了金属材 料的屈服强度，也就提高了金属材料 的强度，故提高钢的强度首先要提高 钢的屈服强度。
控轧控冷总论
钢的形变热处理
• 钢的形变热处理（TMCP）是指如下工艺过程：控制奥氏体化温度、
变形温度和变形量, 获得理想的奥氏体初始状态; 变形后利用余热控
制冷却, 获得所希望的显微组织, 从而达到控制金属性能的目的。 • 控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢材的强韧性和
获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量，节约贵重
艺综合在一起, 成为一个紧密联系的材料体系。
控制轧制的分类 – – – 奥氏体再结晶控制轧制（I 型控制轧制） 奥氏体未再结晶控制轧制（II 型控制轧制） （+）两相区控制轧制
1.1 控制冷却的概念
• 通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制奥氏体组织状态、控制相变条件、 控制碳化物析出行为、控制相变后钢的组织和性能。 • 现代在线控制冷却工艺的一个重要的金属学特征就是对变形了的未再结晶 奥氏体或再结晶奥氏体进行控制轧制，可根据不同的需要进行不同的组织
控制轧制与控制冷却
Controlled Rolling and Controlled Cooling of Steels
主讲教师: 许云波 吴红艳 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
目
1. 总论
2. 钢的高温变形行为
录
3. 钢的热变形后的相变行为
4. 强韧性能的基本概念及有关理论
5. 钢材的控制轧制理论基础及应用
6. 钢材轧后控制论却技术的基础及应用
7. 钢材的控制轧制和控制冷却技术的结合及应用
1总 论
• 目的： – 了解钢材热加工过程中的形变机理，相变与析出，再结晶行为、强韧化 机制等控制轧制控制冷却工艺的基本原理
– 了解钢材在热加工过程（热轧）的组织演变规律
– 初步具备对不同规律进行定量化或半定量化处理分析的能力 – 在实际生产和科研中应用控制轧制原理 • 金属塑性成型（轧钢）： – 定义：金属在外力的作用下，产生塑性变形的过程，它不仅可使金属获 得所必需的尺寸和形状，而且也使之获得所必需的组织和性能。 – 目标：尺寸和外形满足产品标准的公差要求；性能满足产品标准的公差 要求。
钢材的控制轧制和控制冷却(1)ppt课件
9
控制轧制和控制冷却概念
控制冷却（Controlled Cooling)：控 制轧制后钢材的冷却速度达到改善钢材组 织和性能的目的。 控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢 材的两种强化效果相加，进一步提高钢材 的强韧性和获得合理的综合力学性能。 目前，控制轧制和控制冷却工艺已应用 到中、高碳钢和合金钢的轧制生产中，取 得了明显的经济效果。
昆明理工大学多媒体课件
控制轧制与控制冷却
材料科学与工程学院 材料加工工程系
任课教师：王华昆 2012年9月
1
§0 绪论（Introduction）
课程简介 教学要求 学习内容 教学安排 参考书目
控轧和控冷的概念 控轧和控冷技术的发展过程 我国控轧和控冷发展概况
2
课程简介
除了强度之外，钢材还要求一定的韧性和 可焊性能，这两个指标和强度是相互关联甚 至互相矛盾的，很难单方面改变某一指标而 其它不变。
结构钢的最新发展方向是高强、高韧和 良好的焊接性能，控制控冷是满足这一要求 的一种较好的工艺。
18
§1.1 钢的强化机制
强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的 能力，用给定条件下所能承受的应力来 表示。
13
我国控轧控冷技术概况
我国控制控冷起步于60年代初，并取得了 初步成果，例如对含有Cr、Ni、V的超高 强度钢德形变热处理工艺研究，轴承钢轧 后快冷工艺研究等；
1978年开始对控制控冷进行系统研究； 武钢、鞍钢、重钢、太钢等钢铁企业采用
控制控冷技术生产高强度、高韧性的造船、 锅炉及压力容器用各种钢材，开发了新钢 种，填补了国内钢材的部分空白。
10
控轧控冷技术发展过程
20世纪20年代开始研究钢在热加工时， 温度和变形条件对显微组织和力学性能的 影响；
控制轧制和控制冷却概念
控制冷却（Controlled Cooling)：控 制轧制后钢材的冷却速度达到改善钢材组 织和性能的目的。 控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢 材的两种强化效果相加，进一步提高钢材 的强韧性和获得合理的综合力学性能。 目前，控制轧制和控制冷却工艺已应用 到中、高碳钢和合金钢的轧制生产中，取 得了明显的经济效果。
昆明理工大学多媒体课件
控制轧制与控制冷却
材料科学与工程学院 材料加工工程系
任课教师：王华昆 2012年9月
1
§0 绪论（Introduction）
课程简介 教学要求 学习内容 教学安排 参考书目
控轧和控冷的概念 控轧和控冷技术的发展过程 我国控轧和控冷发展概况
2
课程简介
除了强度之外，钢材还要求一定的韧性和 可焊性能，这两个指标和强度是相互关联甚 至互相矛盾的，很难单方面改变某一指标而 其它不变。
结构钢的最新发展方向是高强、高韧和 良好的焊接性能，控制控冷是满足这一要求 的一种较好的工艺。
18
§1.1 钢的强化机制
强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的 能力，用给定条件下所能承受的应力来 表示。
13
我国控轧控冷技术概况
我国控制控冷起步于60年代初，并取得了 初步成果，例如对含有Cr、Ni、V的超高 强度钢德形变热处理工艺研究，轴承钢轧 后快冷工艺研究等；
1978年开始对控制控冷进行系统研究； 武钢、鞍钢、重钢、太钢等钢铁企业采用
控制控冷技术生产高强度、高韧性的造船、 锅炉及压力容器用各种钢材，开发了新钢 种，填补了国内钢材的部分空白。
10
控轧控冷技术发展过程
20世纪20年代开始研究钢在热加工时， 温度和变形条件对显微组织和力学性能的 影响；
控轧控冷1
LK L0 100%
L0
拉伸性能
❖ 断面收缩率ψ： ❖ 断面收缩率ψ是评定材料塑性的主要指标。
AK A0 100%
A0
低碳钢的工程应力一工程应变曲线
true strain-stress line
2.0
Stress / MPa
1.5
Pm
Pb
1.0
0.5
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压 痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示。
标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120 在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
简单标注：200～230HB
布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、
正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地 轻软的轴承合金等原材料。
布氏硬度试验只可用来测定小于450HB的金属材料，
②洛氏硬度（HR）
基本原理—洛氏硬度属压入法洛氏硬度测定时需 要先后施加二次载荷（予载荷P1和主载荷P2）预 加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保 证测量结果准确。洛氏硬度就是以主载荷引起的
对微量塑性变形的抗力
E /e
拉伸性能
❖ 抗拉强度b： ❖ 定义为试件断裂前所能承受的最大工程应力，
以前称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即 对应于b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗 拉强度之值，记σ为b=b Pmax／A0
拉伸性能
延伸率： 材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸
试验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为Lk， 然而按下式算出延伸率
L0
拉伸性能
❖ 断面收缩率ψ： ❖ 断面收缩率ψ是评定材料塑性的主要指标。
AK A0 100%
A0
低碳钢的工程应力一工程应变曲线
true strain-stress line
2.0
Stress / MPa
1.5
Pm
Pb
1.0
0.5
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压 痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示。
标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120 在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
简单标注：200～230HB
布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、
正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地 轻软的轴承合金等原材料。
布氏硬度试验只可用来测定小于450HB的金属材料，
②洛氏硬度（HR）
基本原理—洛氏硬度属压入法洛氏硬度测定时需 要先后施加二次载荷（予载荷P1和主载荷P2）预 加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保 证测量结果准确。洛氏硬度就是以主载荷引起的
对微量塑性变形的抗力
E /e
拉伸性能
❖ 抗拉强度b： ❖ 定义为试件断裂前所能承受的最大工程应力，
以前称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即 对应于b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗 拉强度之值，记σ为b=b Pmax／A0
拉伸性能
延伸率： 材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸
试验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为Lk， 然而按下式算出延伸率
控制轧制与控制冷却概述
在950℃以下的低温区轧制时，不仅整体力学性能比高温区轧制时高，而且道次变 形量对力学性能的影响比较显著，随变形量增加，屈服强度和冲击值都呈上升趋势， 轧制温度越低，上升的趋势越显著。
控制轧制和控制冷却概述
2.2 钢材热变形后的静态再结晶过程
静态再结晶的临界变形量
为了使再结晶能够充分进行， 则所给予的压下率必须大于对 应条件下静态再结晶的临界变 形量。该值随钢种和变形条件 的不同彼此相差很大。
度的差别，再结晶完成的时间略有差别。另外，还可以看
出，随待温冷却速度的变化，奥氏体平均晶粒尺寸无明显
变化，因为在再结晶过程中过冷度不是影响奥氏体晶粒大
小的主要因素，所以不能采用增加过冷度的方法细化再结
晶晶粒。
控制轧制和控制冷却概述
再结晶行为对组织性能的影响
屈 服 强 度 ,Mpa 横 向 冲 击 功 ,J
在板带轧制过程中，如能有效控制这些碳、氮化合物的析出行 为（数量、大小、形状和分布状态等），则可以充分发挥微合金 化元素对钢材施行细晶强化和析出强化的双重作用。铌、钒、钛 三种微合金元素对铁素体/珠光体钢晶粒细化、沉淀强化的影响 规律如下图所示。
控制轧制和控制冷却概述
铌、钒、钛对铁素体/珠光体钢脆性转变温度的影响
奥 氏 体 未 再 结 晶 区 变 形 温 度 对 CCT 曲 线 的影响 －－900℃；－・－850℃；——
800℃
随奥氏体未再结晶区变形温度的降低， 整个曲线向上、向左方向移动
Q345钢低冷却速率范围内的动态CCT曲 线
由图可见，Q345钢的贝氏体形成温度 范围比较宽，应注意终了冷却温度的控 制
合理控制钢坯的在炉时间， 减少钢坯表面与芯部的温差。 加热温度对几种钢材奥氏体晶粒尺寸的影响
钢材控制轧制和控制冷却技术
A F
——转换比，化学成分对转化比有影响。
③、通常热轧通过形变再结晶克使A体晶
粒细化20～40 m，转变后的F体可
细化20 （m8级）
§2控轧控冷理论
（2）、部分再结晶A体晶粒 F体晶粒
①、由两部分组成 1）再结晶细小在其晶界上析出F体晶粒细小。 2）未再结晶晶粒受变形拉长， 由于A没细化，F成核少，易形成粗大的F体和针状 组织——不均匀组织对韧性影响大。
§2控轧控冷理论
（2）常温组织以珠光体为主的钢材 ①、0.43%C，1.4%Mn钢实验 1）普通热轧 2）控轧，再结晶区轧制。 ②、043%C，1.38%Mn，0.023%Nb 控轧 由于Nb加入而处于未再结晶区，在伸长A体 晶界处生成极细F体组织，但在伸长A体晶粒 内形成粗大P体。
§2控轧控冷理论
③、这种钢种最好A体再结晶内充分轧制， 尽量细化A体晶粒，可获细小均匀F体和珠光体。 1）该钢中，在未再结晶区轧制对珠光体等 轴状起不到有效作用
2）加Nb钢在低温轧制时有时反而不利。
§2控轧控冷理论
（3）共析钢 ①、共析钢那样高碳钢的组织为单一P体。 ②、其控制轧制只是细化珠光体团。 ③、希望在A体再结晶区轧制，使A体晶粒细小。 这样既可使珠光体球团变小，又可使析出的网状 碳化物变薄。
三、控轧控冷工艺优点
1、控轧 2、控冷
§2控轧控冷理论
2、强化机制对韧性的影响 （1）固溶强化 （2）位错强化。对塑性和韧性双重影响 （3）沉淀强化 （4）晶界强化
细小均匀的晶粒既可提高强度又可改善塑性和韧性——是控轧的 基本目标。 （5）相变强化 3、冷脆系数
KT表K 示各S 强化机理和成分对强度和韧性的影响
§2控轧控冷理论
3、中高碳钢组织与力学性能的关系 （1）中高碳钢组织对性能的影响
控轧控冷1
• 变形带也是提供相变时的形核地点，因而相变后的铁素体晶粒更 加细小均匀。
• 5 .4在(y+a)两相区的控轧 • Y相由于变形而继续伸长并在晶内形成变形带，在a晶粒内形成 大量的位错，在高温下形戎亚晶，因而强度有所提高，脆性转变 温度降低。(r+a)相轧后形成较强的织构，故在断口上平行于轧制 面出现层状撕裂裂口。
5控轧和控冷工艺在中厚板和带钢生 产中的应用
• 5. 1板钢控轧类型 • 根据轧制过程中再结晶状态和相变机制不同可分为:奥氏体再结 晶型控轧、奥氏体未再结晶型控轧、(r+a)两相区控轧。 • 5. 2再结晶型控轧 • 轧件变形温度较高，一般在功1000℃以上，道次变形量必须大于 奥氏体再结晶变形量。普碳钢的临界变形量比较小，而含铌钢的 临界变形量较大。轧后停留时间长则晶粒长大，形成粗大的奥氏 体晶粒。再结晶控轧主要是利用静态再结晶过程去细化晶粒。 • 5. 3未再结晶型控轧 • 主要是在轧制中不发生奥氏体再结晶过程。一般是在950 C ~Ar3范围内变化，变形使奥氏体晶粒长大、压扁并在晶粒中形成 变形带。奥氏体晶粒被拉长将阻碍铁素体晶粒长大。随着变形量 的加大，变形带的数量增加，分布更加均匀。
•
4控轧和控冷技术的理论基础
• 4.1钢的奥氏体化过程 • 所谓奥氏体化是指在加工前将钢加热到奥氏体区，是形核、长大 均匀化过程。对亚共析钢来说，加热到Ac，以上，进行保温、形 核、长大、剩余渗碳体(Fe3C)溶解和奥氏体均匀化。对于共析钢 和过共析钢来说，加热到Ac,以上，使珠光体变为奥氏体。进一 步加热到Acm以上，保温足够时间，使铁素体或渗碳体溶解，获 得单相奥氏体。 • 4.2钢的变形再结晶 • 变形后的金属加热发生再结晶，根据温度不同有回复、再结晶和 晶粒长大。回复仍为拉长的晶粒，但储存能降低，为前阶段。而 再结晶是新晶粒的形核及长大过程，不是相变，无畸变能。核心 的产生一是原晶界的某部位变为核心。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.3 金属材料的缺陷 （1）点缺陷
点缺陷的类型及形成
点缺陷对性能的影响
点缺陷使运动电子散射－－电阻增大 点缺陷 ( 空位 ) 增加－－密度减小
过饱和点缺陷－－提高金属的屈服强度
（2）线缺陷
刃形位错、螺形位错
（3）面缺陷
固态材料的界面：表面、晶界、亚晶界、相界
晶界特性
• 当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏 聚－－内吸附 • 晶界上原子具有较高的能量，且存在较多的晶体缺陷，使原子的 扩散速度比晶粒内部快得多 • 常温下，晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料的晶粒越细， 则单位体积晶界面积越多，其强度，硬度越高 • 晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀 • 大角度晶界界面能最高，故其晶界迁移速率最大。晶粒的长大及 晶界平直化可减少晶界总面积，使晶界 能总量下降，故 晶粒长 大是能量降低过程 ，由于晶界迁移靠原子扩散，故只有在较高温 度下才能进行 • 由于晶界具有较高能量，固态相变时优先在母相晶界上形核
1.4 强化的六种机制 1）固溶强化 要提高金属的强度可使金属与另一种金属( 或非金属)形成固溶体合金。固溶体合金或以固溶 体为基的合金(如碳钢等)一般具有较纯金属高的强 度。这种采用添加溶质元素使固溶体强度升高的 现象称为固溶强化。 因此固溶强化是通过改变金属的化学成分来 提高强度。
强化的金属学基础是由于运动的位错与异质 原子之间的相互作用的结果。
马氏体形成过程
马氏体形成过程
1．5
材料的韧性
定义： 韧性是材料塑性变形和断 裂全过程中吸收能量的能力，它是 强度和塑性的综合表现。
1.6 金属的优点和缺点
举例：金属的优点：玻璃与金属的区别
拉伸实验测试条件 普通玻璃 氢氟酸中浸蚀 几个小时 3450 液态氮温度
抗拉强度（MPa）
13.8～138
Controlled Rolling & Controlled Colling
1.钢的强化和韧化
1.1 强化和强度
通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高 金属强度的方法称为金属的强化。
所谓强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力 ，用给定条件下所能承受的应力来表示。
1.2 金属屈服的实质
金属的屈服过程是一种塑性变形过程， 它是在结晶学的优先平面上产生一种间断的滑 移步骤，从而形成了位错运动。 因此增加位错运动的困难就意味着屈服 强度的提高。 根据金属点阵中阻碍位错运动的障碍物 的类别，金属学方面对应用的强化机制可有以 下几种：
图 Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（ 右图）的冲击试验结果
由于早年的Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很 差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型 的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当 好的韧性。
水线上下都由10 张30 英尺长的高含硫量脆性钢板焊接成 300英尺的船体。船体上可见长长的焊缝。船在冰水中撞击冰山而 裂开时，脆性的焊缝无异于一条300英尺长的大拉链，使船体产生 很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。这是钢材韧性与人身安 全的一个突出例证。
对于非合金的和低合金的钢而言，可以把因溶强化看作是基体 的强化机制，与轧制制度无关。钢中最主要的合金元素Mn、Si 、Cr、Ni、Cu和P都能构成置换固溶体，并促使屈服强度和抗 拉强度呈线性增加
2）
位错强化
塑性变形意味着在位错运动之外还不断 形成新的位错，因此位错密度值随着变形而 不断增高，一直可达到1012/cm2。如果要继续 塑性变形就要提高应力值，也就是说材料被 加工硬化了。
第二相沉淀的过程就是过饱和固溶体的分解过程。
沉淀强化的机制
沉淀强化的机制是位错和颗粒之间的相互 作用，可以通过两种机制来描述：
(1)对提高强度有积极作用的绕过过程；
(2)对提高强度作用较小的剪切过程。
第二相引起的强化效果
质点的平均直径成反比，与其体积百 分数的平方根成正比
沉淀相的部位、形状对强度都有影响Fra bibliotek13790
玻璃为什么具有这么高的脆性？这是因为表面 上存在缺口或裂纹，它们是引起活动裂纹源，及其裂 纹源迅速在材料中传播导致断裂。
金属的缺点：金属的脆性转变
1912年，世界上最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克 号（Titanic）首航沉没于冰海。为什么‘不会沉没的 ’船在撞上一个冰山后3小时就沉没了 ?
4）
晶界强化
晶粒愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也 愈大．因而使材料的屈服强度提高。 下式是根据位错理论计算得到的屈服强度 与晶粒尺寸的关系：Hall-Petch 公式
s 0 K1D
1 2
5）
亚晶强化
低温加工的材料因动态、静态回复形成亚晶 ，亚晶的数量、大小与变形温度、变形量有关。 亚晶强化的原因是位错密度增高。另外有些 亚晶间的位向差稍大，也如同晶界一样阻止位错 运动。
加工硬化的应用
冷变形的加工硬化机制在实践中是先全 可以利用的。如冷拔线材、冷拔钢材、预应 力钢筋、深冲薄板异形件等都是通过冷加工 后使材料的强度得到提高的。
3 ） 沉淀强化
在普通低合金钢中经常加入微量Nb、v、Ti，这 些元素可以形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合 物．在轧制中或轧后冷却时它们可以析出，起到第二 相沉淀强化作用。 这些强化在低合金钢的控制轧制中是不可忽视 的。例如加热到1250℃的Nb钢，沉淀强化的作用平均 每0.01％Nb可提高屈服强度19．6MPa
固溶强化的效果
固溶强化的效果如何取决于一系列的条件．根据大 量的实验结果发现有以下规律。 (1)溶质元素溶解量； (2)溶质元素在溶剂中的饱和溶解度； (3)形成间隙出溶体的溶质元素(如c、N、s等元素在 Fe中)其强化作用大于形成置换式固溶体(如Mn、si 、P、Cr、Ni、Cu等元素在Fe中)的溶质元素； (4)溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈 显者。
6） 相变强化
钢经淬火转变成马氏体，这是使钢强化的常 用手段之—。
马氏体能获得高强度和硬度其强化不是靠单 一机制。而是靠几种强化机制共问作用的结果。 (1)马氏体点阵为碳所固溶强化。
(2)马氏体转变过程中晶粒得到细化。 (3)位错密度增加。 (4)马氏体变形时，有时会发生过饱和固溶 体的分解，析出新相，从而阻碍位错的运 动。