控轧控冷与热模拟(第三部分)
《控轧控冷》PPT课件复习课程
（4）当εf ＜ε1 时（d点，d曲线）
d点表示变形应力超过最大应力达到正常 应力部分（变形应力稳定阶段），动态再 结晶晶粒维持一定的大小和形状，此时加 工硬化率和动态再结晶的软化率达到平衡， 在这种变形量下停止变形，保持变形的高 温，材料的软化过程如d由线。
在动态再结晶的基础上软化开始，由于动 态再结晶的组织中有不均匀位错密度，变 形一停止马上就进入静态回复阶段，接着 就是次动态再结晶阶段。曲线d上不出现 平台，仅出现拐点，这也表明次动态再结 晶不需要潜伏期。
奥氏体热加工的真应力-真应变曲线
I：动态回复阶段
另一方面，由于材料在高 温下变形，变形中产生的 位错能够在热加工过程中 通过交滑移和攀移等方式 运动，使部分位错消失， 部分重新排列，造成奥氏 体的回复。当位错重新排 列发展到一定程度，形成 清晰的亚晶界，称为动态 多边形化。奥氏体的动态 回复和动态多边形化都使 材料软化。
晶粒长大阶段：
强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。
储存能变化
回复中刃型位错的攀移及滑移
攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线
脱离原来的滑移面。
多边化
多边化：
刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列，形成位错墙（小角度 亚晶界）的过程。
再结晶
无畸变的晶粒取代变形晶粒的过程
动态回复与动态再结晶
动态再结晶的应力－应变曲线
εc是奥氏体发生动态再结晶的临界变形量， 要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变 形。
由动态再结晶产生核心到全部完成一轮再结 晶所需要的变形量用εr 表示。
当 εc<εr 时 发 生 连 续 动 态 再结晶。动态再结晶发
生后，随着变面已发生动态再
《控轧控冷》PPT课件
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。
钢材的控制轧制与控制冷却技术
钢材的控制轧制与控制冷却技术专业：材料成型及控制工程12姓名：***学号：钢材的控制轧制与控制冷却技术管沁（材料成型及控制工程12级）[摘要]控制轧制和控制冷却能将热轧钢材的两种强化效果相加，进一步提高钢材的强度、韧性和焊接性能，获得更合理的综合力学性能。
控轧控冷工艺是一项提高钢材质量、节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢工艺技术。
由于控轧控冷具有形变强化、相变强化的综合作用，因此控轧控冷既能提高钢材强度又能改善钢材的韧性和塑性。
轧钢厂生产的中厚钢板、热轧板卷、棒、线、型材和钢管都可以采用控轧控冷工艺。
[关键词]控制轧制；控制冷却；中厚板；线材生产Abstract:Controlled rolling and controlled cooling could add those two reinforcement effect of hot rolled steel products, further improve the strength, toughness and welding performance of steel, to obtain better comprehensive mechanical properties. Controlled rolling process of controlled cooling is an improve steel quality and saving alloy, simplify the process, save energy consumption of advanced rolling technology. Because the controlled rolling cold has deformation strengthening and phase transformation strengthening combination, so both can improve the strength of steel and controlled rolling cold can improve the toughness and plasticity of steel. Rolling mill in the production of medium plate, hot-rolled coil, rod, wire, profiles and steel tube can be used in a controlled rolling process of controlled cooling.Keyword：Controlled rolling；Controlled cooling;plate rolling Wire rod production 1.引言控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一,所谓控制轧制和控制冷却技术,就是在一定的钢材化学成分的情况下,通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制,可以细化钢材显微组织、显著改善和提高钢材的性能,获得具有良好综合性能的钢铁材料。
控制轧制和控制冷却工艺讲义
控制轧制和控制冷却工艺讲义控制轧制和冷却工艺讲义一、轧制工艺控制1. 轧制温度控制a. 在热轧过程中，轧机和钢坯之间的接触摩擦会产生高温，因此需要控制轧机温度，避免过热。
b. 实时监测轧机温度，根据温度变化调整轧制速度和冷却水量，确保温度适中。
c. 使用专用液体和冷却器进行在线冷却，防止轧机过热引起事故。
2. 轧制力控制a. 测量轧机产生的轧制力，确保轧机施加的压力适中。
b. 监控轧制力的变化，根据钢坯的变形情况调整轧制力，使钢坯的形状和尺寸满足要求。
c. 根据轧制力的大小调整轧制速度，保持稳定的轧制负荷。
3. 轧制速度控制a. 根据不同钢材的特性和规格，调整轧制速度，确保成品钢材的质量和尺寸满足要求。
b. 控制轧制速度的稳定性，避免过快或过慢的轧制速度导致钢材质量不达标。
4. 轧辊调整控制a. 定期检查和调整轧辊的位置和间距，确保钢坯能够顺利通过轧机，避免产生不均匀的轧制力和过度变形。
b. 根据车间实际情况和轧制工艺要求，调整轧辊的工作方式和参数，使轧制过程更加稳定和高效。
二、冷却工艺控制1. 冷却水量控制a. 根据钢材的材质和规格，调整冷却水的流量和压力，确保钢材迅速冷却到所需温度。
b. 监测冷却水流量和温度，根据实时数据调整冷却水量，确保冷却效果和成品钢材的质量。
2. 冷却速度控制a. 根据不同的冷却工艺要求，调整冷却速度，使钢材的组织和性能满足要求。
b. 监控冷却速度的变化，根据实时数据调整冷却速度，确保成品钢材的质量和性能稳定。
3. 冷却方法控制a. 根据钢材的特性和要求，选择合适的冷却方法，如水冷、风冷等。
b. 根据不同冷却方法的特点和效果，调整冷却工艺参数，使冷却效果和成品钢材的质量最优化。
4. 冷却设备维护a. 定期检查和维护冷却设备，确保设备的正常运行和效果良好。
b. 清洗和更换冷却设备中的阻塞、损坏部件，保证冷却水的流量和质量。
以上是对控制轧制和控制冷却工艺的讲义，通过合理的工艺控制和设备维护，能够提高轧制和冷却过程的效率和质量，满足钢材的要求。
控轧控冷
六十年代初：英国斯温顿研究所提出，铁素体珠光体钢中显 微组织与性能之间的定量关系。
著名的Petch关系式明确表明了热轧时晶粒细
化的重要性。
六十年代中期：英国钢铁研究会进行了一系列
研究：降碳改善塑性和焊接性能，利用Nb、V 获得高强度，Nb对奥氏体再结晶的抑制作用以 及细化奥氏体晶粒的各种途径。
六十年代后期：美国采用控制轧制工艺生产出σs＞ 422MPa的含Nb钢板，用来制造大口径输油钢管。日 本用控制轧制工艺生产出强度高，低温韧性好的钢板， 并开发出一系列新的控制轧制工艺，提出了相应的控 制轧制理论。这期间人们重视奥氏体再结晶行为的研 究，开始认识到未再结晶区轧制的重要性。 七十年代：完成了控轧三阶段，Nb、V、Ti应用逐步 完善。
１．再结晶热轧
２．板材加速冷却
水——钢的最有效的合金化添加剂
1. 控轧工艺分哪几类？控轧实践中最常用的
是哪种工艺？分别画出示意图。 ２.Ⅰ型控轧与Ⅱ型控轧相比，哪种工艺轧材 的性能更好些？为什么？
３.如何理解“水是最有效的合金化添加剂”这
句话.
4. 对结构钢的要求有哪些要素?
２．钢的热加工金属学基础
工程应力 ζ＝P/A0
工程应变 ε＝(l－l0)/l0
A’: 比例极限
A：弹性极限
B：屈服强度
C：抗拉强度
7
6
7 8
真应变：e＝lnl/l0
ε＝(l－l0)/l0＝l/l0－1
l/l0 ＝ε＋1
e＝ lnl/l0＝ ln (ε＋1)
从上式看出： ε较小时， e≈ ε，随ε↑，其
差别显著 e＜ε
Nb钢的晶粒比Si-Mn钢要细，见图2--34.
３．初始晶粒直径
r0↓，再结晶晶粒也越小
精选控制轧制和控制冷却工艺讲义
5.2.2现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术
近三十年以来 ,控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展 ,国外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺 ,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。
获得细小铁素体晶粒的途径——三阶段控制轧制原理
奥氏体再结晶区域轧制 (≥ 950℃ )在奥氏体再结晶区域轧制时 ,轧件在轧机变形区内发生动态回复和不完全再结晶。在两道次之间的间隙时间内 ,完成静态回复和静态再结晶。加热后获得的奥氏体晶粒随着反复轧制——再结晶而逐渐变细。
图中第Ⅰ 阶段 ,由于轧件温度较高 ,奥氏体再结晶在短时间内完成且迅速长大 ,未见明显的晶粒细小。
不然，出于平整道次压下率确定不合适，引起晶粒严重不均，产生个别特大晶粒，造成混晶，导致性能下降。
道次变形分配
满足奥氏体再结晶区和未再结晶区临界变形量的要求，要考虑轧机设备能力及生产率的要求。压下量的分配一殷在奥氏体区采用大的道次变形量 ，以增加奥氏体的再结晶数量，细化晶粒。在未再结晶区在不发生部分再结晶的前提下，尽可能采用大的道次变形量，以增加形变带，为铁素体相变形核创造有利条件。在轧机能力比较小的条件下，采用在未再结晶区多道次、每道次小变形量并缩短中间停留时间的快轧控制方案，也取得较好的效果，而且不降低轧机产量。经验结论 在未再结晶区大于45—50％的总变形率有利于铁素休晶粒细化。
5.2板带钢控轧与控冷应用实例
5.2.1北极管线用针状铁素体钢
管线钢的发展历史
60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢 .这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年，API标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
钢材控制轧制和控制冷却技术PPT课件
一、控制轧制
在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度和温度制度的合 理控制，使塑性变形与固态相变结合以获得细小的经理组织，使钢材 具有优异的综合力学性能（强度、韧性和焊接性能等）的轧制工艺。
二、控制冷却
控制轧后钢材的冷却速度以达到改善组织性能的目的。
三、控轧控冷工艺优点
1、控轧 2、控冷
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§2控轧控冷理论
（3）细化F体晶粒 细化F体效果：Nb最显著，Ti次之，V最差。
（4）影响钢的强韧性能 ①、铌：在控轧时，产生显著的晶粒细化和中等沉淀强化。 ②、钛：随Ti含量增加，发生强烈沉淀强化，晶粒细化中 等。 ③、钒：产生中等程度沉淀强化和比较弱的 晶粒细化。
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①、 增s 加
②、产生织构—强度的方向性，并使高阶冲击能（韧性 状态下冲击能）有所降低。
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§2控轧控冷理论
6、三种类型的控制轧制 （1）促进F体细化的途径
①、细化A体晶粒 ②、控轧控冷 （2）控轧 ①、第一阶段，A体再结晶区轧制
1）通过反复形变—再结晶，使A晶粒细化 2）实际生产中动态再结晶有困难，主要发生静态再结晶。 3）实际生产中每道次都发生完全再结晶是困难的，存在部分 再结晶轧制，应避免产生混晶的临界压下量（10%）
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§2控轧控冷理论
④、总变形量和道次变形量要大。
1）总变形量应 45%，可得F体晶粒 5m（12～13级）
2）一道次压下率越大，越易产生变形带，越易获得均匀组织。
⑤、未再结晶区材料强度由固溶强化（ sh）和F体晶粒尺寸（d）
等决定。
1
s sh K y d 2
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东大-控轧控冷培训班讲稿-第三部分
30
35
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20
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o
Байду номын сангаас30
35
冷却速度, C
冷却速度, C/s
冷却速度, C
图28
不同冷却速度下试验钢的力学性能
a
b
c
图29 不同冷却速度下试验钢的室温组织 （a） 30℃/s （b） 20℃/s （c） 10℃/s
540
510
480
强度,MPa
抗 拉 强 度 屈 服 强 度
450
420
390
图26 不同累积变形量试样的金相照片 其中（a）38%；（b）55%；（c）66%；（d）73%
为了把握轧后冷却制度对Q345钢力学性能的影响规律，按表 5所示压下规程在Φ300mm轧机上进行了控轧控冷综合试验。试 验钢的力学性能和室温组织如表7和图27所示：
表7 试验钢控轧控冷试样的力学性能
试样 号 1 2 3 屈服强度 MPa 430 435 428 抗拉强度 MPa 586 586 596 断后伸长率 δ 5％ 30 26 28 横向室温冲击功 Akv，J 76 74 72 纵向室温冲击功 Akv，J 124 103 130
2.2 板带轧制过程中的组织性能控制
TMCP工艺参数的控制原则 （4）冷却制度的控制
冷却制度的控制主要包括冷却开始温 度、冷却速度和冷却终了温度的合理控 制： 当奥氏体的有效晶界面积较大，即终轧 温度较高，奥氏体晶粒比较粗大时，冷 却速度过快，会使钢中的贝氏体含量显 著增大，虽然强度指标会明显提高，但 塑、韧性会相对降低。因此，应针对具 体钢种和具体的力学性能要求将冷却速 度控制在合理的范围； 对微合金化的热轧钢板冷却终了温度 或卷取温度的控制，应结合具体钢种， 在充分把握不同终冷温度下，沉淀相的 数量、大小和分布状态对相关力学性能 的影响规律后，精确控制终冷温度。
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从而导致钢的韧性变坏。
小。在铁素体－珠光体钢中，此现象
对于铁素体－珠光体钢，珠光体 亦可从下式中明确地看出：
量和晶粒大小与脆性转变温度的定 量关系如下：
1
s fa ia f p p fa kd 2
vTrs
1
43 37(Mn) 6.2d 2
1.5(珠光体)式中
—f a —铁素体体积分数；
——f p 珠光体体积分数
重要提示：在所有的钢材强化方法中，唯有晶粒细化可同时提高钢 材的强度指标和塑、韧性指标。
8/4 7
1.3 影响强韧性能的主要因素
二、珠光体的数量、大小及分布
珠光体为渗碳体与铁素体所组成 当钢中的含C量（亦即珠光体量）增
的混合物。通常的情况下，珠光体 加时，钢的屈服极限增加，也就是使
的体积百分率增大时，使钢材硬化， Hall－Petch关系式中的 增 0大， 减k
控轧控冷与热模拟
衣海龙 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学)
1.钢材的强韧性能
1.1 强韧性能的概念
1.2 强韧性能的定量关系式
1.3 影响强韧性能的主要因素
2.钢材的控制轧制与控制冷却
2.1 控制轧制的概要
2.2 钢材热轧过程中的组织性能变化
2.3 控制轧制的类型
2.4 轧制工艺参数的控制
组织：铁素体晶粒度，珠光体百分含 量，带状级别，魏氏组织，夹杂物数 量、大小、形状及分布状态等
性能：力学性能（屈服强度、抗拉强 度、冲击韧性等）；工艺性能（冷弯、 冲压、焊接性能等）；理化性能（耐 蚀、耐火、电磁性能等）
结构钢的三要素：强度、韧性和焊接 性能
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1.1 强韧性能的概念
强韧性是指金属材料的强度和韧性而言。强度指标有屈服强度、抗 拉强度等；韧性指标有冲击韧性和脆性转变温度等
韧－脆转变温度
测定不同温度下的AK值，可得到温度 与 AK 值 的 关 系 曲 线 ， 曲 线 上 冲 击 值 显 著的温度称为韧－脆转变温度，也叫脆 性转变温度
韧脆性转变温度的测定方法：
冲击功-温度曲线
（1）能量法：取曲线上韧－脆状态下 冲击韧性平均值所对应的温度
（2）取断口结晶区面积为总面积50％ 时所对应的温度，以50％FATT表示
比例极限σP－应力、应变能保持比 例关系时的最大应力
弹性极限σe－完全பைடு நூலகம்载后不出现任 何明显残余应变的最大应力
屈服强度σS－有明显上、下屈服点 时，用下屈服点对应 的应力表示， 无明显屈服点时，以试样残余应变 达到0.2％时的应力表示，标为σ0.2 抗拉强度σb－试样在拉断前所承受 的最大应力
低碳钢拉伸时的应力－应变曲线
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1.1 强韧性能的概念
断面收缩率Ψ％－拉伸前后 试样横截面的相对减缩量
延伸率δ％－拉伸前后试样的 相对伸长量。因集中变形受 试样形状和尺寸的制约，国 标规定拉伸试样的尺寸比例 应为L0/D0=5或10，所以对 应长短试样分别标为δ5或δ10
此外，通过拉伸试验还可测定 Z值、塑性应变比R、应变硬化 指 数 n 值 和 屈 强 比 σs/σb 值 等 用以评价板带产品的冷成型性 能
G—
—材料剪切模量；
R ——表面能；
K ——常数。
铁素体晶粒尺寸与韧-脆转变温 度的关系如下：
T转变＝A md 1/2
式中：
A、m ——材料剪切模量
由以上公式可以看出：钢材的屈服强度，断裂强度与铁素体晶粒
尺寸 成d正1比/ 2，即晶粒尺寸越细，屈服强度和断裂强度越高；铁
素体晶粒越细，韧-脆转变温度越低，低温韧性就越好。
3.控制轧制技术的进展
1/4
7
1.钢材的强韧性能
轧制过程是指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 得所必须的组织和性能。
形状：泛指板面的平直度（板形）， 浪形、瓢曲、旁弯、表面缺陷的有无 等
尺寸：泛指宽度、长度和厚度；横向 厚度偏差和纵向同条差是控制的关键
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1.3 影响强韧性能的主要因素
三、铌、钒、钛合金元素的作用
在钢材轧制过程中，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。
（3）塑变量法：取试样相对收缩变形
为1％时所对应的温度
6/4 塑变量法确 定脆性转变温7度
1.2 强韧性能的定量关系式
根据位错塞积理论导出著名 的Hall－Petch关系式如下：
1
s 0 K yd 2 或表示为：
－晶s 内 变(形0 阻 力：m t v ) k1d 1/ 2
－0 晶界性质影响的阻力系数；
dK
－晶粒直径大小。
y
K1 ——晶粒尺寸系数，为曲线的斜率； Δσm ——固溶强化作用的增长量； Δσt ——沉淀强化作用的增长量； Δσv ——位错强化作用的增长量。
7/4 7
1.3 影响强韧性能的主要因素
一、晶粒的大小
铁素体晶粒尺寸与韧性断裂
强度的关系如下：
c
2G r k
d 1/ 2
式中：
；fa f p 1
式中
v—Trs—脆性转变温度；
d ——晶粒直径 。
——ia 完全铁素体的内摩擦应力； ——0 完全珠光体的内摩擦应力。
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7
1.3 影响强韧性能的主要因素
三、铌、钒、钛等合金元素的作用
铌、钒、钛等合金元素与钢中的碳、氮溶质原子具有极强的亲合力，能 够形成极为稳定的碳、氮化合物，在轧制过程中起到延迟再结晶和阻碍再 结晶晶粒长大的作用，几种微合金化元素对0.07C、1.40Mn碳锰钢再结晶 温度的影响规律如下：
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1.3 影响强韧性能的主要因素
三、铌、钒、钛合金元素的作用
铌、钒、钛对铁素体/珠光体钢脆性转变温度的影响
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2.钢材的控制轧制与控制冷却
2.1 控制轧制的概要
• 所谓控制轧制,就是在调整钢材化学成分的基础上，通过对轧制过 程中的温度制度、变形制度和轧后冷却制度等进行有效控制，显 著改善钢材微观组织，获得具有良好综合力学性能的钢铁材料。
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1.1 强韧性能的概念
冲击韧 性
将规定形状和尺寸的试样 置于固定支架上，然后释放 具有一定位能的重锤，把一 次 冲 断 试 样 所 作 的 功 AKV 或 AKU除于试样的原始面积F0所 得的值定义为冲击韧性，以 aKV或aKU 表示。
冲击试验原理
夏比V型缺口试样
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1.1 强韧性能的概念