鋼材的控制軋制和控制冷卻

1、鋼材的控制軋制和控制冷卻鋼材的控制軋制和控制冷卻一、名詞解釋：1、控制軋制：在熱軋過(guò)程中通過(guò)對(duì)金屬的 加熱制度、變形制度、溫度制度 的合理控制，使 熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，以獲得細(xì)小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。2、控制冷卻：控制軋后鋼材的冷卻速度、冷卻溫度，可采用不同的冷卻路徑對(duì)鋼材組織及 性能進(jìn)行調(diào)控。3、 形變誘導(dǎo)相變：由于熱軋變形的作用，使奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度Ar3 上升，促進(jìn)了奧氏 體向鐵索體的轉(zhuǎn)變。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形后造成變形帶的產(chǎn)生和畸變能的增加，從而影響 Ar3 溫度。4、形變誘導(dǎo)析出：在變形過(guò)程中，由于產(chǎn)生大量位錯(cuò)和畸變能增加，使微量元素析出速度 增大。兩相

2、區(qū)軋制后的組織中既有由變形未再結(jié)晶奧氏體轉(zhuǎn)變的等軸細(xì)小鐵素體晶粒，還有被變形 的細(xì)長(zhǎng)的鐵素體晶粒。同時(shí)在低溫區(qū)變形促進(jìn)了含鈮、釩、鈦等微量合金化鋼中碳化物的析 出。5、再結(jié)晶臨界變形量：在一定的變形速率和變形溫度下，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所必需的最低變 形量。6 二次冷卻：相變開(kāi)始溫度到相變結(jié)束溫度范圍內(nèi)的冷卻控制二、填空：1、再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是儲(chǔ)存能，影響其因素可以分為：一類是工藝條件，主要有 變形量、變 形溫度、變形速度。另一類是材料的內(nèi)在因素，主要是 材料的化學(xué)成分和冶金狀態(tài)。2、控制冷卻主要控制軋后鋼材冷卻過(guò)程的（冷卻溫度）、（冷卻速度）等工藝條件，達(dá)到改 善鋼材組織和性能的目的。3、固溶體的類

3、型有（間隙式固溶）和（置換式固溶），形成（間隙式）固溶體的溶質(zhì)元素固 溶強(qiáng)化作用更大。4、根據(jù)熱軋過(guò)程中變形奧氏體的組織狀態(tài)和相變機(jī)制不同，將控制軋制劃分為三個(gè)階段, 即奧氏體再結(jié)晶型控制軋制、奧氏體未再結(jié)晶型控制軋制、在A+F 兩相區(qū)控制軋制 5、以珠光體為主的中高碳鋼，為達(dá)到珠光體團(tuán)直徑減小，則要細(xì)化奧氏體晶粒，必須采用（奧氏體再結(jié)晶）型控制軋制。6 控制軋制是在熱軋過(guò)程中通過(guò)對(duì)金屬的 （加熱制度）、（變形制度）、（溫度制度）的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。7、鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要包括（固溶強(qiáng)化）、（位錯(cuò)強(qiáng)化）、（沉淀強(qiáng)化）、（細(xì)晶強(qiáng)化）、（亞 晶強(qiáng)化）、（

4、相變強(qiáng)化）等，其中（繞過(guò)）機(jī)制既能使鋼強(qiáng)化又使鋼的韌性得到提高。8、 一般可把軋后控制冷卻過(guò)程分為三個(gè)階段，稱為（ 一次冷卻）、（二次冷卻）和（三次冷 卻）。9、對(duì)于中高碳鋼，如果要同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，不僅須進(jìn)行控制軋制，同時(shí)要進(jìn)行軋后（ 控 冷），使珠光體在低溫下產(chǎn)生，得到（細(xì)片層狀態(tài)）的珠光體。三、選擇：1、控制冷卻的關(guān)鍵點(diǎn)在于控制（A ）。（A）奧氏體發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變（B）奧氏體的再結(jié)晶（C）變形奧氏體（D）奧氏體的形核和長(zhǎng)大2、 對(duì)于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的條件，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶能否發(fā)生，主要由溫度補(bǔ)償因子Z 和（A）來(lái)決 定。（A）變形程度（B）待溫厚度（C）設(shè)備能力（D）晶粒尺寸3、在（B ）進(jìn)行

5、變形后的奧氏體中由于有變形帶的存在，鐵素體不僅在晶界上成核而且在變 形帶上成核。（A）再結(jié)晶奧氏體區(qū)（B）未再結(jié)晶奧氏體區(qū)（C）部分再結(jié)晶奧氏體（D）奧氏體和鐵素體的兩相區(qū)4、 Nb（C、N）析出質(zhì)點(diǎn)固定亞晶界而阻止奧氏體晶粒再結(jié)晶階段是在：（ C）（A）出爐前（B）出爐后冷卻到軋制前（C）變形奧氏體中（D）變形奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過(guò)程中5、抑制奧氏體再結(jié)晶作用最強(qiáng)的微合金元素是：（A）。（A） Nb（ B） V（ C） Ti （ D） B6 控制軋制的關(guān)鍵點(diǎn)在于控制（C）。（A）奧氏體的形核與長(zhǎng)大（B）鐵素體的形核與長(zhǎng)大（C）變形奧氏體的狀態(tài)（D）奧氏體發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變7、在以下不同區(qū)域進(jìn)行軋制

6、，鐵素體細(xì)化程度最大的是：（D ）o（A）再結(jié)晶奧氏體粗晶粒區(qū)（IA 型）（B）再結(jié)晶奧氏體細(xì)晶粒區(qū)（IB 型）（C）部分再結(jié)晶奧氏體（過(guò)渡型）（D）未再結(jié)晶奧氏體區(qū)（U型）四、簡(jiǎn)答：1、簡(jiǎn)述鋼材強(qiáng)化的幾種主要機(jī)制，并說(shuō)明對(duì)鋼材韌性的影響。鋼的強(qiáng)化機(jī)制：固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、亞晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等1、 固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入基體金屬使材料強(qiáng)度增加的現(xiàn)象。機(jī)理：運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)與溶質(zhì)原子之間的交互作用的結(jié)果。效果：提高強(qiáng)度、降低塑屬性。間隙式固溶強(qiáng)化使強(qiáng)度T,但塑性J、韌性J；置換式固溶強(qiáng)化強(qiáng)化效果小，但對(duì)塑 性、韌性影響不大。2、 位錯(cuò)強(qiáng)化：在塑性變形中，隨變形程度T,基體強(qiáng)度T的現(xiàn)

7、象。機(jī)理：變形量&T,位錯(cuò)密度p T,位錯(cuò)的移動(dòng)阻力T,強(qiáng)化T。 效果：提高強(qiáng)度、降低塑韌性。3、沉淀強(qiáng)化：第二相微粒從過(guò)飽和固溶體中沉淀析出使材料強(qiáng)度T的現(xiàn)象。機(jī)理：位錯(cuò)和第二相顆粒相互作用。（1）對(duì)提高強(qiáng)度有積極作用的繞過(guò)過(guò)程；（2）對(duì)提高強(qiáng)度作用較小的切割/剪切過(guò)程。 它們都會(huì)增加運(yùn)動(dòng)阻力，可以提高材料的強(qiáng)度。4、 細(xì)晶強(qiáng)化：隨晶粒細(xì)化，屈服應(yīng)力變高，基體強(qiáng)度上升的現(xiàn)象。 晶界強(qiáng)化本質(zhì)：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。晶界強(qiáng)化能同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性。5、亞晶強(qiáng)化：位錯(cuò)密度增高，阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。6、 相變強(qiáng)化：主要是指馬氏體強(qiáng)化。馬氏體是碳在a-Fe 中的過(guò)飽和固溶體。 碳原子固溶強(qiáng)化

8、是馬氏體最基本的強(qiáng)化機(jī)制。2、請(qǐng)畫(huà)出奧氏體熱加工時(shí)的真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線示意圖，并說(shuō)明曲線共分為幾個(gè)階段1、第一階段（加工硬化）：當(dāng)塑性變形小時(shí)，隨著變形量增加 變形抗力增加，直到達(dá)到最大值。另一方面，由于材料在高溫 下變形，變形中產(chǎn)生的位錯(cuò)能夠在熱加工過(guò)程中通過(guò)交滑移和 攀移等方式運(yùn)動(dòng)，使部分位錯(cuò)消失，部分重新排列，造成奧氏 體的回復(fù)。加工硬化超過(guò)動(dòng)態(tài)軟化。2、第二階段（動(dòng)態(tài)再結(jié)晶）：在第一階段動(dòng)態(tài)軟化抵消不了加 工硬化，隨著變形量的增加金屬內(nèi)部畸變能不斷升高，畸變能 達(dá)到一定程度后在奧氏體中將發(fā)生另一種轉(zhuǎn)變，即動(dòng)態(tài)再結(jié) 晶。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生與發(fā)展使更多的位錯(cuò)消失，材料的變形應(yīng)力很快下降。隨著

9、變形的繼 續(xù)進(jìn)行，在熱加工過(guò)程中不斷形成再結(jié)晶核心并繼續(xù)成長(zhǎng)直到完成一輪再結(jié)晶，變形應(yīng)力降 到最低值。從動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始，變形應(yīng)力開(kāi)始下降，直到一輪再結(jié)晶全部完 成并與加工硬 化相平衡，變形應(yīng)力不再下降為止，形成了真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線的第二階段。 動(dòng)態(tài)軟化速 度大于加工硬化速度。3、第三階段（穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)）：當(dāng)?shù)谝惠唲?dòng)態(tài)再結(jié)晶完成以后，在真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線上將出 現(xiàn)兩種情況：一種情況是應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定值，變形量雖不斷增加而應(yīng)力基本不變，呈穩(wěn)態(tài)變 形。這種情況稱為連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；另一種情況是應(yīng)力出現(xiàn)波浪式變化，呈非穩(wěn)態(tài)變形。這 種情況稱為間斷動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。& c 從開(kāi)始到發(fā)生再結(jié)晶的變形量，r 從開(kāi)

10、始發(fā)生再結(jié)晶到最后一個(gè)晶粒發(fā)生再結(jié)晶的變形量。當(dāng)& cr 時(shí)發(fā)生間斷動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定值，變形量雖不斷增加而應(yīng)力基本不變， 呈穩(wěn)態(tài)變形。間斷動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：應(yīng)力出現(xiàn)波浪式變化，呈非穩(wěn)態(tài)變形。當(dāng)& cr 時(shí)發(fā)生間斷動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。3、簡(jiǎn)述控制軋制過(guò)程各個(gè)階段 Nb（C、N）的析出狀態(tài)。1、出爐前的 Nb（C、N）質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)：當(dāng)含鈮的硅錳鋼加熱到 1200C均熱 2 2 小時(shí)后,鋼中鈮量有 90 %以上都固溶到奧氏體 基體中了。有極少數(shù) Nb（C、N）沒(méi)有固溶到奧氏體中。經(jīng)電鏡觀察，這些粗大粒子直徑大約在100nm 左右。這些未溶解的大顆粒的 Nb（C、N）不會(huì)對(duì)軋后奧

11、氏體晶粒的再結(jié)晶有什么作用。如果將鋼加熱到 1260C,保溫 30 min ;則 Nb （C、N）全部溶解。2、 出爐后冷卻到軋制前 Nb（C N）的析出狀態(tài)： 當(dāng)鈮鋼加熱到 1200C以后,分別冷卻 到 1050C、930C和 820C時(shí)鋼中析出的 Nb （C 、N N） 數(shù)量與 1200C時(shí)的未固 溶的 Nb （C、N N） ）數(shù)量沒(méi)有多大差別，也就是說(shuō)在軋制前這一階段的時(shí)間中 ，并沒(méi) 有從固溶體中析出多少 Nb（C、N） 。這是因?yàn)?碳氮化物相從固溶體中析出的動(dòng)力學(xué)決定于晶核的形成條件、合金元素的擴(kuò)散速度、過(guò)冷度和內(nèi)應(yīng)力（畸變能）3、 變形奧氏體中 Nb（C、N）的析出狀態(tài)：在變形中析出

12、 Nb（C、N）的過(guò)程是動(dòng)態(tài)析出過(guò) 程。只有當(dāng)變形速度很低的情況下才能產(chǎn)生這種析出相。另外在變形過(guò)程中析出的碳化物也難以和變形后快速冷卻下析出的碳化物區(qū)分開(kāi)。即使在變形過(guò)程中，由于產(chǎn)生大量位錯(cuò)和畸變能增加，引起“形變誘導(dǎo)析出”，使鈮析出速度增大，如果變形時(shí)間短， 實(shí)際析出量并不大。高溫軋制 后（再結(jié)晶區(qū)軋制，如 1050C），由于變形 產(chǎn)生 的位錯(cuò)和畸變能由于回復(fù)和再結(jié)晶而消失，Nb（C、N）顆粒的析出部位是沿奧氏體晶界析出，而在晶內(nèi)析出很少，顆粒直徑在 20 nm 左右。低溫軋制 后（未再結(jié)晶 區(qū)軋制， 如 900 800C），由于奧氏體未發(fā)生再結(jié)晶，具有較高畸變能，位錯(cuò)密度高，因 而加速了

13、碳和鈮的擴(kuò)散速度，Nb（C、N）顆粒的析出部位既有在晶界上也在晶內(nèi)和亞晶界上，故顆粒細(xì)小，直徑在 5 510 nm。此冷卻 過(guò)程中 Nb （C 、）N） 的析 出 量約占 其總量 的25 % 30 %左右，控制軋制就是 應(yīng)用這種微細(xì) 的 Nb（C、N） 析出質(zhì)點(diǎn)固定亞晶界而阻止奧氏體晶粒再結(jié)晶，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的4、在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過(guò)程中和在鐵素體內(nèi)Nb（C、N）的析出狀態(tài)：由于各種碳氮化物在奧氏體中的溶解度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在鐵素體中的溶解度，因此當(dāng) LF 相變發(fā)生后，微量元素立即達(dá)到高度過(guò)飽和，產(chǎn)生快速析出。而位錯(cuò)、界面和其它晶體缺陷處則是析出 最有利的位置。相間析出 一隨 LF 轉(zhuǎn)變，A/F

14、 之間的界逐漸向 A A 推進(jìn)，而析出總 是緊貼在相界面上成列狀沉淀析出，相界面不斷推進(jìn)，列狀沉淀析出就形成一排排有規(guī) 則 的新析出相。一般析出 一無(wú)規(guī)則的在位錯(cuò)線上和基體上沉淀析出。一般沉淀析出是主要的、常見(jiàn)的，而列狀的相間析出很少見(jiàn) 。相變后剩余在 F F 中的固溶 Nb 將在 F F 中繼續(xù)析出。質(zhì)點(diǎn)長(zhǎng)大速度緩慢，質(zhì)點(diǎn)細(xì)小，一般小于 5 5 nm。其質(zhì)點(diǎn)大小決定于 冷卻速度靳出時(shí)機(jī)質(zhì)點(diǎn)大小 A是固霹于 AJS 的需余優(yōu)合物.111 1111000板出麹醴翼少.騎出部忖在晶界3001000在蟲(chóng)區(qū)中童形時(shí)喲畢科明祐戟尊折乩戲態(tài)折出.箭出號(hào)浪少,新出部5070在變靈若的停宙吋問(wèn)里（.苴變幣誘導(dǎo)

15、析岀的堆續(xù) r 析出裁大*主電斬出在晶界、審晶屛變理帶徴鉗處igQOl 在A再甜晶區(qū)婕形 在A未再箱A-F 相蠅中在 AfF 相界商上或 F 櫥內(nèi)戦列炊侃謹(jǐn)和無(wú)粋則坑謎(XJ拉韜上梅內(nèi)5&4、根據(jù)熱軋過(guò)程中變形奧氏體的組織狀態(tài)和相變機(jī)制不同，將控制軋制劃分為哪三個(gè)階 段，各有什么特點(diǎn)。三個(gè)區(qū)中軋制時(shí)發(fā)生的組織和物理性能變化*AVAV加tUMMl(1W)AW1辭a于Ji製尺寸0無(wú)Jt1筍n彳；7載決于雹掩寸t諦ftMdttK寸相箕的尺寸鼻1、奧氏體再結(jié)晶型控制軋制：是在奧氏體變形過(guò)程中和變形后自發(fā)產(chǎn)生奧氏體再結(jié)晶的溫 度區(qū)域中進(jìn)行軋制。2、奧氏體未再結(jié)晶型 控制軋制3、 在 A+F 兩相

16、區(qū)控制軋制：鋼板和帶鋼控軋工藝。在奧氏體向鐵素體相變的A+F 兩相區(qū)的上限溫度進(jìn)行一定道次的軋制，使尚未相變的奧氏體晶粒繼續(xù)變形、拉長(zhǎng)，晶粒內(nèi)形成新的 滑移帶，并在這些部位形成新的鐵素體晶核。再結(jié)晶奧氏體相變：奧氏體再結(jié)晶型控制軋制（I階段）IA型：如果熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，并且在轉(zhuǎn)變前粗化成小于或等于ASTM65級(jí)的奧氏體晶粒，那么轉(zhuǎn)變時(shí)容易形成魏氏組織鐵素體和珠光體。形成魏氏組織的傾向在含鈮鋼中最強(qiáng) 烈，其次是非合金鋼，含釩鋼最弱 。IB型：如果熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，轉(zhuǎn)變前奧氏體晶粒是ASTMW6 級(jí)或者更細(xì)，則轉(zhuǎn)變就按 IB 型進(jìn)行。鐵素體晶核基本上在奧氏體晶界上形成，并獲得具有等軸

17、鐵素體與珠光體的 均勻組織。原始奧氏體晶粒愈細(xì)。轉(zhuǎn)變后的鐵素體也愈細(xì)。這就是再結(jié)晶型的控制軋制。未再結(jié)晶奧氏體相變：過(guò)渡型：一種是一大部分奧氏體再結(jié)晶晶粒按著IB型轉(zhuǎn)變形成細(xì)小的鐵素體和珠光體，而另一部分是未再結(jié)晶奧氏體晶粒，轉(zhuǎn)變后形成魏氏組織和珠光體；另一種情況是一部分變形量大的奧氏體未再結(jié)晶晶粒按U型轉(zhuǎn)變后形成細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，而另一部分變 形量小的奧氏體則轉(zhuǎn)變成魏氏組織和珠光體。U型：如果熱軋溫度低，熱軋后變形的奧氏體晶粒不發(fā)生再結(jié)晶，則奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變 將按U型方式進(jìn)行。鐵素體在變形帶邊界處和晶界處成核，形成細(xì)小的等軸晶粒。隨后在奧 氏體晶內(nèi)也形成多邊形的鐵素體晶粒和珠光體。U型轉(zhuǎn)變中不形成魏氏組織和上貝氏體。這 就是未再結(jié)晶型的控制軋制。5、什么是一次冷卻、二次冷卻、三次冷卻？一次冷卻：指從終軋溫度開(kāi)始到變形奧氏體向鐵素體開(kāi)始