材料加工組織性能控制(第三章)新

1、3.3.熱形變過程中鋼的組織變化熱形變過程中鋼的組織變化3.1 3.1 控制軋制基本知識控制軋制基本知識3.1.1 3.1.1 控制軋制概念控制軋制概念(低碳、低合金鋼低碳、低合金鋼)控制軋制控制軋制(Controlled rolling)：熱軋過程中通熱軋過程中通過過對金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控對金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，獲得細小晶制，使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，獲得細小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的軋制粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的軋制新工藝。新工藝。TMCP(Thermo Momechanical Contro

2、lled TMCP(Thermo Momechanical Controlled Processing)Processing)： 圖圖3-l 3-l 各種軋制程序的模式圖各種軋制程序的模式圖 CR-CR-控制軋制；控制軋制；AcCAcC一控制冷卻一控制冷卻3.1.2 3.1.2 鐵素體晶粒尺寸的控制鐵素體晶粒尺寸的控制3.1.2.1 3.1.2.1 鐵素體晶粒尺寸的計算式鐵素體晶粒尺寸的計算式 奧氏體相變過程示意圖奧氏體相變過程示意圖31)32(gSFSND313161)()2(AsFDGIDGINss231AgDS1奧氏體晶奧氏體晶粒直徑粒直徑鐵素體晶核按拋鐵素體晶核按拋物線規(guī)律長大的物線規(guī)

3、律長大的速度常數(shù)速度常數(shù) 鐵素體晶粒鐵素體晶粒的形核速率的形核速率 3.1.2.2 變形奧氏體對鐵素體晶粒的細化作用結(jié)論：結(jié)論：由加工硬化（變形）奧氏體相變得到的鐵素體由加工硬化（變形）奧氏體相變得到的鐵素體晶粒比相同尺寸的未變形奧氏體或再結(jié)晶奧氏體相變晶粒比相同尺寸的未變形奧氏體或再結(jié)晶奧氏體相變后得到的鐵素體晶粒要細得多。后得到的鐵素體晶粒要細得多。原因：原因：（1）變形使奧氏體的晶界上形成了許多臺階）變形使奧氏體的晶界上形成了許多臺階 （2 2）變形奧氏體除了在晶界上生成鐵素體晶核以外，原來）變形奧氏體除了在晶界上生成鐵素體晶核以外，原來奧氏體中的退火孿晶邊界以及由于變形而形成的變形帶，

4、也奧氏體中的退火孿晶邊界以及由于變形而形成的變形帶，也是鐵素體的形核基地。是鐵素體的形核基地。 3.1.2.3 冷卻速度對鐵素體晶粒尺寸的影響冷卻速度對鐵素體晶粒尺寸的影響（1）細化相變前的奧氏體）細化相變前的奧氏體晶粒；（晶粒；（2）在細化奧氏體）在細化奧氏體晶粒的前提下，進一步使奧晶粒的前提下，進一步使奧氏體處于加工硬化狀態(tài)；氏體處于加工硬化狀態(tài)；（3）在相變溫度區(qū)間加速）在相變溫度區(qū)間加速冷卻。冷卻。3.1.2.4 合金元素的作用（微合金元素作用時再講）合金元素的作用（微合金元素作用時再講）3.1.3 3.1.3 控制軋制的類型控制軋制的類型控制軋制方式示意圖控制軋制方式示意圖(a) 奧

5、氏體再結(jié)晶區(qū)控軋；奧氏體再結(jié)晶區(qū)控軋；(b) 奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控軋；奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控軋；(c) ( + )兩相區(qū)控軋兩相區(qū)控軋 （1）奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱I型控制軋制)條件：950以上 再結(jié)晶區(qū)域變形。主要目的：對加熱時粗化的初始晶粒軋制再結(jié)晶細化 相變后細小的晶粒。相變前的晶粒越細，相變后的晶粒也變得越細。（2）奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱為型控制軋制)條件： 950CAr3之間進行變形。目的：晶粒沿軋制方向伸長，晶粒內(nèi)部產(chǎn)生形變帶。晶界面積，的形核密度 ，進一步促進了晶粒的細化。(3) (+)兩相區(qū)軋制 條件：Ar3點以下軋制。目的：1）未相變晶粒更加伸長，在晶內(nèi)形成形變帶，相

6、變形成微細的多邊形晶粒；2）已相變后的晶粒變形，于晶粒內(nèi)形成亞結(jié)構(gòu)，因回復(fù)變成內(nèi)部含有亞晶粒的晶粒。組織：大傾角晶粒和亞晶粒的混合組織。影響：強度升高，脆性轉(zhuǎn)變溫度（亞晶的出現(xiàn)）?？刂栖堉迫A段示意圖和控制軋制三階段示意圖和各階段的組織變化各階段的組織變化 再結(jié)晶與未再結(jié)晶型控軋示意圖再結(jié)晶與未再結(jié)晶型控軋示意圖3.1.4 控制軋制工藝特點(1)(1)控制加熱溫度：控制加熱溫度： 加熱溫度決定軋制前奧氏體晶粒的大小，加熱溫度決定軋制前奧氏體晶粒的大小，溫度越低晶粒越細。溫度越低晶粒越細。低溫加熱優(yōu)點：低溫加熱優(yōu)點： （1）避）避免奧氏體晶粒變粗大。（免奧氏體晶粒變粗大。（2）縮短延遲冷卻時間，

7、粗軋縮短延遲冷卻時間，粗軋和精軋幾乎可連續(xù)進行。和精軋幾乎可連續(xù)進行。缺點：（缺點：（1）要減小板坯的）要減小板坯的厚度。（厚度。（2）含鈮鋼中鈮未）含鈮鋼中鈮未固溶，達不到預(yù)期的析出固溶，達不到預(yù)期的析出強化效果。強化效果。(2)控制軋制溫度奧氏體區(qū)軋制：要求最后幾道次的軋制溫度要低。原因：一般低碳結(jié)構(gòu)鋼終軋溫度：一般低碳結(jié)構(gòu)鋼終軋溫度：830 C或者更低些。軋制含或者更低些。軋制含Nb鋼：控制在鋼：控制在750 C左右左右 。I型控制軋制原則：1)連續(xù)軋制，不要間歇，尤其在的高溫側(cè)(動態(tài)再結(jié)晶區(qū)) ，原因： 2)道次變形量應(yīng)大于臨界變形量，使全部晶粒能進行再結(jié)晶，避免混晶產(chǎn)生。原因：(+)

8、 兩相區(qū)軋制：壓下率的增加會使位錯密度增大，亞晶發(fā)達和產(chǎn)生織構(gòu)等，使鋼材的強度升高，低溫韌性得到改善。II 型控制軋制：要有足夠的總變形量，可以不過分強調(diào)道次變形量。原因：(3) 控制變形程度 （4）控制軋制后冷卻速度工藝代號工藝代號 ABBCCD坯料厚度坯料厚度/mm開軋溫度開軋溫度/ C220105022010502201120220105022011202201050或或1120中間待冷厚度中間待冷厚度/mm52.6(3h)52.652.652.687.5(5h)待冷后續(xù)軋溫度待冷后續(xù)軋溫度/ C890890850850890成品厚度成品厚度/mm終軋溫度終軋溫度/ C17.589017

9、.5(h)80017.580017.576017.576017.5800工藝代號工藝代號 ABBCCD50% F.A.T.T-5-65-40-70-50-70(1)盡可能降低加熱溫度，目的：(2)在中間溫度區(qū)通過反復(fù)再結(jié)晶使奧氏體晶粒微細化。(3)加大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的累積壓下量，增加奧氏體每單位體積的晶粒界面積和變形帶面積。3.1.5 控制軋制的實質(zhì)圖圖3-3 3-3 多道次軋制時軋制溫度的影響多道次軋制時軋制溫度的影響( (實驗室數(shù)據(jù)實驗室數(shù)據(jù)) )0.18C-1.36Mn0.18C-1.36Mn鋼，各道次壓下率鋼，各道次壓下率2020，9 9個道次軋制到個道次軋制到20mm20mm 軋制

10、溫度變化范圍軋制溫度變化范圍( (開始一結(jié)束開始一結(jié)束) )為為200200 C C 圖圖3-4 3-4 軋制溫度對鐵素體晶粒直徑、屈服點及斷口轉(zhuǎn)變溫度的影響軋制溫度對鐵素體晶粒直徑、屈服點及斷口轉(zhuǎn)變溫度的影響( (0.14C-1.3Mn-0.03Nb系鋼系鋼) ) 加熱溫度加熱溫度終軋溫度終軋溫度(1)使鋼材的強度和低溫韌性有較大幅度的改善。原理：細化晶粒。常規(guī)軋制工藝：鐵素體晶粒78級；控制軋制工藝：鐵素體晶?？蛇_12級，直徑可為5m。(2)可節(jié)省能源和使生產(chǎn)工藝簡化。 途徑： 1）降低鋼坯的加熱溫度；2）取消軋后的?；幚砘虼慊鸹鼗鹛幚?。(3)可以充分發(fā)揮微量合金元素的作用（后面講）。3

11、.1.6 控制軋制的效應(yīng)表3-1 36CrSi鋼用控軋工藝和用常規(guī)工藝后的機械性能 機械性能機械性能加工方式加工方式 b(N/mm2) 0.2(N/mm2) 5(%) (%) (Jcm2)HRC高溫控制軋制高溫控制軋制工藝工藝常規(guī)工藝常規(guī)工藝1000 1030850 850785 835600 64012 14838 4640 4260 7540 4531-冷加工與高溫變形：3.2 鋼的奧氏體形變與再結(jié)晶（鋼的奧氏體形變與再結(jié)晶（I型控制軋制）型控制軋制）3.2.1熱變形過程中的奧氏體再結(jié)晶行為熱變形過程中的奧氏體再結(jié)晶行為3.2.1.1 動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶OABC真應(yīng)力真應(yīng)力-應(yīng)變曲線由三

12、階段應(yīng)變曲線由三階段組成：組成：第一階段（第一階段（OA段）：段）：高溫小變形時奧氏體結(jié)構(gòu)高溫小變形時奧氏體結(jié)構(gòu)發(fā)生兩個方面的變化：發(fā)生兩個方面的變化： 加加工硬化及材料的軟化。工硬化及材料的軟化。特點：特點：OAOABC第二階段：發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。第二階段：發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。(AB段段)臨界變形量臨界變形量 : c AB曲線的最大應(yīng)力值p(或s)、 、T之間可用Zener-Hollomon因子Z表示：nARTQZ)/exp(溫度補償變溫度補償變形速率因子形速率因子變形活化變形活化能能氣體常數(shù)氣體常數(shù)絕對溫度絕對溫度常數(shù)常數(shù)應(yīng)力指數(shù)應(yīng)力指數(shù)為什么金屬的變形應(yīng)力高于原始狀態(tài)的變形應(yīng)力？OABC第三階

13、段，兩種情況：1）連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶條件：cr 圖3-3Q235鋼變形條件對真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線的影響(a)變形溫度的影響，變形速度；(b)變形速度的影響，變形溫度T=1000C11 . 0s3.2.1.2 動態(tài)再結(jié)晶的控制（1）動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生條件動態(tài)再結(jié)晶難發(fā)生的原因：發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的條件： c影響動態(tài)再結(jié)晶臨界變形量的因素：1）變形溫度和變形速度；2）鋼的化學(xué)成分，如奧氏體型Fe-Ni-Cr合金的c 比純的 -Fe大得多；3）材料的初始晶粒尺寸的影響。18-8不銹鋼起始晶粒尺寸（不銹鋼起始晶粒尺寸（D0）對高溫形變組織和加工）對高溫形變組織和加工因子（因子（Z、 、 ）關(guān)系的影響）關(guān)系的影響（2

14、） 動態(tài)再結(jié)晶的組織動態(tài)再結(jié)晶是一個混晶組織，平均晶粒尺寸 只由加工條件（變形溫度、變形速率）決定。變形溫度低、變形速率大，則 愈小。動態(tài)再結(jié)晶是存在一定加工硬化程度的組織。DD3.2.2 熱變形間隙時間內(nèi)鋼的奧氏體再結(jié)晶行為靜態(tài)再結(jié)晶：形變停止后發(fā)生的再結(jié)晶過程。靜態(tài)再結(jié)晶：形變停止后發(fā)生的再結(jié)晶過程。 靜態(tài)回復(fù)：靜態(tài)回復(fù)：作用？作用？亞動態(tài)再結(jié)晶：亞動態(tài)再結(jié)晶：(1)應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線0.00.10.20.30.40.50.60.7050100150200250300 應(yīng)力/MPa應(yīng)變1s5s10s圖圖1 1000，5s-1時不同道次間隔時間的雙道次應(yīng)力時不同道次間隔時間的雙道次應(yīng)力

15、-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（2）靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)曲線）靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)曲線0mrmaX X 靜態(tài)再結(jié)晶率，靜態(tài)再結(jié)晶率，%； m第一道次卸載時對應(yīng)的第一道次卸載時對應(yīng)的應(yīng)力值，應(yīng)力值，MPa； 0第一道次塑性變形時的屈第一道次塑性變形時的屈服應(yīng)力值，服應(yīng)力值，MPa； r第二道次熱壓縮時的屈服第二道次熱壓縮時的屈服應(yīng)力值，應(yīng)力值，MPa。圖圖2 靜態(tài)再結(jié)晶率各應(yīng)力值的確定靜態(tài)再結(jié)晶率各應(yīng)力值的確定討論：討論：在在形變溫度、形變速度、形變后停留時的溫度不變，形變溫度、形變速度、形變后停留時的溫度不變，改變變形量的條件下，兩次形變間隔時間里奧氏體組織結(jié)構(gòu)改變變形量的條件下，兩次形變間隔時間里奧氏體組織結(jié)構(gòu)

16、發(fā)生怎樣的變化？發(fā)生怎樣的變化？3.2.3 靜態(tài)再結(jié)晶的控制（1） 靜態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量影響臨界變形量的因素：1)變形溫度、原始奧氏體晶粒度、微合金元素。 圖圖3-8 3-8 初始晶粒直徑和軋制初始晶粒直徑和軋制溫度對再結(jié)晶所必需的臨界溫度對再結(jié)晶所必需的臨界壓下率的影響壓下率的影響 2）變形后的停留時間變形后停留時間長，再結(jié)晶所需要的臨界變形量就小。 圖圖3-9 1050 C加熱，在不同溫度下軋制，加熱，在不同溫度下軋制，軋后停留時間不同對奧氏體再結(jié)晶臨界變軋后停留時間不同對奧氏體再結(jié)晶臨界變形量的影響形量的影響1-再結(jié)晶開始曲線，軋后停留再結(jié)晶開始曲線，軋后停留2s；2-再結(jié)再結(jié)晶開始曲

17、線，軋后停留晶開始曲線，軋后停留20s；3-再結(jié)晶終了再結(jié)晶終了曲線，軋后停留曲線，軋后停留2s；4-再結(jié)晶終了曲線，再結(jié)晶終了曲線，軋后停留軋后停留20s(2) 靜態(tài)再結(jié)晶速度1）熱加工工藝的影響：變形量）熱加工工藝的影響：變形量 、變形速度、變形速度 、變形后的停留溫度變形后的停留溫度 回復(fù)和再結(jié)晶速度回復(fù)和再結(jié)晶速度 ； 2）微量元素將強烈地阻止再結(jié)晶的發(fā)生。）微量元素將強烈地阻止再結(jié)晶的發(fā)生。影響因素：影響因素：圖圖3-10 0.2%C鋼與鋼與Nb鋼等溫再結(jié)晶的動力學(xué)曲線（實線為碳鋼等溫再結(jié)晶的動力學(xué)曲線（實線為碳鋼；虛線為鈮鋼）鋼；虛線為鈮鋼） (3) 靜態(tài)再結(jié)晶數(shù)量 圖圖3-11

18、3-11 軋制溫度、軋后空延時間對奧氏體再結(jié)晶百分數(shù)的影響軋制溫度、軋后空延時間對奧氏體再結(jié)晶百分數(shù)的影響 1. 1000 C軋制，停留軋制，停留15S；2. 1000 C軋制，停留軋制，停留2S；3. 850 C軋制，停留軋制，停留15S；4. 850 C軋制，停留軋制，停留2S； 奧氏體再結(jié)晶百分數(shù)隨變形量與變形溫度的增加而增加。微合金元素對靜態(tài)再結(jié)晶數(shù)量的影響：1)抑制奧氏體再結(jié)晶。2)和不含微合元素的鋼相比，在同樣變形條件下，再結(jié)晶數(shù)量減少，奧氏體平均晶粒尺寸增大。(4) 再結(jié)晶區(qū)域圖作用：劃分：三個區(qū)域，即再結(jié)晶區(qū)、部分再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)。 圖圖3-12 壓下溫度和壓下率對再結(jié)晶行

19、為和再結(jié)晶晶粒壓下溫度和壓下率對再結(jié)晶行為和再結(jié)晶晶粒直徑產(chǎn)生影響的再結(jié)晶區(qū)域圖直徑產(chǎn)生影響的再結(jié)晶區(qū)域圖試驗用試樣：由該階梯試樣可獲得一次軋制后不同變形程度由該階梯試樣可獲得一次軋制后不同變形程度（10%80%，輥縫：，輥縫：7.2mm）下的再結(jié)晶組織。）下的再結(jié)晶組織。 試驗鋼再結(jié)晶規(guī)律研究試驗工藝試驗鋼再結(jié)晶規(guī)律研究試驗工藝試驗結(jié)果與分析：1）變形量對奧氏體再結(jié)晶百分數(shù)的影響0204060801001201020304050607080變形量(%)再結(jié)晶百分數(shù)(%)1150110010501000950900850圖圖3.2 試驗用試驗用X70W管線鋼在管線鋼在T=1100時的再結(jié)晶金相

20、照片時的再結(jié)晶金相照片110%；220%；330%；440%；2）變形溫度對奧氏體再結(jié)晶百分數(shù)的影響0204060801001208509009501000105011001150軋制溫度T()再結(jié)晶百分數(shù)(%)10%20%30%40%50%60%70%80%（）圖圖3.3 X70W管線鋼變形溫度對再結(jié)晶百分數(shù)的影響管線鋼變形溫度對再結(jié)晶百分數(shù)的影響圖圖3.4 試驗用試驗用X70W管線鋼在管線鋼在T=850時的再結(jié)晶金相照片時的再結(jié)晶金相照片110%；220%；330%；440%；圖圖3.4 試驗用試驗用X70W管線鋼在管線鋼在T=850時的再結(jié)晶金相照片時的再結(jié)晶金相照片550%；660%；

21、770%；880%X70W鋼再結(jié)晶區(qū)域圖圖圖2 靜態(tài)再結(jié)晶率各應(yīng)力值的確定靜態(tài)再結(jié)晶率各應(yīng)力值的確定0mrmaX X 靜態(tài)再結(jié)晶率，靜態(tài)再結(jié)晶率，%； m第一道次卸載時對應(yīng)的第一道次卸載時對應(yīng)的應(yīng)力值，應(yīng)力值，MPa； 0第一道次塑性變形時的屈第一道次塑性變形時的屈服應(yīng)力值，服應(yīng)力值，MPa； r第二道次熱壓縮時的屈服第二道次熱壓縮時的屈服應(yīng)力值，應(yīng)力值，MPa。熱加工奧氏體狀態(tài)綜合圖示熱加工奧氏體狀態(tài)綜合圖示 3.3 未再結(jié)晶區(qū)奧氏體的變形3.3.1 再結(jié)晶的延遲晶粒細化有極限。晶粒細化有極限。 圖圖3-1 熱軋態(tài)及熱態(tài)普碳鋼中，相變瞬間前的熱軋態(tài)及熱態(tài)普碳鋼中，相變瞬間前的 晶粒尺寸與晶粒

22、尺寸與 、 相變率（相變率（ 晶晶粒尺寸與粒尺寸與 晶粒尺寸的比值）之間的關(guān)系晶粒尺寸的比值）之間的關(guān)系(1) 0.10%C-0.25Si%-1.4%Mn鋼；鋼；(2)0.05%.C-0.25%Si-1.20%Mn鋼鋼轉(zhuǎn)換比（轉(zhuǎn)換比（AF）：）：轉(zhuǎn)變前的奧氏體晶粒轉(zhuǎn)變前的奧氏體晶粒直徑與轉(zhuǎn)變后的鐵素直徑與轉(zhuǎn)變后的鐵素體晶粒直徑之比，與體晶粒直徑之比，與化學(xué)成分有關(guān)。化學(xué)成分有關(guān)?？刂栖堉七^程的三個階段及各階段微控制軋制過程的三個階段及各階段微觀組織隨變形而變化的示意圖觀組織隨變形而變化的示意圖特點：特點： 晶粒伸長，晶內(nèi)產(chǎn)生形晶粒伸長，晶內(nèi)產(chǎn)生形變帶，此形變帶可起到變帶，此形變帶可起到 晶核晶

23、核生成晶界面的作用。生成晶界面的作用?？偨Y(jié)：由未再結(jié)晶變形 的轉(zhuǎn)變比由已再結(jié)晶的無變形轉(zhuǎn)變所生成的晶粒要細得多，得到變形非常重要?？梢酝ㄟ^變形后抑制或延遲再結(jié)晶的進行來實現(xiàn)。延遲回復(fù)和再結(jié)晶的因素有兩個：（放第4章講）1)合金元素；2)溫度。3.3.2 變形帶的形成和作用圖圖3-8(a)具有變形帶的拉長具有變形帶的拉長 晶粒，晶粒，其中變形帶是非再結(jié)晶區(qū)變形所產(chǎn)其中變形帶是非再結(jié)晶區(qū)變形所產(chǎn)生的；生的；(b)部分轉(zhuǎn)變的晶粒組織中部分轉(zhuǎn)變的晶粒組織中形成的先共析形成的先共析 變形帶的作用：提供鐵素提供鐵素體形核點，使晶粒細化。體形核點，使晶粒細化。影響變形帶的因素：1)變形量：變形30時，迅速增

24、加。2)變形溫度：變形帶密度幾乎不受非再結(jié)晶區(qū)變形溫度的影響（超過1000C時，迅速減少 ）。圖圖3-9 3-9 含含0.03%Nb0.03%Nb的鋼中，的鋼中， 晶界晶界面積面積(a)(a)和變形帶密度和變形帶密度(b)(b)同非同非再結(jié)晶區(qū)壓下率的關(guān)系再結(jié)晶區(qū)壓下率的關(guān)系常規(guī)熱軋和控制軋制在組織轉(zhuǎn)變上的區(qū)別：前者的晶粒全部在晶界處成核，后者則在晶粒內(nèi)部和晶界成核。 對成核率而言，變形帶等價于晶界，意味著一個晶粒可以被變形帶分割成幾個小的部分。圖圖3-10 熱軋態(tài)及熱處理態(tài)鋼中熱軋態(tài)及熱處理態(tài)鋼中 晶粒成核地點及所生成的晶粒成核地點及所生成的 晶粒晶粒組織組織圖3-12表明，非再結(jié)晶區(qū)軋制變

25、形30的工具鋼中，珠光體相變的成核地點不同：a)相變初期，珠光體優(yōu)先于晶界成核；b)隨著變形的進行，珠光體在退火孿晶界和晶界處均發(fā)生成核；c)珠光體于變形帶上成核；d)珠光體于晶粒內(nèi)部成核。 3.4 變形后奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變（1）從再結(jié)晶奧氏體晶粒生成鐵素體晶粒 特點：鐵素體晶粒在奧氏體晶界上生成，在晶內(nèi)不成核。生成的鐵素體魏氏組織的形成取決于：鋼的化學(xué)成分（C含量在0.150.5% 之間易形成魏氏組織）；奧氏體晶粒的大小（奧氏體晶粒小于5級）和冷卻速度（快）。加快冷卻速度可以細化鐵素體晶粒，改善材料的力學(xué)性能，條件：不產(chǎn)生魏氏組織。塊狀(等軸的)先共析鐵素體(魏氏組織鐵素體)圖圖3-1 熱

26、軋條件與所得到的魏氏組織級別關(guān)系熱軋條件與所得到的魏氏組織級別關(guān)系（2）從部分再結(jié)晶奧氏體晶粒生成鐵素體晶粒部分再結(jié)晶奧氏體晶粒由兩部分組成：再結(jié)晶晶粒： 特點： 未再結(jié)晶晶粒： 特點： 存在問題：鐵素體不均勻，對強度、韌性的影響： 解決方法：多道次軋制，產(chǎn)生形變帶，轉(zhuǎn)變后也可得到細小的鐵素體晶粒。 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變可分成以下類型： IA型：熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，轉(zhuǎn)變前粗化，轉(zhuǎn)變時易形成魏氏組織鐵素體和珠光體。 IB型：熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，轉(zhuǎn)變前晶粒度6級，鐵素體晶核在奧氏體晶界上形成，獲得具有等軸鐵素體與珠光體的均勻組織。再結(jié)晶型的控制軋制。 型：熱軋溫度低，熱軋后變形的奧氏體晶粒不

27、發(fā)生再結(jié)晶，鐵素體在剛軋完后就在變形帶邊界處和晶界處成核，形成細小的等軸晶粒。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。型轉(zhuǎn)變中不形成魏氏組織和上貝氏體。未再結(jié)晶型的控制軋制。鐵素體細化的程度：型IB型過渡IA型，型最細。圖圖3-5 非合金低碳鋼和含非合金低碳鋼和含Nb或或V的低碳鋼變形的低碳鋼變形75%時的軋制溫度與轉(zhuǎn)變類型之間的關(guān)系時的軋制溫度與轉(zhuǎn)變類型之間的關(guān)系3.5 變形條件對奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度Ar3的影響3.5.1 變形條件對Ar3溫度的影響兩種情況：1）在奧氏體再結(jié)晶區(qū)變形造成奧氏體晶粒的細化，影響Ar3溫度；2）在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形造成變形帶的產(chǎn)生和畸變能的增加，影

28、響Ar3溫度。形變形變誘導(dǎo)相變：誘導(dǎo)相變： （1）加熱溫度的影響：原始奧氏體晶粒愈粗大，Ar3溫度愈低。 圖圖3-6 3-6 初始奧氏體晶粒度初始奧氏體晶粒度( (加熱溫度加熱溫度) )和變形量對和變形量對A Ar3r3溫度的影響溫度的影響 ( (軋制溫度軋制溫度900900 C )C )(2) 軋制溫度的影響圖圖3-7 變形溫度對變形溫度對Ar3的影響的影響（3） 變形量的影響高溫變形時：低溫變形時：低溫大變形，形變誘導(dǎo)相變的結(jié)果。 圖圖3-8 3-8 含鈮含鈮16Mn16Mn鋼的道次變形鋼的道次變形量與量與A Ar3r3的關(guān)系的關(guān)系 ( (加熱溫度加熱溫度11801180 C ，20min

29、)20min)Nb鋼在再結(jié)晶溫度以下變形對鋼在再結(jié)晶溫度以下變形對C曲線的影響，加熱溫度為曲線的影響，加熱溫度為1250 C 880 C， 30%變形；變形；-無變形無變形（4） 冷卻速度的影響冷卻速度，Ar3 。有無變形，規(guī)律相同。在同樣的冷卻速度下，變形使Ar3 ，其影響是隨冷卻速度的提高而增大。圖圖3-9 冷卻速度對冷卻速度對Ar3的影響的影響（加熱溫度（加熱溫度1200， 沒有形變試樣的相沒有形變試樣的相變溫度變溫度）；）； -870軋制形變軋制形變30%30%試樣的相試樣的相變溫度變溫度圖圖3-11 珠光體隨加工溫度的變化珠光體隨加工溫度的變化貝氏體轉(zhuǎn)變以擴散型與共格貝氏體轉(zhuǎn)變以擴散

30、型與共格型型轉(zhuǎn)變的混合機構(gòu)發(fā)展轉(zhuǎn)變的混合機構(gòu)發(fā)展的。的。變形使連續(xù)轉(zhuǎn)變時變形使連續(xù)轉(zhuǎn)變時的貝氏體轉(zhuǎn)變開始的貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度上升，縮短了溫度上升，縮短了孕育期。孕育期。轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度曲線轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度曲線向右下方移動，表明向右下方移動，表明變形使貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)變形使貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束階段變慢。束階段變慢。 變形使珠光體轉(zhuǎn)變加速，變形使珠光體轉(zhuǎn)變加速，從而使鋼的淬透性變壞。從而使鋼的淬透性變壞。 3.5.2 變形條件對奧氏體向珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變的影響變形條件對奧氏體向珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變的影響應(yīng)變初期，流變應(yīng)力迅速增應(yīng)變初期，流變應(yīng)力迅速增加，隨后緩慢增加，最后達加，隨后緩慢增加，最后達到某一穩(wěn)定值。曲

31、線中沒有到某一穩(wěn)定值。曲線中沒有峰值應(yīng)力，意味著穩(wěn)態(tài)區(qū)域峰值應(yīng)力，意味著穩(wěn)態(tài)區(qū)域發(fā)生的是動態(tài)回復(fù)而不是動發(fā)生的是動態(tài)回復(fù)而不是動態(tài)再結(jié)晶。在加工硬化區(qū)產(chǎn)態(tài)再結(jié)晶。在加工硬化區(qū)產(chǎn)生胞狀組織。生胞狀組織。在穩(wěn)定區(qū)則產(chǎn)生亞晶粒并相在穩(wěn)定區(qū)則產(chǎn)生亞晶粒并相應(yīng)地發(fā)生動態(tài)恢復(fù)。應(yīng)地發(fā)生動態(tài)恢復(fù)。3.6 兩相區(qū)控制軋制3.6.1 鐵素體的變形與再結(jié)晶3.6.1.1 鐵素體熱加工中的組織變化鐵素體熱加工中的組織變化鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，層錯能較高，鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，層錯能較高，容易進行位錯的攀移和交滑移過程。因容易進行位錯的攀移和交滑移過程。因此在熱加工過程中易于發(fā)生動態(tài)回復(fù)，此在熱加工過程中易于發(fā)生動態(tài)

32、回復(fù)，而且動態(tài)回復(fù)可以完全和應(yīng)變硬化相平而且動態(tài)回復(fù)可以完全和應(yīng)變硬化相平衡，從而使應(yīng)變能難以達到使鐵素體發(fā)衡，從而使應(yīng)變能難以達到使鐵素體發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的水平，因而在熱加工過生動態(tài)再結(jié)晶的水平，因而在熱加工過程中一般是不易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的。程中一般是不易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的。3.6.1.2 在變形間隙時間里鐵素體發(fā)生的組織變化鐵素體在變形的間隙時間里也將發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶軟化鐵素體在變形的間隙時間里也將發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶軟化過程。產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶過程。產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶: : s s（ s s ：靜態(tài)再結(jié)晶臨界變形量）：靜態(tài)再結(jié)晶臨界變形量） 形變量對鐵素體靜態(tài)再結(jié)晶形變量對鐵素體靜態(tài)再結(jié)晶50%

33、所需時間的影響所需時間的影響 當(dāng)流變應(yīng)力達到穩(wěn)定值后，當(dāng)流變應(yīng)力達到穩(wěn)定值后，形變量對再結(jié)晶晶粒尺寸形變量對再結(jié)晶晶粒尺寸的作用逐漸減弱，直到最的作用逐漸減弱，直到最后不發(fā)生作用。后不發(fā)生作用。 鐵素體再結(jié)晶晶粒大?。鸿F素體再結(jié)晶晶粒大?。?.6.2 3.6.2 （ + + ）兩相區(qū)的變形行為）兩相區(qū)的變形行為1)變形體積百分數(shù)一定時，性能與變形程度的關(guān)系圖圖3-2 拉伸強度和沖擊功同（拉伸強度和沖擊功同（ + ）區(qū)變形程度的關(guān)系）區(qū)變形程度的關(guān)系(a)普碳鋼；普碳鋼；(b)含鈮鋼含鈮鋼 b s脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度圖3-3含鈮鋼微觀組織與（+）區(qū)壓下率的變化關(guān)系(a)和(b)壓下率為0%；

34、(c)和(d)壓下率為30% 區(qū)變形：僅產(chǎn)生由低位錯區(qū)變形：僅產(chǎn)生由低位錯密度等軸晶粒組成的微觀密度等軸晶粒組成的微觀織；織；兩相區(qū)變形：生成一種混兩相區(qū)變形：生成一種混合晶粒組織：變形合晶粒組織：變形 轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成多邊多邊 晶粒及變形晶粒及變形 依賴回依賴回復(fù)轉(zhuǎn)變成胞狀組織和復(fù)轉(zhuǎn)變成胞狀組織和亞晶亞晶粒。粒。圖圖3-4 普碳鋼、含釩鋼和含鈮鋼中，在普碳鋼、含釩鋼和含鈮鋼中，在 - 區(qū)進行壓下率區(qū)進行壓下率為為50%軋制時，變形軋制時，變形 體積百分數(shù)與拉伸性能的關(guān)系體積百分數(shù)與拉伸性能的關(guān)系2)一定變形程度下，性一定變形程度下，性能隨變形能隨變形 體積分數(shù)的體積分數(shù)的變化關(guān)系變化關(guān)系每一種鋼

35、的屈服和每一種鋼的屈服和拉伸強度均隨變形拉伸強度均隨變形 體積百分數(shù)變化體積百分數(shù)變化而成線性地增加，而成線性地增加，但普碳鋼比含鈮鋼但普碳鋼比含鈮鋼或含釩鋼的增加幅或含釩鋼的增加幅度要小些。度要小些。 總結(jié)：變形引起的強化主要來自于胞狀組織和亞晶硬化。變形溫度較高：發(fā)生動態(tài)回復(fù)和隨后的靜態(tài)回復(fù)及靜態(tài)再結(jié)晶，強化主要來自于晶粒的細化。變形溫度較低：回復(fù)和再結(jié)晶受到延遲，強化主要來自于胞狀組織和(或)亞晶粒。兩相區(qū)變形引起的強化取決于回復(fù)和再結(jié)晶程度，兩相區(qū)變形引起的強化取決于回復(fù)和再結(jié)晶程度，而回復(fù)和再結(jié)晶程度又依賴于變形溫度、變形量、而回復(fù)和再結(jié)晶程度又依賴于變形溫度、變形量、變形后冷卻速率

36、和微合金元素的添加量。變形后冷卻速率和微合金元素的添加量。3.6.3 兩相區(qū)軋制時組織和性能的變化3.6.3.1 兩相區(qū)控制軋制(1)溫度的影響再結(jié)晶軋制再結(jié)晶軋制+兩相區(qū)軋制兩相區(qū)軋制未再結(jié)晶軋制未再結(jié)晶軋制+兩相區(qū)軋制兩相區(qū)軋制（2）壓下量的影響不論軋制類型和鋼種如何，不論軋制類型和鋼種如何，TS、YS均隨壓下率增加而單調(diào)增加。均隨壓下率增加而單調(diào)增加。3.6.3.2 （+）兩相區(qū)控制軋制時強韌化的定量關(guān)系強度關(guān)系式： 式中 i-內(nèi)摩擦應(yīng)力；d-大角度晶粒直徑；fs-亞晶占的體積分數(shù)；ky-僅由大角度晶浪構(gòu)成時y跟晶粒直徑相關(guān)的系數(shù)；ks-全部組織由亞晶粒構(gòu)成時y跟亞晶粒直徑相關(guān)的系數(shù)；d

37、s-亞晶粒直徑。韌性關(guān)系式： 式中 T-由化學(xué)成分決定的值；A、B、C-常數(shù)； -由亞晶界存在位錯引起的硬化量；de-亞晶粒集團尺寸（有效晶粒直徑），并ddeds；p-沉淀強化； d-位錯強化。ssssyiyfdkfdk2121)1 (sessdprsfdCfBdATvT2121)1 ()(3.6.4 （+）兩相區(qū)軋制時顯微組織的變化（1）微觀組織）微觀組織未相變的未相變的 晶粒更加拉長，在晶內(nèi)形成形變帶。晶粒更加拉長，在晶內(nèi)形成形變帶。相變后的相變后的 晶粒在受壓縮時在晶粒內(nèi)形成亞結(jié)構(gòu)。晶粒在受壓縮時在晶粒內(nèi)形成亞結(jié)構(gòu)。在軋后冷卻過程中，前者發(fā)生相變成為微細的多邊在軋后冷卻過程中，前者發(fā)生相

38、變成為微細的多邊形晶粒，后者成為內(nèi)部包含亞晶粒的形晶粒，后者成為內(nèi)部包含亞晶粒的 晶粒。晶粒。采用采用I型軋制法，在型軋制法，在700 C和和600 C，50%壓下軋制前后壓下軋制前后Si-Mn鋼的顯微組織鋼的顯微組織(a)軋制前于軋制前于700 C冰鹽水淬火，冰鹽水淬火， (b)于于700 C軋制后立即水淬火；軋制后立即水淬火； (c)于于700 C軋制后空冷；軋制后空冷； (d)于于600 C軋制后空冷軋制后空冷（1） 晶粒的形狀基本不變，產(chǎn)生較均勻的位錯；晶粒的形狀基本不變，產(chǎn)生較均勻的位錯；（2） 晶粒伸長，晶粒內(nèi)的位錯密度仍然很高；晶粒伸長，晶粒內(nèi)的位錯密度仍然很高；（3）伸長的晶粒

39、進行回復(fù)，并開始形成亞晶，晶粒內(nèi)）伸長的晶粒進行回復(fù)，并開始形成亞晶，晶粒內(nèi)的位錯密度下降；的位錯密度下降；（4）形成清晰的亞晶粒，在亞晶粒內(nèi)位錯密度非常低；）形成清晰的亞晶粒，在亞晶粒內(nèi)位錯密度非常低；（5）加工）加工 引起再結(jié)晶。引起再結(jié)晶。（2）鐵素體晶粒尺寸（ + ）兩相區(qū)軋制，軋制）兩相區(qū)軋制，軋制溫度溫度740 C時壓下率對時壓下率對 平平均直徑的影響均直徑的影響變形程度增變形程度增加，加， 晶粒變細。晶粒變細。軋制溫度變軋制溫度變化引起化引起 晶粒晶粒大小的變化。大小的變化。3.7.4 3.7.4 （ + + ）兩相區(qū)軋材的織構(gòu)和分層）兩相區(qū)軋材的織構(gòu)和分層3.7.4.1 3.7

40、.4.1 （ + + ）兩相區(qū)軋材的織構(gòu)和各向異性）兩相區(qū)軋材的織構(gòu)和各向異性圖圖3-25 （ + ）兩相區(qū)軋）兩相區(qū)軋制的制的Nb鋼三維織構(gòu)圖鋼三維織構(gòu)圖 圖圖3-27 各理想取向的屈服強各理想取向的屈服強度各向異性（計算值）度各向異性（計算值） 3.7.4.2 分層兩相區(qū)軋材，即使極低硫兩相區(qū)軋材，即使極低硫化，在以脆性斷口溫度為化，在以脆性斷口溫度為中心相當(dāng)廣泛的試驗溫度中心相當(dāng)廣泛的試驗溫度范圍內(nèi)也有平行于軋制面范圍內(nèi)也有平行于軋制面的分層。的分層。原因：帶狀層由原因：帶狀層由100和和111織構(gòu)組成，兩種織構(gòu)織構(gòu)組成，兩種織構(gòu)變形難易程度不同。變形難易程度不同。 溫度顯微組織強度缺口

41、韌性屈服強度加工硬化析出硬化轉(zhuǎn)變溫度ESA100析出物的數(shù)量（100）織構(gòu)第I階段950C再結(jié)晶區(qū)由于反復(fù)的再結(jié)晶而細化dr=2040m低（取決于晶粒尺寸）00高（取決于晶粒尺寸）高無無第II階段950CAr3不發(fā)生再結(jié)晶的區(qū)晶粒被拉長導(dǎo)入變形帶和位錯使晶粒細化低（取決于晶粒尺寸）00低（取決于晶粒尺寸）高微量無第III階段Ar3（+）區(qū)晶粒不再進一步細化，析出硬化和（100）織構(gòu)的產(chǎn)生高（晶粒尺寸和其它的影響）少量大量極低（晶粒尺寸和其它的影響）低大量形成表3-2控制軋制三個階段的物理性能變化3.8 鐵素體區(qū)控制軋制3.8.1 概述為什么提出鐵素體軋制？鐵素體區(qū)熱軋的兩個關(guān)鍵：（1）在鐵素體

42、區(qū)精軋及終軋；（2）良好的熱軋潤滑條件。鐵素體區(qū)軋制特點：粗軋在奧氏體區(qū)進行，粗軋后完成奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，精軋在鐵素體區(qū)進行。圖圖3-12 ELC和和ULC-Ti鋼的鋼的變形抗力變形抗力圖圖3-13 碳含量對鐵素體區(qū)軋制后碳含量對鐵素體區(qū)軋制后(終軋溫度：終軋溫度：800 750C ，卷曲溫度：，卷曲溫度：700 650C )的斷面屈服強度和韌性的的斷面屈服強度和韌性的影響影響3.8.2 鐵素體軋制適宜的參數(shù)（1）鐵素體軋制適應(yīng)的產(chǎn)品（2）鐵素體軋制工藝要求1）直接應(yīng)用的熱軋薄帶鋼，可以替代常規(guī)冷）直接應(yīng)用的熱軋薄帶鋼，可以替代常規(guī)冷軋軋退火薄板；退火薄板；2）一般用冷軋用鋼；）一般用冷軋

43、用鋼；3）深沖、超深沖冷軋用鋼；）深沖、超深沖冷軋用鋼；4）鐵素體區(qū)域熱軋后直接退火的鋼板。）鐵素體區(qū)域熱軋后直接退火的鋼板。粗軋在盡可能低的溫度下使奧氏體發(fā)生變形，粗軋在盡可能低的溫度下使奧氏體發(fā)生變形，以增加鐵素體的形核率，精軋在鐵素體區(qū)進以增加鐵素體的形核率，精軋在鐵素體區(qū)進行，隨后采用較高的卷取溫度，以得到粗晶粒行，隨后采用較高的卷取溫度，以得到粗晶粒的鐵素體，降低熱軋板卷的強度及硬度。的鐵素體，降低熱軋板卷的強度及硬度。 3.8.3 成分對熱軋深沖板的影響表表1 SPHC1 SPHC鋼化學(xué)成分控制鋼化學(xué)成分控制 單位：單位：% %成分成分標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)C CSiSiMnMn不大于不大于P

44、PS S內(nèi)控內(nèi)控0.050.050.040.040.180.18 0.300.30 0.0150.0150.0080.0083.8.4 熱軋工藝及潤滑條件的影響（1）精軋入口和終軋溫度終軋溫度一般控制在終軋溫度一般控制在73010。碳含量為碳含量為0.04%的低碳鋼，入口溫度應(yīng)控制的低碳鋼，入口溫度應(yīng)控制在在850 800。原因：原因：1）的溫度在的溫度在867左右；左右；2）鐵素體）鐵素體較奧氏體軟，在較奧氏體軟，在800變形不會引起軋機負荷的變形不會引起軋機負荷的過高變化。過高變化。（2） 卷取溫度卷取溫度過高：使帶鋼晶粒粗大，影響產(chǎn)品力學(xué)性能；溫度過低：加大卷取功率，且不易卷緊。卷取溫度設(shè)定在69010。有利于利用軋后余熱使帶卷實現(xiàn)再結(jié)晶退火。（3）壓下量大道次壓下率的熱軋退火板的r值明顯高于小道次壓下率的熱軋退火板的r值。（4）潤滑條件圖圖3-15 采用潤滑和不采用潤滑時板材采用潤滑和不