材料加工组织性能控制(第七、八章)2006.9.ppt

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77中高碳钢控制轧制特点中高碳钢控制轧制特点中高碳钢特点：

（1）冷却后的组织发生变化：

铁素体和珠光体；全部为珠光体；珠光体和渗碳体组织。

（2）决定钢材性能的因素发生变化：

铁素体和珠光体的比例、铁素体晶粒的大小、珠光体片层粗细和球团大小以及渗碳体的形貌。

7.1中高碳钢奥氏体的再结晶行为

（1）铌对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响在中碳钢中添加铌同样可以延迟奥氏体再结晶。

图7-10.43C，1.4Mn钢，晶粒再结晶行为（1200C加热后轧制1道次，原始晶粒度为1级）图7-20.40%C，1.38Mn，0.023Nb钢的晶粒再结晶行为图7-4C量对Nb钢与不加Nb钢临界压下率的影响

（2）碳对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响不含铌钢：

加铌钢：

随碳含量临界压下量。

碳量的多少决定了Nb的固溶量，碳量Nb的固溶量，轧制时析出量，阻止再结晶作用小。

图7-5轧制前加热温度对0.4%C，1.38Mn，0.023Nb钢临界压下率的影响效果原因：

固溶量增加阻止奥氏体再结晶作用加强。

（2）铌、碳对中高碳钢奥氏体再结晶晶粒度的影响图7-6压下率、轧制温度对中碳钢（加Nb与不加Nb）轧制后再结晶晶粒度的影响图中得到：

1）压下率愈大、所得再结晶奥氏体晶粒愈细；2）轧制温度对奥氏体晶粒尺寸的影响较小；3）在同一变形条件下，加入铌的中碳钢比不加铌的中碳钢的再结晶晶粒细；4）碳含量对再结晶晶粒度影响较小。

图7-7压下率对含Nb和不含Nb中高碳钢轧制后再结晶晶粒度的影响7.2中高碳钢控制轧制钢材的组织状态

（1）常温组织以铁素体为主的钢材（Mn1.0%）成分：

0.42C，0.55Mn、0.032Ni加热温度：

1200C普通轧制：

第一阶段压下率：

50%，第二阶段压下率：

35，终轧温度：

再结晶区下限（1050C1000C）所得常温组织：

铁素体和珠光体；所占面积：

各50%；铁素体晶粒：

8级。

图7-7-10.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb钢的常规轧制组织（200）控制轧制工艺：

第一阶段：

压下率：

50%，最后一道温度：

再结晶区下限（10501100C）；第二阶段轧制：

终轧温度：

870C，压下率分别为：

1）35%：

铁素体晶粒比普通轧制时的铁素体晶粒细小，珠光体变得粗大。

原因：

2）压下率为50%：

部分再结晶区轧制，铁素体和珠光体基本上都得到均匀细化。

3）压下率为75%：

铁素体晶粒组织更细化、均匀，晶粒度达到1213级。

中碳钢，如Mn1%，钢的主体为铁素体时，仍是铁素体细化机理在起作用。

控制轧制铁素体和珠光体充分细化。

图7-7-20.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb钢的控制轧制组织（a）35%;（b）50%;（c）75%

（2）常温组织以珠光体为主的钢材0.43%C，1.40Mn钢：

普通热轧：

所得到的组织:

铁素体在即将转变的奥氏体晶界上生成网状组织。

控制轧制（再结晶区中轧制）：

奥氏体再结晶晶粒细化铁素体及珠光体组织都得到细化。

随着变形量的增加，细化程度增加。

0.43%C，1.38%Mn、0.023%Nb钢：

相同条件进行控轧，存在的问题：

总结:

中碳钢（尤其加铌钢）低温轧制不利。

最好在奥氏体再结晶区进行充分的轧制尽量细化奥氏体晶粒。

（3）共析钢共析钢控制轧制目的：

珠光体团得到细化。

珠光体球团尺寸取决于晶粒尺寸，随着晶粒尺寸，珠光体球团直径。

过共析钢控制轧制目的：

珠光体球团变小，同时亦使析出的网状碳化物变薄。

要在奥氏体再结晶区轧制，使奥氏体晶粒细小。

7.3中高碳钢的组织与力学性能的关系

（1）中高碳钢组织对性能的影响1）对强度的影响重要因素：

珠光体的片层间距。

式中0为纯铁素体强度，S、0.2为材料的屈服强度，I0为珠光体的片层间距，Ky为系数。

各种强化因素对抗拉强度的影响：

2）对塑性的影响:

图7-10球状珠光体直径（dy）和断面收缩率关系珠光体球直径愈细，断面收缩率愈大，珠光体片层间距愈小延性愈好。

碳化物体积和球化处理对的T影响1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火（片状渗碳体）含碳量和球化处理对u的影响1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火（片状渗碳体）3）对韧性的影响：

各强化因素对冲击值转变温度ITT的影响：

珠光体碳分冲淡系数：

（2）控制轧制中组织性能的变化强度变化：

图7-12碳含量对控制轧制材（CR）与普通轧制材（HR）强度的影响碳量0.2%0.3%：

含0.4%C以上：

含0.8%C以上的钢：

强度降低原因：

1）珠光体的片层间距及珠光体（领域）的大小与奥氏体晶粒尺寸毫无关系。

图8-13560C（833K）及600C（873K）铅浴淬火的珠光体领域直径和层间距与晶粒度的关系（a）珠光体领域直径和晶粒度的关系；（b）珠光体片层间距与晶粒度的关系2）温度愈低、晶粒愈细，珠光体成核点愈多。

珠光体开始转变线和终了转变线发生变化。

珠光体相变曲线随化温度的移动状况珠光体生成温度和层间距的关系塑性、韧性的变化：

图7-12-1碳含量对控制轧制材（CR）与普通轧制材（HR）塑性、韧性的影响碳量在0.2%0.8%范围内，控制轧制的脆性转化温度低。

断面收缩率在0.20.8%C范围内，控制轧制材高，延伸率两者相差不大。

对0.4%C钢，控轧材略低，对0.8C钢，控轧材略高。

塑性决定于珠光体球团、片层间距两个因素的迭加。

总结：

1）铁素体为主的钢，细化铁素体晶粒来提高强度和韧性；2）珠光体为主的钢，控制轧制使强度降低，韧性提高。

对此类钢必须采用再结晶型控轧。

3）对中高碳钢，轧后控制冷却，使珠光体在低温度下产生，得到细片层珠光体，可提高强度和韧性。

88控制轧制中的变形抗力控制轧制中的变形抗力图8-1-1影响变形抗力的各种参数之间的内在关系8.1影响变形抗力的金属学因素8.1.1合金元素的影响图8-10.10C-0.25%Si-1.1.%Mn钢中微量合金元素对其热变形强度的影响图8-2微量合金对热变形强度的影响微量元素Nb使变形抗力明显增大。

这些元素是通过抑制多道次轧制时的道次间的软化过程，来对变形抗力产生强烈的影响。

图8-31.10%Mn钢中碳含量对热强度的影响碳的影响：

氮的影响：

不会引起热变形抗力显著改变，但形成的氮化铝或氮化钛等氮化物的可引起晶粒细化。

图8.4试样显示出最大拉伸负荷时的变形抗力图8.5变形率10%时钢中含碳量对变形抗力的影响加热温度：

1150C；变形温度：

900C；应变速率：

78/s8.1.2晶粒尺寸的影响图8.60.09%C-0.22%Si-1.45%Mn钢的原始晶粒尺寸对其热变形强度的影响加热温度：

1150C；变形温度：

900C；应变速率：

78/s图8.7晶粒尺寸对变形应力的影响图8.81150C加热，钢的应力-应变曲线图8.9950C加热，钢的应力-应变曲线8.1.3变形条件的影响

（1）变形程度的影响（8-1）图8.10加热到1150C钢的屈服应力和应变动力法则的关系图8.11加热到950C钢的屈服应力和应变动力

（2）变形温度的影响变形抗力与变形温度的关系可用下式表示：

（8-2）式中T:

变形温度；A、：

常数图8-12碳钢的变形抗力-温度曲线-0.15%钢，=20%；-0.25%钢；-0.55%钢，=20%（3）变形速度的影响变形抗力随变形速度的变化（变形速率较小）：

（8-3）Km-平均变形抗力；为平均变形速度，、为常数。

变形速度较大时（）（8-4）（4）变形程度、变形温度和变形速度的综合影响（5）变形抗力与Z的关系随着Z值的增加，变形抗力增加。

同一Z值下，变形程度增大，变形抗力也随着增大。

8.2形变热对变形抗力的影响升温量在绝热条件下：

式中Km一变形抗力；一相对变形量；j一热工当量；c一比热；一钢材密度。

变形抗力越大、压下率越大，温度上升就越高。

加工升温的结果就可能使组织发生变化。

8.3轧制道次间变形抗力的变化图8-220.08%C-0.22%Si-1.54%Mn-0.03%Nb钢在多道次压缩试验中的应力-应变曲线（原始晶粒直径53m）图8-23Si-Mn钢进行三段变形实验时的待温时间、变形温度对软化度的影响图8-24含0.03%Nb钢的待温时间、变形温度对软化度的影响图8-25Si-Mn钢和含0.03%Nb钢预应变对软化度的影响不含Nb钢：

含Nb钢：

8.4考虑变形累积效果时的变形抗力计算这个方法的基本思路是：

利用以变形量、变形速度和变形温度为函数的变形抗力公式为基础，用考虑了累积残留变形的有效变形项代替原变形抗力公式中的变形量项，求出考虑变形累积效果时的变形抗力。

以厚板轧机上控制轧制所产生的累积效果为例。

当i道次上的压下变形为i时，至i道次时的残留累积变形为i，i道的有效变形i则为：

（8-5）其残余变形系数i则为：

（8-6）值应在01间变化，是成分和轧制条件的函数。

当=1在道次之间就完全没有回复（）。

当=0时就完全软化（）。

i道次上的有效变形的一般表达式可用下式表示：

图8-27变形温度、变形间隔时间对残留变形系数的影响压缩变形间隙时间：

1s到20s。

结果表明：

铌钢在1000以上变形几乎为零，750变形几乎等于1。

实际厚板精轧机上的轧制间隙时间是613s的范围。

在这个范围内对轧制间隙时间的依赖关系是不大的。

所以计算轧制负荷时仅仅是温度的函数。

8.5（）两相区轧制时的变形抗力特点：

同温度下铁素体相的变形抗力要比奥氏体相低得多，因此在（）两相区轧制时的轧制压力要比在奥氏体低温轧制时低。

区：

单相区，随温度下降，变形抗力增加。

区：

两相区，转变过程中造成的软化大于温度下降造成的硬化，表现为变形抗力下降。

区：

单相区，随温度下降，变形抗力增加。

图8.25变形量和变形后停留时间对材料硬度的影响（0.05C,0.17Mn钢，do：

初始晶粒直径）