材料加工组织性能控制第六章

6.轧后冷却过程中钢组织变化,控制冷却意义：热轧变形奥氏体向铁素体转变温度(Ar3)相变后的铁素体晶粒易长大造成力学性能降低。控制冷却实质：对控制轧制后的奥氏体用高于空冷的速度从Ar3以上的温度控制冷却至相变温度区域，使铁素体进一步晶粒细化。快冷强化机理与控轧机理的区别:,Go,OLAC:OnLineAcceleratedCooling,工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了温度附近(550500)结束，然后进行空冷。组织：细晶粒铁素体和微细弥散型贝氏体的混合组织。对强度及韧性的影响:,控制冷却设备：必须能均匀控制长、宽、厚方向钢板的性能。冷却方式：同时冷却型、通过冷却型。,6.1CCT曲线及转变产物目的：等温转变曲线(TTT曲线)：连续冷却转变曲线(CCT曲线)：CCT曲线的测量:膨胀法测CCT曲线原理：各相具有不同的比容：马氏体体素体珠光体奥氏体碳化物。CCT曲线分类：,静态CCT曲线,动态CCT曲线,全自动膨胀仪试样尺寸规格,热模拟试验机试样尺寸规格,实验步骤：选定奥氏体化温度及保温时间：确定冷却速度：实验数据处理：（1）标定临界点温度（2）相变点温度的确定,K60钢静态CCT实验不同冷速下的相变点温度、最终硬度和室温组织,K60管线钢不同冷却速度下的金相组织及原始组织(a)0.5/s;(b)1/s;(c)3/s;(d)5/s,（3）CCT曲线的绘制,图6-1共析钢连续冷却转变曲线,转变中止线：表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后完成，但奥氏体停止了分解，剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。两个临界冷却速度：,图6-2冷却速度对共析钢奥氏体转变温度区域(a)及转变产物(b)的影响1-1-珠光体转变开始线;2-珠光体转变终了线3-珠光体转变终止线;4-马氏体转变开始线;5-马氏体转变终了线,图6-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min,6.2控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择各阶段冷却目的：1)高温终轧：a)奥氏体状态：b）慢冷的结果：,2)低温终轧：a)奥氏体状态：b)变形的影响：c）慢冷的结果：3)高碳钢和高碳合金钢：,轧后控冷分三阶段：一次冷却：从终轧温度Ar3或Arcm温度范围。目的：（1）控制变形奥氏体的组织状态；（2）固定位错；（3）降低相变温度。一次冷却开始快冷温度的影响：,二次冷却：从相变开始相变结束。目的：控制相变过程（具体：），保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。,图6-6控制轧制CCT曲线在不同冷却速度时的组织形态实线：Nb钢；虚线：Si-Mn钢,三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷却。目的：对低碳钢：没有什么影响。对含Nb钢：发生碳氮化物析出。对高碳钢或高碳合金钢：,冷却方法：1)喷水冷却(喷流冷却)：水从压力喷嘴中以一定压力喷出水流，而水流为连续的，没有间断现象，但是呈紊流状态。优点：穿透性好，在水膜比较厚的时候采用。应用：中厚钢板轧后冷却和钢板淬火时；在型钢冷却中进行局部冷却。缺点：水的喷溅利害，水的利用率较差。,2)喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时候，如果超过连续喷流的流速时则水流发生破断，形成液滴群冲击被冷却的钢材表面。应用：一般冷却及各种用途的喷嘴。缺点：控制的冷却能力范围不太宽，需要比其它方法施加更高的压力。,3)雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和高压高速气流一起从喷嘴喷出形成雾状。缺点：系统比较复杂，设备费用增加、噪音大、车间雾气较大。优点：调整冷却能力的范围较大，可以实现单独风冷、弱水冷、喷水冷，且冷却比较均匀。,4)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷射的出口速度比较低时，形成平滑的喷射喷流，平滑的层状喷流落到一定距离时，由于水的加速度影响而破断成液滴流，破坏了层流状态。优点：喷流可在一较长距离内保持水的层流状态，获得很强的冷却能力。应用：一般在要求强冷时使用。目前钢板生产中采用管层流和板层流二种方式。,图6-7各种冷却方法的冷却能力,热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置,6.3显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响6.3.1铁素体晶粒度的影响,图6-5再结晶晶粒度与晶粒度的关系冷却速度：1-44C/s；2-22C/s；3-14C/s；4-0.7C/s,图6-6晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）1-轧制温度1000C；2-轧制温度950C；3-轧制温度850C,（1）铁素体晶粒度与vTrs关系：（2）在相同的铁素体晶粒度下，降低终轧温度可使韧性得到改善（原因）。,6.3.2贝氏体的影响,图6-7抗张强度随贝氏体和（或）珠光体的体积分数的变化,图6-8贝氏体（+珠光体）的体积百分数与vTrs的关系，N-晶粒度,6.3.3马氏体的影响,图6-9马氏体对冲击性能的影响,生成10%的马氏体可使vTrs提高30。因此，作为控制冷却材料，基本上不应使其生成马氏体。,6.3.4混合组织的影响,6.3.5轧后控制冷却强化增量的分析控冷材强度提高量表达式：,6.4高温形变热处理,图6-16高温形变淬火示意图,（1）变形温度对性能的影响,图6-17变形温度与奥氏体晶粒大小、屈服应力和抗拉强度的关系,图6-18变形温度与延伸率、断面收缩率和冲击功的关系,（2）变形程度对性能的影响,图6-19变形温度与屈服应力和抗拉强度的关系,图6-20变形温度与延伸率、断面收缩率、冲击韧性的关系,（3）冷却速度对性能的影响,为得到淬火马氏体组织必须采用连续浸水冷却方式。,（4）回火温度对性能的影响,回火温度与回火索氏体中渗碳体颗粒大小和分散程度有关。,图6-23轧制温度900C，轧后水冷，600C回火的电镜照片10000,图6-24轧制温度900C，轧后水冷，700C回火的电镜照片10000,钢材经“控轧+水冷+高温回火”处理后，另一重要强化机制是位错和亚晶。,中碳钢“控轧+水冷+高温回火”，组织为回火索氏体。渗碳体颗粒所起的强化作用大小取决于颗粒大小、颗粒间距、颗粒的体积分数。,6.6热轧钢材水冷后温度场的计算稳态温度场：非稳态温度场：6.6.1轧件冷却过程的分析物体热量传递的三种基本方式：导热、对流和辐射。轧制过程三个阶段的传热情况（表面）：轧件内部：,6.6.2温度场计算的基本原理首先建立钢材内部热量传递的导热微分方程。傅里叶定律：能量守恒定律：建立起导热微分