宫明龙-控制轧制课件第一课

1,控制轧制和控制冷却,宫明龙,2,钢材组织、性能与工艺关系,组织,工艺,性能,3,4,5,6,绪论,控制轧制（ControlledRolling）：在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。对于低碳钢、合金钢来说，采用控制轧制工艺主要是通过控制轧制工艺参数，细化变形奥氏体晶粒，经过奥氏体向铁素体和珠光体的相变，形成细化的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的目的。,7,控制轧制方式示意图(a)奥氏体再结晶区控轧；(b)奥氏体未再结晶区控轧；(c)(+)两相区控轧,8,通常将控制轧制工艺分为三个阶段（1）奥氏体再结晶控制轧制（型）变形和奥氏体再结晶同时进行阶段，即钢坯加热后粗化了的晶粒经过在再结晶区域的反复变形和再结晶而逐步得到细化的阶段。（2）奥氏体未再结晶区控制轧制（型）低温奥氏体变形阶段，当轧制变形进入未再结晶区域内时，变形后的晶粒不再发生再结晶，而呈现加工硬化状态，这种加工硬化了的奥氏体具有促进铁素体相变形核作用，时变形后的晶粒细小；（3）（+）两相区控制轧制（+）两相区变形阶段，当轧制温度继续降低到Ar3温度以下时，不但晶粒，部分相变后的晶粒也要被轧制变形，从而晶粒内形成亚晶，促使晶粒的进一步细化。,9,10,11,12,13,控制轧制工艺1.对原料的要求根据轧机的型式与车间生产的具体条件，合理地选用钢锭的锭型、锭重或钢坯尺寸，对提高轧机产量、满足控制轧制工艺要求，改善钢板质量，提高钢板成材率和劳动生产率。1）合理选择坯料尺寸根据控制轧制工艺的要求，合理确定控制轧制每个阶段的总变形量和厚度之比，最后确定满足控制轧制条件的坯料尺寸，特别是坯料的厚度。2）原料化学成分的调整为了改善钢板的焊接性能、冷弯性能和韧性，特别是低温韧性，将钢中含碳量降低，或者采用规定成分碳含量的下限，加入微合金元素铌、钒、钛，阻止奥氏体晶粒长大，扩大奥氏体再结晶区，以利于增加奥氏体未再结晶区的变形道次和总变形量，以及弥散析出强化作用。,14,控制轧制工艺3）为了充分发挥控制轧制的作用，对钢中的有害气体及夹杂物要严格的控制，而钢中的硫、磷含量直接影响到钢板的塑性和韧性。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都回降低钢的塑性，随着硫化物、氧化物夹杂或碳化物等体积增加，钢的延伸率下降。从冶炼开始，严格控制钢的化学成分，采用铁水脱硫，炉外精练，吹氩脱气等一些先进技术，以降低钢中的有害气体、夹杂及磷、硫含量，能进一步发挥控制轧制的作用，获得比较理想的效果。2.对加热制度的要求确定板坯轧制前的加热制度时，要考虑钢的化学成分及对钢的质量要求，加热炉的能力和轧机负荷大小。加热钢锭时必须考虑组织和成分的均匀化要求。板坯的加热温度对控制轧制制度及钢板的组织性能是有影响的。板坯或钢锭在加热时，原始奥氏体晶粒大小，碳化物的固溶程度都直接影响变形过程中的再结晶状态，变形后奥氏体晶粒尺寸以及碳化物析出状态。,15,控制轧制工艺3.控制变形温度根据不同阶段应用不同的轧制温度4.道次变形量的控制在完全再结晶区，每道次的变形量必须大于再结晶临界变形量的上限，以确保发生完全再结晶。在未再结晶区轧制时，加大道次变形量，以增多奥氏体晶粒中滑移带和位错密度，增大有效晶界面积，为铁素体相变形核创造有利条件。在（+）两相区控制轧制时，在压下量较小阶段增大变形量，钢的强度提高很快。当变形量大于30%时，在加大压下量则强度提高比较平稳，而韧性得到明显改善。,16,17,控制冷却（ControlledCooling）：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。由于热轧变形的作用，促使变形奥氏体向铁素体转变温度（Ar3）的提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒，减小珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用控制冷却工艺。,一般把轧后控制冷却过程分为一次冷却、二次冷却和三次冷却（空冷）。一次冷却是指从终轧温度开始到变形奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arcm温度范围内的冷却控制，即控制开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。目的是控制变形奥氏体的组织状态，阻止奥氏体晶粒的长大，阻止碳化物析出，固定因变形而引起的位错，降低相变温度，为相变做组织上的准备。,18,二次冷却是指从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。二次冷却的目的是控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度，即控制相变过程，以保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。三次冷却（空冷）是指相变后至室温范围内的冷却。对于低碳钢，冷却速度对组织没有影响；对于含铌钢在空冷过程中发生碳氮化物析出，对产生的贝氏体产生轻微的回火效果；对于高碳钢或高碳合金钢相变后空冷时将使快冷来不及的过饱和碳化物继续弥散析出。如相变完成后仍采用快速冷却工艺，就可以阻止碳化物析出，保持碳化物固溶状态，以达到固溶强化的目的。,19,（5）冷却方式喷水冷却（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。穿透性好，在水膜比较厚的时候采用。一般用在中厚板轧后冷却和钢板淬火时，在型钢冷却中进行局部冷却也可以使用。水的喷溅厉害，水的利用率较差。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。把这种用液滴群冷却的方法叫做喷射冷却。该方法适合于一般冷却及各种用途的喷嘴。但是用同一喷嘴所能控制的冷却能力范围不太宽，并且需要比其它方法施加更高的压力。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，这种冷却方法叫做雾化冷却。有两种雾化冷却情况：用空气加速水滴；用空气使水滴微细化。,20,（5）冷却方式层流冷却：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。这种平滑的层状喷流落到一定的距离时，由于水的加速度影响而破断成液滴流，破坏了层流状态。采用这种层流喷流的冷却方法叫做层流冷却。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。所以该方法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。浸水冷却：将热轧钢材直接浸入冷却水中进行快速冷却的方法叫做浸水冷却。因为方法简单，这种冷却方法很早就被采用了但这种方法存在很多问题，如冷却能力很难控制、冷却不均匀易引起轧件弯曲、钢材组织不均匀、冷却能力随水温变化而变化很大等。这种冷却方法目前在生产中通过设备机构上的改进和自动程序控制等措施，在钢材冷却中仍被使用。例如在日本某些钢厂热轧钢管轧后快速冷却时就采用钢管浸水法进行冷却管内流水冷却：水在管内及平行板之间流动，热钢材在其间通过并进行冷却的方法叫做管内流水冷却。不适于作为弱冷却法，而应作为高效冷却设备加以采用，它可以得到高度均匀的冷却效果，并在线材、棒材冷却中广为采用。,21,TMCP(ThermoMechanicalControlProcess：热机械控制工艺)就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(CRControlRolling)的基础上，再实施空冷或控制冷却(加速冷却ACC：AcceleratedCooling)的技术总称。TMCP工艺是当今高性能钢材主要生产手段，是提高钢材的强度、韧性和焊接性的一种控制工艺技术。通过TMCP可以替代正火处理，利用钢材余热可进行在线淬火回火（离线）处理，取代离线淬火回火处理，改善钢材的力学性能，大幅度减少热处理能耗。TMCP技术的核心包括：钢材的成分设计和调整、轧制温度、轧制程序、轧制变形量的控制、冷却速度的控制等；在装备上主要是采用高刚度、大功率的轧机，以及高效的快速冷却系统和相关的控制数学模型。这些技术目前国内均己掌握，国内设计的高密度管层流冷却成套设备包括高位水箱、水量分配器、流量调控装置、冷却区前后吹扫装置、侧吹扫装置、控制阀门、检测仪表、控制系统和钢种数学模型。,22,控轧控冷的优点：（1）提高钢材的强度和韧性、塑性，使之得到较高的综合力学性能。（2）可充分发挥微量元素的作用。（3）节能，生产工艺简化,23,控轧和控冷的发展历史：控轧20世纪20年代初，“低温大压下”50年代末和60年代初期，“佩奇关系式”60年代中期和后期，“降碳，微合金化”控冷1957年“层流”冷却系统的提出；1964年12月在美国应用；1980年中板控制冷却；1964年线材冷却，“斯太尔摩法”,24,控轧和控冷的发展历史：我国60年代初，在控制轧制、轧后控制冷却和钢的形变热处理工艺等方面的研究即已经起步，并取得初步成果。1978年，在70年代末对控制轧制和控制冷却工艺及相关理论进行系统研究，并将科研成果运用到中厚板生产中。在武钢、鞍钢、太原钢铁公司、上钢三厂等的中厚板轧机上采用控制轧制工艺和控制冷却工艺生产出用于造船、石油、天然气运输管道、锅炉及高压容器、火车车辆、机械结构、桥梁的中厚钢板。,控制轧制和控制冷却是热轧生产中的新技术和新工艺，是将轧制工程学、塑性加工理论、金属材料学、传热学和流体力学等学科结合为一体的一门新学科。,25,第一篇控制轧制及控制冷却理论,26,1钢的强化和韧性1.1钢的强化机制基本概念（1）金属的强化：通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属强度的方法。（2）强度：材料对塑性变形和断裂的抗力，用给定条件下所能承受的应力来表示。（3）强化：光滑的金属材料试样在大气中且在给定的变形速率、室温条件下，对拉伸时所能承受应力的提高。强化机制（1）固溶强化；（2）形变强化；（3）细晶细化；（4）弥散强化、沉淀强化，（5）亚晶强化，（6）相变强化；（7）复合强化,27,1.1.1固溶强化1）固溶强化（1）固溶强化：采用添加溶质元素使固溶体强度升高的现象。（2）通过改变金属的化学成分来提高强度（晶格中铁素体的组织状态没有发生改变）。（3）由于运动的位错与异质原子之间的相互作用的结果。,固溶强化方法的实质：溶质原子使基体的点阵(或称晶格)发生畸变，位错运动受到阻碍，从而有效地提高了合金的强度。,28,式中为合金的屈服流变应力；0为基体金属的流变应力；K为常数，决定于基体与合金元素的性质；c为溶质的原子浓度；指数n2为常数，强化能力较弱的合金元素(置换式元素)n2=1，强化能力较强的间隙式元素n2=0.5,29,30,31,32,33,2）强化规律（1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加；无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大。（2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化的效果愈好；（3）形成间隙固溶体的溶质元素（C、N、B）其强化作用大于形成置换式固溶体的溶质元素（Mn、Si、P）；（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。,34,1.1.2形变强化利用形变使钢强化的方法。也称应变强化或加工硬化。式中为金属的流变切应力0为退火态金属的流变切应力；为常数；为切变弹性模量；b为位错柏氏矢量；为位错密度；,35,形变强化的实质：在材料的再结晶温度以下进行冷形变，随着形变程度(应变量)的增大，在晶体内产生高密度的位错(晶体缺陷)，位错密度越高，强化的程度越大，即流变应力值越高。,36,1.1.3沉淀强化1）沉淀强化：在普通低合金钢中加入Nb、V、Ti，形成的碳、氮和碳氮化合物，在轧制中或轧后冷却时析出，起到第二相沉淀强化作用。2）机制：位错和颗粒之间的相互作用（1）对提高强度有积极作用的绕过过程；（2）对提高强度作用较小的剪切过程。,37,位错绕过时，既要克服第二相粒子的阻碍作用，又要克服位错环对位错源的反向应力，而且每一个位错绕过后都要增加一个位错环。因此继续变形必须增大外应力，从而使流变应力迅速提高。此图为黄铜中绕Al2O3粒子的位错环的透射电镜像。,38,在Ni-Cr-Al合金中位错切过Ni3Al粒子的透射电镜像,39,3）影响规律,位错克服第二相质点阻力所必须增加的正应力,（1）第二相引起的强化效果与质点的平均直径成反比，与其体积百分数的平方根成正比。（2）沉淀相的部位、形状：沉淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好；球状有利于强化。（3）随着时效时间的延长，强度将连续下降。,假定颗粒是不形变的圆球，则钢的屈服强度与第二相颗粒间距的关系为：y=0+Kd-n3式中y为钢的屈服强度；0为基体的屈服强度；Kd为常数；为颗粒间距；Kd为常数，约等于0.5-1.0。,40,41,1.1.4细晶强化（晶界强化）晶粒愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也愈大，因而使材料的屈服强度提高。,Hall-Petch公式,K1表征晶界对强度影响程度的常数。它和晶界结构有关，而和温度关系不大。,42,珠光体+铁素体,P30%,43,1.1.5亚晶强化1）亚晶强化的原因是位错密度增高。2）亚晶本身是位错墙，亚晶细小，位错密度也高。3）另外有些亚晶间的位向差稍大，也如同晶界一样阻止位错运动。,44,1.1.6相变强化1）钢经淬火转变成马氏体，能获得高强度和硬度。2）强化机制：（1）马氏体点阵为碳所固溶强化；（2）马氏体转变过程中晶粒得到细化；（3）位错密度增加；（4）马氏体变形时，有时会发生过饱和固溶体的分解，析出新相，从而阻碍位错运动。3）变形对马氏体强化的影响：（1）原始奥氏体晶粒的大小影响马氏体晶粒的大小；（2）奥氏体的塑性变形有时促进相变，有时又抑制相变；（3）奥氏体的塑性变形会引起奥氏体结构不完善性的增加。,45,控制轧制中主要利用的强化手段：固溶强化、沉淀强化、晶界强化、亚晶强化和位错强化,0铁素体的屈服强度；m固溶强化的作用；t沉淀强化的作用；v位错强化的作用；D晶粒直径；K1晶粒尺寸系数。,46,1.2材料的韧性1.2.1韧性定义及其表示1）定义：又名韧度，是材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。2）金属的韧性随加载速度的提高、温度的降低、应力集中程度的加剧而下降。3）缺口断裂韧性和裂纹断裂韧性。4）韧性指标：缺口冲击韧性AK（J）或ak（J/cm2）5）韧性-脆性转化温度TK（），通常根据冲击功、断口形貌特征、变形特征与温度的关系求得。,47,48,1.2.2影响韧性的因素,1.2.2.1化学成分的影响1）钢中常含的Si、P在提高材料的屈服点的同时，脆性转化温度也提高，只有Mn、Ni几种元素例外；2）少量的V、Nb、Ti、Al、Zr元素能够细化晶粒，因而成为既能提高强度又能提高韧性的重要控制元素；3）P导致回火脆性和影响交叉滑移；S则增加夹杂物颗粒，减小夹杂物颗粒间距都使材料韧性下降。4）在钢种允许的成分范围内，降低碳含量，由此产生的强度下降则由增加成分中锰含量来补偿。,49,1.2.2.2气体和夹杂物影响1）氢可以引起白点和氢脆，应该尽量降低。2）氮与位错结合力较强，通过形成气团而阻止位错运动，使钢的韧性下降。当氮是固溶态时危害更大。只有在普通低碳合金钢中，若钢中有钒则能与氮形成VN，能提高钢的强度并阻止奥氏体再结晶，轻度的细化晶粒。3）夹杂物含量愈多，韧性愈低，尤其是超过临界尺寸的夹杂物存在会使韧性明显的降低。4）钢中气体量和夹杂物量的多少与冶炼方法、浇注方法直接有关。5）镇静钢的夹杂物、气体量最少；顶注的凝固时间最长，故夹杂物最多，电渣重熔的凝固时间最短，故夹杂物最少，人性最好，韧性的各向异性也最低。,50,1.2.3强化机制对韧性的影响1.2.3.1固溶强化的影响1）间隙式固溶强化造成晶格的强烈畸变，因而对提高强度十分有效。但造成的畸变是不对称的，随着间隙原子浓度的增加，塑性和韧性明显降低。2）置换式溶质原子造成的晶格畸变比较小，而且畸变大都是球面对称的，因此强化作用小得多，但对韧性的削弱不明显，或基本上不削弱基体的塑性和韧性。,51,1.2.3强化机制对韧性的影响1.2.3.2位错强化的影响位错对金属材料的塑性和韧性有双重作用：（1）位错的合并以及在障碍处的塞积会促使裂纹形核，可以使塑性和韧性降低；（2）由于位错在裂纹尖端塑性区内的移动可解缓尖端的应力集中，可以使塑性和韧性提高,52,1.2.3.3沉淀强化的影响1）沉淀强化造成材料s提高，对裂纹扩展所需的临界应力值c影响不大，使脆性转化温度升高，使材料的延伸性能降低。2）在用控制轧制技术生产的微合金化钢中，Nb、V、Ti等的微合金化的碳化物在起到沉淀强化作用的同时，还能细化晶粒，使强度和韧性都得到改善。1.2.3.4晶界强化的影响1）晶界可把塑性变形限定在一定范围内，使变形均匀化，晶粒细化可以提高材料的塑性2）晶界又是裂纹扩展的阻力，细化晶粒可以改善材料的韧性。晶粒愈细小，裂纹扩展临界应力c愈大，材料的韧性愈高。3）晶粒细化与脆性转化温度的关系：,53,1.2.3.5相变强化的影响1）细化奥氏体晶粒，从而可细化转变产物，对提高韧性是有益的。2）一般的说，转变温度愈低则回火后的韧性愈高，因而对淬火-回火钢材要求有足够的淬透性。3）先共析铁素体对韧性是不利的，而针状的危害性又大于等轴的。调整成分和工艺，细化针状铁素体可以改善韧性。4）珠光体片是应力和应变的集中点，有利于解理和韧断的形成及伸展，应该设法避免。5）孪生马氏体的韧性低于板条状马氏体，调整奥氏体成分和加工工艺可以改变马氏体的形貌。6）无碳贝氏体、上贝氏体对韧性不利，下贝氏体的韧性高于孪生马氏体而低于板条状马氏体。7）成分不同的合金结构钢，由于其奥氏体特性不同，转变产物也不一样，这对铁素体的韧性和碳化物的形貌和分布有影响。,54,冷脆系数K,TK表示某一变化条件下脆性转化温度的变化值；s表示在同一变化条件下屈服强度的变化值。,1）如果K0表示有提高脆性断裂的倾向；2）如果由于晶粒强化小于强化总值中的40%，而固溶强化、沉淀强化大于强化总值的60%，则对于材料脆性断裂倾向有不利影响。,55,1.2.4提高钢材韧性的途径(1)细化晶粒法；(2)合金化法；(3)纯净化法；(4)位错板条马氏体韧化；(5)高温形变热处理；(6)利用稳定奥氏体使钢韧化；(7)利用介稳奥氏体使钢韧化；(8)回火和其他方法。12.4.1细化晶粒法常温或低温下，在利用细化晶粒提高钢的强度的同时，还可改善钢的韧性，特别是低温韧性。这是细化晶粒方法的突出优点。1.2.4.2合金化法合金元素锰和镍能使钢的韧性提高。锰因为能减少晶界碳化物，细化珠光体，相应也细化铁素体晶粒，从而提高铁素体一珠光体钢的韧性。镍是提高钢的韧性最有效的元素，这是因为镍能提高铁素体基体的韧性，并使晶粒细化的缘故。,56,1.2.4提高钢材韧性的途径12.4.3纯净化法除去钢中夹杂、气体及有害元素，尽可能降低钢的碳含量是提高钢韧性的有效方法。钢中非金属夹杂物是断裂的裂纹源。在冶炼上采用真空除气，电渣重熔、真空白耗重熔和各种炉外精炼技术，提高钢的纯净度，可显著改善钢的韧性。钢中磷、硫、砷、锑等有害元素的去除，也能改善钢的韧性。钢中的碳，虽然在很多情况下是不可缺少的元素，但碳却使钢的韧性显著恶化，因此，在可能的条件下，应尽量降低钢的碳含量。1.2.4.4位错板条马氏体韧化铁碳合金中，碳含量06时，主要为内孪晶马氏体。一般认为，化学成分相同，位错马氏体与内孪晶马氏体的强化效果相当，而位错马氏体具有较好的韧性。原因可能是位错马氏体的板条尺寸很小，类似于非常细的晶粒，可阻止裂纹的传播；而孪晶片状马氏体，厚度较大，且内部孪晶取向相同，类似于粗大的晶粒，从而韧性较差。另外，位错马氏体板条之间的残留奥氏体塑性良好，使得钢的韧性改善。,57,1.2.4提高钢材韧性的途径12.4.5高温形变热处理将钢在高于临界点Ac3以上的较高温度(如在奥氏体的再结晶温度以上)奥氏体化，然后预冷到稍高于Ac3的温度形变，接着淬火、回火的方法。这种方法属于形变一相变综合强韧化方法。它一方面使钢的强度增加，另一方面也使钢的塑性增加，或至少在强度增加的同时塑性不降低。高温形变热处理使马氏体晶体细化，马氏体内亚结构(如内孪晶)细化，且内孪晶马氏体的量减少等，改善了钢的韧性。这种工艺适用于那些把成型工艺(诸如轧制、锻造、扭拉、挤压等)与强韧化结合在一起的产品，如扭制钻头，板、卷弹簧，模具，高强度螺栓，挖掘机的锻件，装甲板等。,58,1.2.4提高钢材韧性的途径12.4.6利用稳定奥氏体使钢韧化稳定奥氏体是韧性良好的合金相。最典型的例子就是高锰钢Mn13。这种钢经1050加热水冷后，为单相奥氏体。使用时受到冲击、摩擦作用，表面层产生层错导致强加工硬化，而内部仍是高韧性的奥氏体，因而它具有高硬度高耐磨性(表层)和整体的高韧性。此外，低温钢、马氏体时效不锈钢等钢中，以镍、锰等元素高度合金化的奥氏体钢，也具有优良的韧性。1.2.4.7亚稳奥氏体使钢韧化利用亚稳奥氏体或亚稳残余奥氏体使钢韧化。最典型的例子就是具有TRIP效应的钢种(相变诱发塑性钢TransformationInducedPlasticity)。,59,60,1.2.4提高钢材韧性的途径12.4.8回火和其他方法钢材的韧化因而抑制脆化现象即可提高钢的韧性。一般来说，淬火钢的回火是用得最广泛的韧化措施。它可减小马氏体的碳过饱和度，减少淬火时产生的内应力，改善钢的韧性。因而淬火、回火就是钢的最普遍的强韧化方法。然而，淬火钢回火时，又会在不同的温度范围产生低温回火脆性或高温回火脆性。它们的本质不同，改善或消除它们的方法也不同。利用硅合金化可使低温回火脆性发生的温度范围上移，以保证钢的强度和韧性的综合要求。利用钼合金化可显著改善钢的高温回火脆性。,61,2钢的奥氏体形变与再结晶2.1热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为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，加工硬化和高温动态软化过程同时进行，根据这两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。（1）第一阶段：当塑性变形小时，随着变形量增加变形抗力增加，直到达到最大值。金属发生塑性变形，位错密度不断增加，产生加工硬化，造成应力不断增加达到峰值。材料在高温下变形，位错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，造成奥氏体的回复和形成亚晶界，使材料软化。但总的趋向是加工硬化还是超过动态软化，因此随变形量增加变形应力还是不断增加的。,62,1,63,第二阶段：动态再结晶的发生与发展使更多的位错消失，材料的变形应力很快下降。由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，金属材料的变形应力仍然高于原始状态的变形应力。发生动态再结晶所必需的最低变形量称为动态再结晶的临界变形量，以c表示c0.83pp真应力-真应变曲线上应力峰值p所对应的应变量p的大小与钢的奥氏体成分和变形条件（温度、速度）有关。,Z为温度补偿变形速率因子，可表示和的各种组合。,当变形温度愈低、变形速率愈大时，Z值变大，即p、s大，动态再结晶开始的变形量c和动态再结晶完成的变形量s也变大，也就是说需要一个较大的变形量才能发生再结晶。,64,（3）第三阶段：当第一轮动态再结晶完成以后，将出现两种情况，即稳态变形（连续动态再结晶）和非稳态变形（间断动态再结晶）。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r表示，r可能大于c，也可能小于c。当cr时发生间断动态再结晶。,工艺参数（温度和速率）对c、r都有影响，只是对r的影响比对c的影响大。当高或低时，cr，出现非稳态变形，间断动态再结晶；当低或高时，cB型过渡型A型变化，型的最细。,79,80,81,3.2变形条件对奥氏体向铁素体转变温度Ar3的影响3.2.1测定变形条件下Ar3温度的方法（1）利用相变过程中材料发生的物理变化来测定相变点：冷却曲线法；膨胀法（2）利用在A区和在（A+F）区轧制时材料组织结构和性能不同，以发生这些变化时的温度作为相变温度：织构法；硬度法；金相法3.2.2变形条件对Ar3温度的影响有两种情况：（1）在奥氏体再结晶区变形后造成奥氏体晶粒的细化，从而影响Ar3温度。（2）在奥氏体未再结晶区变形后造成变形带的产生和畸变能的增加，从而影响Ar3温度。（形变诱导相变）,82,3.2.2.1加热温度的影响加热温度的不同实际上也就是原始奥氏体晶粒度的不同，原始奥氏体晶粒愈是粗大，Ar3温度就愈低。3.2.2.2轧制温度的影响在高温侧随着变形温度降低，Ar3上升。接着Ar3变得与变形温度相等，在往下随着变形温度的降低，Ar3也降低。3.2.2.2变形量的影响随着变形量加大，Ar3提高。3.2.2.2冷却速度的影响随着冷却速度的提高，Ar3下降,83,3.2.3相变温度Ar3变化对组织结构的影响（1）在再结晶区的变形引起了相变温度的升高是由于奥氏体晶粒的细化，所以如果轧后能快速冷却不仅不会产生魏氏组织，而且由于铁素体成核率的增加能使铁素体晶粒细化，并阻止了铁素体晶粒的过分长大。（2）对于奥氏体未再结晶区的变形是变形引起铁素体的强制相变使相变温度提高，C曲线左移，这种相变温度的提高不会使铁素体晶粒粗化。这是由于轧制促进了相变，使铁素体晶粒成核率大大提高，形成了许多微细的铁素体，而且铁素体的体积百分数也加大了，相应的珠光体数量减少了。3.3变形条件对奥氏体向珠光体转变、奥氏体向贝氏体转变的影响（1）变形使珠光体转变加速，淬透性变坏。变形温度愈低，变形使珠光体转变温度提前的就愈多。（2）变形对奥氏体向贝氏体转变的影响就比较复杂。,84,3.4铁素体的变形和再结晶3.4.1铁素体在热加工中的组织变化（1）铁素体加工时的动态软化方式是动态回复与动态多边形化，没有动态再结晶。（2）温度高或变形速度低形成的亚晶尺寸粗大，而与变形量无关。但是当应力未达到稳定值之前，亚晶尺寸与变形量是有关的，变形量增大，亚晶数量增多，亚晶尺寸减小。3.4.1在变形间隙时间里铁素体发生的组织变化发生静态的回复和再结晶软化过程铁素体再结晶后的晶粒大小：形变可以细化铁素体晶粒，形变量增大，再结晶晶粒不断细化。当流变应力达到稳定值后，变形量对再结晶晶粒尺寸的作用逐渐减弱，直到最后不发生作用，再增加变形量也不能细化铁素体晶粒。,85,3.5在两相区（A+F）轧制时组织和性能的变化（1）在两相区轧制后的组织中既有由变形未再结晶奥氏体转变的等轴细小铁素体晶粒，还有被变形的细长的铁素体晶粒。（2）在两相区轧制中，析出物的增加，铁素体亚晶量多且细小，位错密度的增高等等都是有利于使屈服强度增加，但是；两相区轧制会引起织构，增加了强度的方向性，并使高阶冲击能有所降