材料加工组织性能控制(第五章)

1、5 5 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：中高碳钢特点：（1 1）冷却后的组织发生变化：冷却后的组织发生变化： （2 2）决定钢材性能的因素发生变化：）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。光体片层粗细和球团大小以及渗碳体的形貌。 （1 1）铌对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响）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。 图图5-1 0.43C，1.4Mn钢，钢， 晶粒再结晶行为晶粒再结晶行为 (1200 C加

2、热后加热后 轧制轧制1道次，原始道次，原始 晶粒度为晶粒度为1级级) 图图5-2 0.40%C5-2 0.40%C，1.381.38MnMn，0.0230.023 NbNb钢的钢的 晶粒再结晶行为晶粒再结晶行为 5.1 5.1 中高碳钢奥氏体的再结晶行为中高碳钢奥氏体的再结晶行为 图图5-5 5-5 轧制前加热温度对轧制前加热温度对 0.4%C0.4%C，1.381.38MnMn，0.0230.023 NbNb钢临界压下率的影响效果钢临界压下率的影响效果 原因：原因：固溶固溶NbNb量增量增 加，阻止奥氏体再加，阻止奥氏体再 结晶作用加强。结晶作用加强。 （2 2）铌、碳对中高碳钢奥氏体再结晶

3、晶粒度的影响）铌、碳对中高碳钢奥氏体再结晶晶粒度的影响 图图5-6 压下率、轧制温度对中碳钢（加压下率、轧制温度对中碳钢（加Nb与不加与不加Nb）轧制后再结晶晶粒）轧制后再结晶晶粒 度的影响度的影响 1)1)压下率大、再结晶奥氏体晶粒细；压下率大、再结晶奥氏体晶粒细； 2)2)轧制温度对奥氏体晶粒尺寸的影响较小；轧制温度对奥氏体晶粒尺寸的影响较小； 3)3)同一变形条件下，加铌的中碳钢比不加铌的中碳钢的再同一变形条件下，加铌的中碳钢比不加铌的中碳钢的再 结晶晶粒细。结晶晶粒细。 图图5-7 压下率对含压下率对含Nb和不含和不含Nb中高碳钢中高碳钢 轧制后轧制后 再结晶晶粒度的影响再结晶晶粒度的

4、影响 碳含量对再碳含量对再 结晶晶粒度结晶晶粒度 影响较小。影响较小。 5.25.2中高碳钢控制轧制钢材的组织状态中高碳钢控制轧制钢材的组织状态 （1 1）常温组织以铁素体为主的钢材）常温组织以铁素体为主的钢材(Mn1.0%)(Mn1.0%) 成分：成分：0.420.42C C，0.550.55MnMn、0.0320.032NiNi 加热温度：加热温度：12001200 C C 普通轧制普通轧制 ：第一阶段压下率：第一阶段压下率：50%50%，第二阶段压下，第二阶段压下 率：率： 3535，终轧温度：再结晶区下限（，终轧温度：再结晶区下限（10501050 C C 10001000 C)C)

5、（高温加热、高温终轧）（高温加热、高温终轧） 所得常温组织：所得常温组织： 铁素体和珠光铁素体和珠光 体；体；所占面积：所占面积： 各各50%；铁素铁素 体晶粒体晶粒：8级。级。 图图5-7-1 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb5-7-1 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb 钢的常规轧制组织（钢的常规轧制组织（ 200200） 控制轧制工艺控制轧制工艺 ： 第一阶段：第一阶段：压下率：压下率：50%50%，最后一道温度：再结，最后一道温度：再结 晶区下限（晶区下限（1050105011001100 C C）（实现（实现I型控制轧制）型控制轧制）； 第二阶段轧制：终轧温

6、度：第二阶段轧制：终轧温度：870870 C C（实现（实现II型控制型控制 轧制）轧制），压下率分别为：，压下率分别为： 1)35%1)35%：铁素体晶粒比普通轧制时的铁素体晶粒细：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。小，珠光体变得粗大。原因：原因： 2)2)压下率为压下率为50%50%：铁素体基本上都得到均匀细化。：铁素体基本上都得到均匀细化。 3)3)压下率为压下率为75%75%：铁素体晶粒组织：铁素体晶粒组织更细小、更细小、均匀，均匀， 晶粒度达到晶粒度达到12121313级。级。 中碳钢，如中碳钢，如Mn1%Mn1%，钢的主体为铁素体时，仍是，钢的主体为铁素体时

7、，仍是 铁素体细化机理在起作用。控制轧制铁素体细化机理在起作用。控制轧制铁素体和铁素体和 珠光体充分细化。珠光体充分细化。 图5-7-2 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb钢的控制轧制组织 (a)35%;(b)50%;(c)75% （2 2）常温组织以珠光体为主的钢材）常温组织以珠光体为主的钢材 0.43%C0.43%C，1.401.40MnMn钢：钢： 普通热轧普通热轧：所得到的组织所得到的组织: :铁素体在即将转变的铁素体在即将转变的 奥氏体晶界上生成网状组织。奥氏体晶界上生成网状组织。 控制轧制控制轧制( (再结晶区轧制再结晶区轧制) )：奥氏体再结晶晶粒奥氏体再结晶晶粒 细

8、化细化铁素体及珠光体组织都得到细化。随着变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。形量的增加，细化程度增加。 以珠光体为主的中高碳钢控制轧制要点：以珠光体为主的中高碳钢控制轧制要点： （3 3）共析钢）共析钢 控制轧制目的控制轧制目的：珠光体球团得到细化。珠光体球团得到细化。 珠光体球团尺寸取决于珠光体球团尺寸取决于 晶粒尺寸，随着晶粒尺寸，随着 晶粒尺晶粒尺 寸寸 ，珠光体球团直径，珠光体球团直径 。 （4 4）过共析钢）过共析钢 控制轧制目的控制轧制目的：珠光体球团变小，同时亦使析出珠光体球团变小，同时亦使析出 的网状碳化物变薄。的网状碳化物变薄。要点：在奥氏体再结

9、晶区轧要点：在奥氏体再结晶区轧 制，使奥氏体晶粒细小。制，使奥氏体晶粒细小。 5.3 5.3 中高碳钢的组织与力学性能的关系中高碳钢的组织与力学性能的关系 (1) (1) 中高碳钢组织对性能的影响中高碳钢组织对性能的影响 1)1)对强度的影响对强度的影响 重要因素：珠光体的片层间距。重要因素：珠光体的片层间距。 式中式中 0 0为纯铁素体强度，为纯铁素体强度， S S、 0.2 0.2为材料的 为材料的 屈服强度，屈服强度，I I0 0为珠光体的片层间距，为珠光体的片层间距，K Ky y为系数。为系数。 21 00 )41. 1/( IK ys 各种强化因素对抗拉强度的影响：各种强化因素对抗拉

10、强度的影响： SiSfdNfMPa FFb 3 . 623. 07 .46)1 (18. 12 .7416150)( 2 1 0 312131 2)2)对塑性的影响对塑性的影响: : 图图5-10球状珠光体直径球状珠光体直径(dy)和断面收缩率关系和断面收缩率关系 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。间距愈小延性愈好。 碳化物体积和球化处理对碳化物体积和球化处理对 T的的影响影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；球化处理（粒状渗碳体）；2-正火正火 （片状渗碳体）（片状渗碳体） 含碳量和球化处理对含碳量和球化处理对 u的影响的

11、影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；球化处理（粒状渗碳体）；2-正正 火（片状渗碳体）火（片状渗碳体） 3)对韧性的影响： )1043. 33 .133356 . 5)(1 ()5 .1146()( 6 2 1 2 1 0 2 1 0 tpSfdfCITT FF 珠光体片间距珠光体片间距珠光体球团珠光体球团 渗碳体片厚渗碳体片厚 （2 2）控制轧制中组织性能的变化）控制轧制中组织性能的变化 图图5-12 5-12 碳含量对控制轧制材碳含量对控制轧制材(CR)(CR)与普通轧制材与普通轧制材(HR)(HR)强度的影响强度的影响 碳量碳量0.2% 0.3%： 含含0.4%C以上：以上： 含含0.8%

12、C以上的钢：以上的钢： 强度变化：强度变化： 强度降低原因：强度降低原因： 1）珠光体的片层间距及珠光体珠光体的片层间距及珠光体( (领域领域) )的大小与奥氏体晶的大小与奥氏体晶 粒尺寸粒尺寸毫无关系。毫无关系。 图5-13 560C（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 2）珠光体开始转变线和终了转变线珠光体开始转变线和终了转变线发生变化。发生变化。 珠光体相变曲线随珠光体相变曲线随 化温度的移动状况化温度的移动状况 塑性、韧性的变化：塑性、韧性的变化： 图图5-12-1 5-12-1 碳含量对控制轧制材碳含量对控制轧制材(CR)(CR) 与普通轧制材与普通轧制材(HR)(HR)塑性、韧性的影响塑性、韧性的影响 0.2% 0.8%C内的脆性内的脆性 转化温度比较：转化温度比较： 0.2 0.8%C内的断面收内的断面收 缩率比较：缩率比较： 塑性决定于珠光体球团、片层间距两个因素的迭加。塑性决定于珠光体球团、片层间距两个因素的迭加。 总结总结：