热形致过程中细的组织变化PPT课件

1、图3-l 各种轧制程序的模式图 CR-控制轧制；AcC一控制冷却第1页/共110页图3-2 控制轧制和控制冷却奥氏体和铁素体的组织变化模式图(轧制温度向右边降低。上层的组织表示轧制带来的奥氏体组织的变化，下层表示奥氏体开始相变后不久的组织，特别是下层表示铁素体核的生成地点)轧制三个阶段：控冷作用：第2页/共110页控制轧制的实质控制轧制的实质： (1)尽可能降低加热温度，目的： (2)在中间温度区(如900C 以上) 通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化。 (3)加大奥氏体未再结晶区的累积压下量，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。第3页/共110页控制轧制机理：（1）Hall-Petc

2、h关系式： （1） （2）断口转变温度FATT(Fracture Appearance Transition Temperature) ： (2) 210dkyy21BdAFATT第4页/共110页图3-3 多道次轧制时轧制温度的影响(实验室数据)0.18C-1.36Mn钢，各道次压下率20，9个道次轧制到20mm 轧制温度变化范围(开始一结束)为200C 第5页/共110页图3-4 轧制温度对铁素体晶粒直径、屈服点及断口转变温度的影响 实验室数据：0.14C-1.3Mn-0.03Nb系钢，RT为加热温度，FT为终轧温度第6页/共110页控制轧制的类型：控制轧制的类型：控制轧制方式示意图(a)

3、 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 第7页/共110页（1）奥氏体再结晶区控制轧制(又称I型控制轧制)条件：950以上 再结晶区域变形。主要目的：对加热时粗化的初始晶粒轧制再结晶细化 相变后细小的晶粒。相变前的晶粒越细，相变后的晶粒也变得越细。第8页/共110页（2）奥氏体未再结晶区控制轧制(又称为型控制轧制)条件： 950CAr3之间进行变形。目的：晶粒沿轧制方向伸长，晶粒内部产生形变带。晶界面积，的形核密度 ，进一步促进了晶粒的细化。第9页/共110页(3) (+)两相区轧制 条件：Ar3点以下轧制。目的：1）未相变晶粒更加伸长，在晶内形成形 变带

4、，相变形成微细的多边形晶粒； 2）已相变后的晶粒变形，于晶粒内形成亚结构，因回复变成内部含有亚晶粒的晶粒。组织：大倾角晶粒和亚晶粒的混合组织。影响：强度升高，脆性转变温度（亚晶的出现）。第10页/共110页控制轧制三阶段示意图和各阶段的组织变化第11页/共110页3.2 控制轧制工艺特点 (1)控制加热温度 加热温度决定轧制前奥氏体晶粒的大小，温度越低晶粒越细。图3-5 含微量添加元素的奥氏体晶粒成长情况低温加热优点： （1）避免奥氏体晶粒变粗大。（2）缩短延迟冷却时间，粗轧和精轧几乎可连续进行。缺点：（1）要减小板坯的厚度。（2）含铌钢中铌未固溶，达不到预期的析出强化效果。第12页/共110

5、页 (2)控制轧制温度奥氏体区轧制：要求最后几道次的轧制温度要低。原因： 低碳结构钢的终轧温度：含Nb钢的终轧温度：第13页/共110页 (3) 控制变形程度 ：第14页/共110页 (4)控制轧后冷却速度 钢材于轧后冷却除采用空冷外，还可以采用吹风，喷水，穿水等冷却方式。由于冷却速度的不同，钢材可以得到不同的组织和性能。第15页/共110页3.3 控制轧制的效应 (1)使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的改善。原理：细化晶粒。常规轧制工艺：铁素体晶粒78级；控制轧制工艺：铁素体晶粒可达12级，直径可为5m。(2)可节省能源和使生产工艺简化 途径：降低钢坯的加热温度；取消轧后的常化处理或淬火回火

6、处理。第16页/共110页表3-1 36CrSi钢用控轧工艺和用常规工艺后的机械性能 机械性能加工方式b(N/mm2)0.2(N/mm2)5(%)(%)(Jcm2)HRC 高温控制轧制工艺常规工艺1000103085085078583560064012148384640426075404531-第17页/共110页（3）可以充分发挥微量合金元素的作用 常规轧制，加入Nb、V： 控制轧制，加入Nb、V： 采用控制轧制工艺时要考虑到轧机的设备条件。 第18页/共110页3.4钢的奥氏体形变与再结晶3.4.1热变形过程中的奥氏体再结晶行为3.4.1.1 动态再结晶冷加工：高温变形：真应力-应变曲线由

7、三阶段组成：第一阶段：加工硬化及软化共存，但硬化程度超过软化程度；第二阶段：发生动态再结晶。动态再结晶临界量c ：OABC第19页/共110页曲线的最大应力值p(或s)、 、T之间可用Zener-Hollomon因子Z表示：nARTQZ)/exp(式中 Z ：温度补偿变形速率因子；A：常数；n：应力指数；Q：变形活化能；R：气体常数；T：绝对温度。第20页/共110页OABC为什么金属的变形应力高于原始状态(即退火状态)的变形应力？第21页/共110页第三阶段，两种情况：1）连续动态再结晶 条件：cr 第22页/共110页图3-3 Q235钢变形条件对真应力-真应变曲线的影响(a)变形温度的影

8、响，变形速度 ；(b)变形速度的影响，变形温度T=1000C11 . 0s第23页/共110页3.4.1.2 动态再结晶的控制（1）动态再结晶发生条件动态再结晶难发生的原因：发生动态再结晶的条件： c影响动态再结晶临界变形量的因素：1）变形温度和变形速度；2）钢的化学成分，如奥氏体型Fe-Ni-Cr合金的c 比纯的 -Fe大得多；3）材料的初始晶粒尺寸的影响。第24页/共110页18-8不锈钢起始晶粒尺寸（D0）对高温形变组织和加工因子（Z、 、）关系的影响第25页/共110页（2） 动态再结晶的组织动态再结晶是一个混晶组织，平均晶粒尺寸 只由加工条件（变形温度、变形速率）决定，变形温度低、变

9、形速率大，则 愈小。动态再结晶是存在一定加工硬化程度的组织。DD第26页/共110页 s：奥氏体的屈服应力； 1：变形量为1时的应力； ： 变形后恒温保持t时间以后再次发生塑性变形的应力值。yx=1：全部静态再结晶 ； 0 x1：x=0：奥氏体在两次热加工的间隙时间里没有任何的软化； 软化百分数：3.4.2 热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为)/()(11syx第27页/共110页静态再结晶：形变停止后发生的再结晶过程。 亚动态再结晶： 形变后的回复过程有几种可能： 只发生静态回复，不发生静态再结晶； 发生静态回复后，发生静态再结晶； 发生静态回复后，发生亚动态再结晶，随后发生静态再结晶。第

10、28页/共110页第29页/共110页图3-6 变形量与三种静态软化类型的关系第30页/共110页3.4.3 静态再结晶的控制（1） 静态再结晶的临界变形量影响临界变形量的因素：1)变形温度、原始奥氏体晶粒度、微合金元素。 图3-8 初始晶粒直径和轧制温度对再结晶所必需的临界压下率的影响 第31页/共110页2）变形后的停留时间：变形后停留时间长，再结晶所需要的临界变形量就小。 图3-9 1050C加热，在不同温度下轧制，轧后停留时间不同对奥氏体再结晶临界变形量的影响1-再结晶开始曲线，轧后停留2s；2-再结晶开始曲线，轧后停留20s；3-再结晶终了曲线，轧后停留2s；4-再结晶终了曲线，轧后

11、停留20s第32页/共110页(2) 静态再结晶速度影响因素： 1）奥氏体成分一定时，变形量 、变形速度 、变形后的停留温度回复和再结晶速度 ；2）微量元素将强烈地阻止再结晶的发生。 第33页/共110页图3-10 0.2%C钢与Nb钢等温再结晶的动力学曲线（实线为碳钢；虚线为铌钢） 第34页/共110页(3) 静态再结晶数量 图3-11 轧制温度、轧后空延时间对奥氏体再结晶百分数的影响 1. 1000C轧制，停留15S；2. 1000C轧制，停留2S；3. 850C轧制，停留15S；4. 850C轧制，停留2S； 奥氏体再结晶百分数正比于变形量与变形温度。第35页/共110页微合金元素对静态

12、再结晶数量的影响：1)抑制奥氏体再结晶。2)和不含微合元素的钢相比，在同样变形条件下，再结晶数量减少，奥氏体平均晶粒尺寸增大。第36页/共110页(4) 再结晶区域图作用：划分：三个区域，即再结晶区、部分再结晶区和未再结晶区。 图3-12 压下温度和压下率对再结晶行为和再结晶晶粒直径产生影响的再结晶区域图第37页/共110页试验用试样：第38页/共110页第39页/共110页试验结果与分析：1）变形量对奥氏体再结晶百分数的影响0204060801001201020304050607080变形量(%)再结晶百分数(%)1150110010501000950900850第40页/共110页第41页

13、/共110页变形温度对奥氏体再结晶百分数的影响0204060801001208509009501000105011001150轧制温度T()再结晶百分数(%)10%20%30%40%50%60%70%80%（）第42页/共110页第43页/共110页第44页/共110页X70W钢再结晶区域图第45页/共110页 X70W钢混晶情况分析第46页/共110页3.4.4 细化再结晶奥氏体晶粒的控制轧制图3-14 SM50钢进行多道次轧时的组织和性能的变化第47页/共110页第48页/共110页3.5 未再结晶区奥氏体的变形转换比（AF）：转变前的奥氏体晶粒直径与转变后的铁素体晶粒直径之比，与化学成分

14、有关。晶粒细化有极限。 第49页/共110页控制轧制过程的三个阶段及各阶段微观组织随变形而变化的示意图第50页/共110页总结：由未再结晶变形 的转变比由已再结晶的无变形转变所生成的晶粒要细得多，得到变形非常重要。可以通过变形后抑制或延迟再结晶的进行来实现。延迟回复和再结晶的因素有两个：1)合金元素；2)温度。第51页/共110页图3-3 不同含铌量的0.002%C-1.54%Mn钢中，铌含量对软化行为的影响实验条件：900C以l0s-1的应变速率压下69时的软化行为。第52页/共110页图3-4 含铌或不含铌的0.002%C-1.56%Mn钢的软化行为与温度的关系第53页/共110页图3-5

15、 含铌0.097%的钢中，温度和含碳量对软化行为的影响从图中得出：900C和850：1000C： 第54页/共110页图3-6 0.002%C-0.097%Nb钢、0.006%C-0.097%Nb钢、0.019%C-0.095%Nb钢于900C时，碳氮化铌应变诱发沉淀析出的过程 第55页/共110页图3-7 0.002%C钢、0.002%C-0.097%Nb钢和0.019%C-0.095%Nb钢的再结晶速度-温度-时间和沉淀析出-温度-时间曲线的叠加 溶质铌只有在应变诱发沉淀出现时，才能起到延迟回复和再结晶作用。 第56页/共110页3.5.2 变形带的形成和作用图3-8(a)具有变形带的拉长

16、晶粒，其中变形带是非再结晶区变形所产生的；(b)部分转变的晶粒组织中形成的先共析变形带的作用：提供铁素体形核点，使晶粒细化。第57页/共110页影响变形带的因素：1)变形量：变形30时，迅速增加。变形量小时，易造成混粒组织。2)变形温度：变形带密度几乎不受非再结晶区变形温度的影响（超过1000C时，迅速减少 ）。图3-9 含0.03%Nb的钢中，晶界面积(a)和变形带密度(b)同非再结晶区压下率的关系第58页/共110页常规热轧和控制轧制的根本区别：前者的晶粒全部在晶界处成核，后者则在晶粒内部和晶界成核。 对成核率而言，变形带等价于晶界，意味着一个晶粒可以被变形带分割成几个小的部分。第59页/

17、共110页图3-10 热轧态及热处理态钢中晶粒成核地点及所生成的晶粒组织第60页/共110页 图3-12表明，非再结晶区轧制变形30的工具钢中，珠光体相变的成核地点不同：a)相变初期，珠光体优先于晶界成核；b)随着变形的进行，珠光体在退火孪晶界和晶界处均发生成核；c)珠光体于变形带上成核；d)珠光体于晶粒内部成核。 第61页/共110页3.6 变形后奥氏体向铁素体的转变（1）从再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒 特点：铁素体晶粒在奥氏体晶界上生成，在晶内不成核。生成的铁素体魏氏组织的形成取决于：钢的化学成分（C含量在0.150.5% 之间易形成魏氏组织）；奥氏体晶粒的大小（奥氏体晶粒小于5级）和冷

18、却速度（快）。加快冷却速度可以细化铁素体晶粒，改善材料的力学性能，条件：不产生魏氏组织。块状(等轴的)先共析铁素体(魏氏组织铁素体)第62页/共110页图3-1 热轧条件与所得到的魏氏组织级别关系第63页/共110页（2）从部分再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒部分再结晶奥氏体晶粒由两部分组成：再结晶晶粒： 特点： 未再结晶晶粒： 特点： 问题：铁素体不均匀，对强度、韧性的影响： 解决方法：多道次轧制，产生形变带，转变后也可得到细小的铁素体晶粒。第64页/共110页 奥氏体向铁素体可分成以下类型： IA型：热轧后奥氏体发生再结晶，转变前粗化，转变时易形成魏氏组织铁素体和珠光体。 IB型：热轧后奥氏

19、体发生再结晶，转变前晶粒度6级，铁素体晶核在奥氏体晶界上形成，获得具有等轴铁素体与珠光体的均匀组织。再结晶型的控制轧制。 型：热轧温度低，热轧后变形的奥氏体晶粒不发生再结晶，铁素体在刚轧完后就在变形带边界处和晶界处成核，形成细小的等轴晶粒。随后在奥氏体晶内也形成多边形的铁素体晶粒和珠光体。型转变中不形成魏氏组织和上贝氏体。未再结晶型的控制轧制。第65页/共110页过渡型:过渡型转变是介于I型和型转变之间的一种转变。在奥氏体部分再结晶区中发生的转变。 铁素体细化的程度：型IB型过渡IA型，型最细。第66页/共110页图3-5 非合金低碳钢和含Nb或V的低碳钢变形75%时的轧制温度与转变类型之间的

20、关系第67页/共110页3.7 两相区控制轧制3.7.1 （+）两相区的变形行为弄清两个问题：1)一定变形程度下，性能随变形体积分数的变化关系；2)变形体积百分数一定时，性能与变形程度的关系。 第68页/共110页图3-2 拉伸强度和冲击功同（+）区变形程度的关系(a)普碳钢；(b)含铌钢；1200C时压下率为62.5%，850C时压下率为50%，710C时的热变形压下率连续变化第69页/共110页图3-3 含铌钢微观组织与（+）区压下率的变化关系(a)和(b)压下率为0%；(c)和(d) 压下率为30%第70页/共110页图3-4 普碳钢、含钒钢和含铌钢中，在-区进行压下率为50%轧制时，变

21、形体积百分数与拉伸性能的关系第71页/共110页图3-5 0.16%C-0.3%Si-1.9%Mn钢中，变形速率为7S-1时，变形温度对应力-应变曲线的影响第72页/共110页总结：变形引起的强化主要来自于胞状组织和亚晶硬化。变形温度较高：发生动态回复和随后的静态回复及静态再结晶，强化主要来自于晶粒的细化。变形温度较低：回复和再结晶受到延迟，强化主要来自于胞状组织和(或)亚晶粒。两相区变形引起的强化取决于回复和再结晶程度，而回复和再结晶程度又依赖于变形温度、变形量、变形后冷却速率和微合金元素的添加量。第73页/共110页3.7.2 两相区轧制时组织和性能的变化3.7.2.1 两相区控制轧制(1

22、)温度的影响第74页/共110页实验条件：方案1（简称I型轧制）：加热温度为1200C，于1100C和1020C进行一道次轧制，压下率为50%。在再结晶的晶粒的晶界上析出的称为I。方案2（简称II型轧制）：在780C和740C进行同I型轧制相同的压下以实现未再结晶轧制。在晶粒内形变带上析出的称为II。在（+）以一道次50%的压下率进行轧制。 第75页/共110页不论哪个钢种和轧制方法，抗拉强度和屈服强度均随轧制温度的降低而单调地加。第76页/共110页（2）压下量的影响不论轧制类型和钢种如何，TS、YS均随压下率增加而单调增加。第77页/共110页3.7.2.2 （+）两相区控制轧制时强韧化的

23、定量关系强度关系式： （7-1）式中 i-内摩擦应力；d-大角度晶粒直径；fs-亚晶占的体积分数；ky-仅由大角度晶浪构成时y跟晶粒直径相关的系数；ks-全部组织由亚晶粒构成时y跟亚晶粒直径相关的系数；ds-亚晶粒直径。韧性关系式： （7-2）式中 T-由化学成分决定的值；A、B、C-常数； -由亚晶界存在位错引起的硬化量；de-亚晶粒集团尺寸（有效晶粒直径），并ddeds；p-沉淀强化； d-位错强化。ssssyiyfdkfdk2121)1 (sessdprsfdCfBdATvT2121)1 ()(第78页/共110页3.7.3 （+）两相区轧制时显微组织的变化（1）微观组织第79页/共11

24、0页在两相区温度内当轧制温度一定时，随着压下率的增加晶粒发生如下变化：（1）晶粒的形状基本不变，产生较均匀的位错；（2）晶粒伸长，晶粒内的位错密度仍然很高；（3）伸长的晶粒进行回复，并开始形成亚晶，晶粒内的位错密度下降；（4）形成清晰的亚晶粒，在亚晶粒内位错密度非常低；（5）加工引起再结晶。第80页/共110页（2）铁素体晶粒尺寸图7-20 （+）两相区轧制，轧制温度740C时压下率对平均直径的影响1-方案I；2-方案II变形程度增加， 晶粒变细。第81页/共110页 轧制温度变 化引起晶粒 大小的变化。第82页/共110页3.7.4 （+）两相区轧材的织构和分层3.7.4.1 （+）两相区轧

25、材的织构和各向异性图3-25 （+）两相区轧制的Nb钢三维织构图 图3-27 各理想取向的屈服强度各向异性（计算值） 第83页/共110页3.7.4.2 分层两相区轧材，即使极低硫化，在以脆性断口温度为中心相当广泛的试验温度范围内也有平行于轧制面的分层。原因：带状层由100和111织构组成，100容易被压缩，111难以被压缩。 第84页/共110页 温度显微组织强度缺口韧性屈服强度加工硬化析出硬化转变温度ESA100析出物的数量（100）织构第I阶段950C再结晶区由于反复的再结晶而细化dr=2040m低（取决于晶粒尺寸）00高（取决于晶粒尺寸）高无无第II阶段950CAr3不发生再结晶的区晶

26、粒被拉长导入变形带和位错使晶粒细化低（取决于晶粒尺寸）00低（取决于晶粒尺寸）高微量无第III阶段 Ar3 （+）区晶粒不再进一步细化，析出硬化和（100）织构的产生高（晶粒尺寸和其它的影响）少量大量极低（晶粒尺寸和其它的影响）低大量形成表3-2 控制轧制三个阶段的物理性能变化第85页/共110页3.8 铁素体区控制轧制3.8.1 概述为什么提出铁素体轧制？铁素体区热轧的两个关键：（1）在铁素体区精轧及终轧；（2）良好的热轧润滑条件。铁素体区轧制特点：粗轧在奥氏体区进行，粗轧后完成奥氏体向铁素体的转变，精轧在铁素体区进行。第86页/共110页第87页/共110页3.8.2 铁素体轧制适宜的参数

27、（1）铁素体轧制适应的产品（2）铁素体轧制工艺要求1）直接应用的热轧薄带钢，可以替代常规冷轧退火薄板；2）一般用冷轧用钢；3）深冲、超深冲冷轧用钢；4）铁素体区域热轧后直接退火的钢板。粗轧在尽可能低的温度下使奥氏体发生变形，以增加铁素体的形核率，精轧在铁素体区进行，随后采用较高的卷取温度，以得到粗晶粒的铁素体，降低热轧板卷的强度及硬度。 第88页/共110页3.8.3 成分对热轧深冲板的影响表1 SPHC钢化学成分控制 单位：%第89页/共110页3.8.4 热轧工艺及润滑条件的影响第90页/共110页（1）精轧入口和终轧温度第91页/共110页（2） 卷取温度卷取温度过高：使带钢晶粒粗大，影

28、响产品力学性能；温度过低：加大卷取功率，且不易卷紧。卷取温度设定在69010。有利于利用轧后余热使带卷实现再结晶退火。（3）压下量大道次压下率的热轧退火板的r值明显高于小道次压下率的热轧退火板的r值。第92页/共110页（4）润滑条件第93页/共110页第94页/共110页第95页/共110页表2 铁素体轧制第96页/共110页表3 非铁素体轧制板卷产品性能检测情况 序号钢种规格ReLRmA1SPHC2.50*125032039041.52SPHC2.50*125032539041.53SPHC2.50*125023532035.04SPHC2.50*125024533036.05SPHC2.30*125027536546.06SPHC2.00*125029036545.07SPHC1.80*125032039538.08SPHC1.60*125030037537.0最大32539535.0最小23532046.0第97页/共110