第二章控轧金属学4

1、共31页 第1页2.5微量元素对奥氏体再结晶的影响 在控制轧制中，大多采用微合分化元素，使之在钢中形成碳、氮及碳氮化合物。利用其在不同条件下产生；溶解和析出抑制晶粒长大及沉淀强化作用。 般微合金化指合金元素总量小于0.1，目前大量使用的是Nb、V 、Ti，能与碳、氮强烈结合成碳化物、碳氮化物。化合物在高温下溶解，在低温下析出。可通过不同工艺控制得到要求尺寸的质点，这些质点可以阻再结晶晶粒长大用。 作用表现：1)加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大；2)在轧制过程中抑制再结晶及再结晶粒长大；3)在低温时起到析出强化的作用。 微量元素对奥氏体再结晶的作用是影响奥氏体再结晶的临微量元素对奥氏体再结晶的作用是

2、影响奥氏体再结晶的临界变形量、温度、结晶速度以及晶粒大小。界变形量、温度、结晶速度以及晶粒大小。共31页 第2页2.5.12.5.1微量元素阻止再结晶作用的机理微量元素阻止再结晶作用的机理以铌为例：铌在奥氏体中以以铌为例：铌在奥氏体中以3 3种形态存在：种形态存在：(1)加热时尚末溶到奥氏休中的Nb(C,N)；(2)固溶到奥氏体中的铌；(3)加热时溶解、轧制过程个又由奥氏体中重新析出的Nb(C,N);l 这3种形态哪一种阻止奥氏体再结晶，目前有不同的看法。l 一致认为加热时末溶解到奥氏体中的剩余Nb(C,N)由于颗粒大于1000A，显然不能阻止再结晶的发生与发展。共31页 第3页 再结晶的发生

3、与再结晶的发生与Nb(C,N)析出的先后关系析出的先后关系 在l000以上，再结晶先于铌的析出发生，再结晶达50，才开始析出。900以下时， Nb(C,N)先于再结晶发生前析出，在再结晶是过程中继续析出。 在在1000以上，铌阻止再结晶的原因是由于固溶于奥氏体中以上，铌阻止再结晶的原因是由于固溶于奥氏体中的铌与位错的相互作用阻止晶界迁移推迟了再结晶。的铌与位错的相互作用阻止晶界迁移推迟了再结晶。共31页 第4页在在900以下阻止奥氏体再结晶机理有不同看法：以下阻止奥氏体再结晶机理有不同看法：固溶体在奥氏体中的铌起作用；另有人认为是析出细小的Nb(C,N）质点阻止再结晶的进行；也有人认为共同作用

4、。认为是第二相阻止再结晶发生与发展的依据是：1)在再结晶发生前已经由奥氏体中析出细小的Nb(C,N）化合物。铌钢加热到1200，在900变形等温不同时间后，经10 秒已有50Nb(C,N）化合物析出，再结晶刚开始。当用Nb(C,N）几乎全部析出后，再结晶数量才剧烈增加，这表明Nb(C,N)质点延长了再结晶的孕育期。共31页 第5页2)经电镜观察Nb(C,N) 析出相，其分布特点是近似沿奥奥氏体热加工回复形成亚晶分氏体热加工回复形成亚晶分布，这些质点阻止亚晶界移布，这些质点阻止亚晶界移动，阻止再结晶。动，阻止再结晶。3)当析出质点非常小，细小的Nb(C,N) 钉扎奥氏体亚晶，使亚晶界难以移动，阻

5、止或推迟再结晶的发生。随时间的延长。 Nb(C,N) 质点粗大质点粗大到一定程度，钉札作用减弱。到一定程度，钉札作用减弱。亚晶界容易移动，再结晶发亚晶界容易移动，再结晶发生。生。总之，认为固溶于奥氏体中的铌与奥氏体中的缺陷交互作用，使奥氏体更稳定，再结晶的核心形成难，只有铌从奥氏体中析出后，固溶铌降低再结晶的核心才能发生，再结晶核心增多，再结晶进度加快。共31页 第6页Nb(C,N)析出特点共31页 第7页2.5.22.5.2合金元素对再结晶状态的影响合金元素对再结晶状态的影响 随着铌折出，奥氏体再结晶数量降低。表明铌析出对再结晶阻止作用加大。共31页 第8页 当温度降低到925时。含铌量的增

6、加，使再结晶达到70所需要的时间增加。 当铌量达到0.06时。阻止再结晶作用达到饱和状态。继续增加铌量对延长再结晶时间的作用不明显，也就是900以下发生再结晶就困难了。 在1001000秒、1000以上，铌含量的增加对再结晶的影响不显著，使达到70再结晶所需的时间稍有增加。共31页 第9页2.5.3微合金元素对再结晶临界变形是的影响 铌和钛加入硅锰钢 中，对再结晶开始和终了时间的影响如图共31页 第10页2.5.42.5.4微合金元素对再结晶奥氏体晶粒的大小影响微合金元素对再结晶奥氏体晶粒的大小影响 含铌钢与碳钢相比，当轧制温度和变形量相同时，含铌钢再结晶后的奥氏体晶粒较小共31页 第11页铌

7、钢与不含铌钢在同样条件下再结晶晶粒大小的差异。含铌钢的再结晶晶粒小于不含铌钢的再结晶晶粒。共31页 第12页细化铁素体晶粒由于微量合金元素的加入，一方面阻止奥氏体晶粒长大，另一方面又能阻止奥氏体再结晶的发生，因而细化了铁素体晶粒。铌的细化铁素体晶粒效果最为明显，钛次之，钒最差。而且随含铌量的增加，开始时效果显著，当铌达到0.04以后，随含铌量的增加铁素体晶粒基本不变。含钛量的饱和值为0.06，钒为0.08。共31页 第13页2.5.5影响钢的强韧性能一般晶粒小则强韧性好，沉淀硬化大使强度提高韧性降低。而铌、钒、钛的加入可同时影响这晶粒尺寸 及沉淀硬化两个因素。合金含量、晶粒细化、沉淀硬化、屈服

8、强度和脆性转变温度之间的关系。共31页 第14页(1) 铌：在控制轧制时，产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化。含量小至万分之几就很有效，增大其含量不会引起任何重大改进。(2) 钛：随着含量的增加，由于发生强烈的沉淀强化，因而提高产品的强度，但是晶粒细化却是中等的。和等级相同的铌钢相比，钛钢的热轧或退火产品的抗脆性能力较低。对于厚规格的常化板，钛和镍结合是最有利的。 如果加入钛的百分比足够高，它对于控制硫化物的形状是有利的。因此高强度钛钢的冷成型性好，而且纵向、横向和厚度方向性能均匀一致。(3) 钒：产生中等程度的沉淀强化和比较弱的晶粒细化，而且是与它的重要百分含量成比例的。氮加强了钒的效果。可

9、用钒的沉淀强化和铌的晶粒细化结合使用。共31页 第15页微量元素对变形抗力的影响 控制轧制利用铌、钒、钛等微量元素获得细小铁素体晶粒和析出强化效果。 微量元素的添加也对变形抗力产生很大的影响。共31页 第16页 奥氏体变形应力增加的原因： 一方面是由于固溶于奥氏体中微量元素的作用， 另一方面是由于在1I00下的形变诱导析出的和在变形温度下析出的Nb(C、N)、Ti(c、N)抑制了奥氏体的再结晶，而钒在该温度下析出量很少，因此对变形应力的影响小。n表明随着微量元素添加量的增加，变形应力增大n可以预见到加热温度的降低就减少了固溶的铌量和钛量，从而降低了应力升高的倾向。共31页 第17页合金元素对多

10、道次变形对变形抗力的影响共31页 第18页2.6轧制工艺参数与奥氏体再结晶晶粒大小和数量的关系 掌握热轧轧制工艺参数对奥氏体再结晶晶粒大小和数量的影响。 轧制工艺参数:加热温度与保温时间、轧制温度、变形制度、道次间隙时间、冷却方式。 讲授与讨论完成共31页 第19页2.7获得细铁素体晶粒的一般途径控制轧制三阶段 促使铁素体细化是达到最佳综合性能的最有效的办法。 细化铁素体晶粒基本上有两个途径，一种是细化奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒，然后通过相变得到细小的铁素体晶粒，另一种是直接细化铁素直接细化铁素休晶粒。休晶粒。 细化奥氏体晶粒基本，从两方面着手：一方面是细化原始奥氏体晶粒，即从加热温度、加热时间

11、及加入微量元素入手；另一方面是采用形变再结晶的方法。加入微量元素能提高晶粒开始长大的温度，其措施是在奥氏体组织中嵌入细的析出物，从而抑制奥氏体晶粗长大。 微合金化因素铌、钒、钛通过它们的碳化物、氮化物及碳氮化物均能对细化奥氏体产生不同程度的影响。为抑制在轧制前的加热过程这类析出物的再溶解，应尽可能降低加热温度。 一般据其细化铁素体晶粒的机理不同，将控制轧制分为三个阶段：共31页 第20页再结晶区轧制: 在奥氏体再结晶温度以上的温度范围（950）内进行轧制,使再结晶和变形交替进行，以细化奥氏体晶粒。细化的奥氏体变成的铁素体。 未再结晶区轧制:在奥氏体再结晶开始温度到Ar3以上进行轧制，其目的是使

12、奥氏体晶粒拉长，同时在晶内形成大量变形带，增加奥氏体向铁素体转变时的晶核生成能，获得极其细小的铁素体晶粒，并在钢中形成铌的碳化物和氮化物，以抑制再结晶。 ()两相区轧制:在奥氏体和铁素体两相区温度范围内(Ar3以下)进行轧制时,伴随着加工硬化和珠光体析出的硬化而提高了钢的强度，降低韧性脆性转变温度。但是由于产生了织构，板厚方向的强度和冲击韧性都降低了。 三个阶段组成:在高温下的再结晶区变形;在紧靠Ar_3以上的低温无再结晶区变形;在奥氏体-铁素体两相区变形。要强调的是,无再结晶区变形的重要性在于,奥氏体中产生变形带而把奥氏体晶粒划分为好几部分。 共31页 第21页q第一阶段：再结晶区轧制 通过

13、形变再结晶反复交错进行使晶粒细化（包括动态、静态再结晶）。 在实际生产中，特别是在中厚板生产中产生动态再结晶的可能性小，主要发生静态再结晶。 静态再结晶后奥氏体晶粒大小主要取决于变形量，而变形温度的影响较小，压下率在50以上时，细化效果就变小，压下率达到70时，晶粒直径收敛于20m。 在实际生产中要保证每道都发生完全的静态再结晶是困难的，因而实际往往在部分再结晶区轧制的情况。共31页 第22页 实践证明：在部分再结晶区的足够的道次变形最终能获得均约的全部再结晶的组织，或者是混有部分有较大变形的未再结晶组织。要避免采用会产生巨晶粒的临界变形量(压下率8）。在变形中出现巨晶粒，在以后的多道次轧制中

14、也难以完全消除其影响。 当压下率10，生成巨晶粒的几率就减少了。 如果在奥氏体再结晶区终轧，转变后的铁素体晶粒尺寸取决于转变前的奥氏体尺寸及化学成分。奥氏体再结晶区终轧后所得到的铁素体晶粒尺寸最小只能达到89级 共31页 第23页q第二阶段：未再结晶区轧制 奥氏体变形再结晶产生是有一定条件的。(温度、变形控制)。 必须大于临界变形量才能产生再结晶过程。再结晶也有一定温度范围，在一定温度以下、变形量再大也不能产生再结晶，一般此温度以下至相变点这一区域；为奥氏体的未再结晶区。共31页 第24页 在此区中轧制时，奥氏体晶粒沿轧制方向伸长，晶界面积增加，铁素体形核密度增加。变形晶粒内导入大量的变形带，

15、奥氏体向铁素体转变时的成核点增多，变形带起到了奥氏体晶界同等的作用。 实质上是变形带分割了奥氏体晶粒。因而增加了奥氏体的晶界面积，促使铁素体相变成核点的增加 变形带作用是主要的，奥氏体晶粒伸长的作用是次要的。共31页 第25页 有效晶界面积是奥氏体的晶界面积和变形带之和。铁素体直径随有效晶界面积的增加而减少。与再结晶区轧制相比，末再结晶区轧制相变后的铁素体直径要小。共31页 第26页q第三阶段：在()两相区轧制 在奥氏体再结晶区轧制及末再结晶区轧制都是以细化铁素体晶粒为目的的. 目前控制轧，发展到在奥氏体及铁素体两相区个进行变形，这称为控制轧制的第三阶段。 两相区轧制不仅对未再结晶奥氏体继续进

16、行加工，而且对铁素体进行加工，产生了加工硬化、析出强化和亚结构，因此可以获得很高的强度；两相区轧制产生了织构，使钢板在厚度方向强度降低；共31页 第27页 形变诱导的析出物的产生使得轧制方向上吸收能降低； 两相区所采用的工艺制度对性能有很大的影响，在两相区中变形温度高低及变形量大小不同，其所得性能不同。 提高双相区的变形量，韧性就显著提高，这是因为组织上亚晶发达。但对强度的提高则不同，只是在压下量1020时屈服强度急剧增高。继续增加压下量时，强度变化不大。温度越低，则强度越高。共31页 第28页 实际控制轧制工艺是这三个阶段的合理组合。 充分发挥铁素体晶粒细化的实际效果，钢材合碳量必须很低，随着含碳是的提高，细化铁素体晶粒效果就减小，而珠光体的增多却降低低温韧性。 采用控制轧制工艺时，钢的含碳量最高为0.15，多数钢种合碳量低0.1。 为获得更高强度的钢材而采用的高温形变淬火工艺，它所得的组织是奥氏体的低温转变产物(马氏体)或中温转变产物(粒状贝氏体)，其含碳量当然会超过上述界限。共31页 第29页共31页 第30页共31页 第31页本章问题 1.微合金元素从加热、轧制到相变后的各个阶段中其析出物的特点、质点大小和其对奥氏体动、静态再结晶有何影响? 2.为何微合金化钢只有采用控制轧制工艺才能获得良好的力学