组织性能控制6

1、6.金属的热变形机制：当钢在高温下变形时，会同时出现两个相反的过程：硬化(加工硬化)和软化(回复和再结晶)。从能量的角度来看，变形金属的内能增加，结构缺陷增加。它处于一种不稳定的状态，并且倾向于自发地返回到它的原始状态。在室温下，原子扩散能力低，并且这种亚稳态可以保持。一旦加热，原子扩散能力增加。6.1钢在热变形和热加工软化过程中的组织和性能变化，6.1钢的硬化和软化行为可分为： 1)动态回复；2)动态再结晶；3)亚动态重结晶；4)静态重结晶；5)静态恢复。动力：发生在外力作用下的变形过程中。当热变形停止或中断时，静态：借助热变形的废热在空载作用下发生。动态回复是指在热变形过程中，在光学显微组

2、织改变之前(即再结晶晶粒形成之前)，钢的某些亚结构和性能的变化过程。它发生在较高温度下的变形过程中，位错对通过热激活而急剧正则化，从而形成亚晶和合并亚晶。动态再结晶是指在高于再结晶温度的变形过程中，随着变形产生的储存能量的释放，新的未变形等轴晶的形成和生长过程。亚动态再结晶：中的动态再结晶奥氏体可以在没有任何孕育期的情况下继续生长和通过。在静态再结晶：中，只有具有动态回复的变形奥氏体在变形后一定时间(通过间隔时间)后再成核并生长。热变形过程中的变形应力和微观组织特征随着应变的增加而变化。应力-应变曲线显示：回复变形：在变形早期，应力迅速上升，位错密度增加，亚晶迅速发展，晶粒拉伸。当变形达到一定

3、程度时，回复过程可以完全平衡应变硬化过程，曲线表现为应力不随应变增加而变化的稳态流变，位错密度保持不变，即位错的扩展速率和消失速率相等。晶粒继续拉长，恢复形成的亚晶是等轴的。在再结晶变形中，只有当应变小于临界应变时才会发生回复。在高温高应变率条件下，应力随应变增大，然后随应变减小，直至达到峰值，最后达到稳态。在低应变率下，相应稳定阶段的曲线呈波浪形变化，这是由反复的动态再结晶-变形-动态再结晶，即交替软化-硬化-软化引起的。动态回复时的应力-应变曲线特征、动态再结晶时的应力-应变曲线特征、奥氏体热加工时的真应力、真应力、真应力、真应力曲线和材料微观结构变化示意图。变形过程中微观组织随应变的增加

4、而变化的过程为：加工硬化零件变形初期的再结晶阶段均为再结晶阶段，变形条件为：11002.5min，冷却至850。B-变形30%；C-变形45%；D-变形60%；随着温度的降低和应变速率的增加，材料的微观结构发生不同程度的变化，相应的应力-应变曲线为动态回复多峰的：非峰值平台的不连续动态再结晶、无峰值的动态再结晶和动态回复变形诱导的相变，并呈上升趋势。不同的变形温度和奥氏体显微组织，变形条件：11002.5分钟，冷却至变形温度10 /s，变形60%，应变速率15s-1，变形后立即水淬，苦味酸腐蚀a-变形温度1050；B-变形温度900，不同变形温度下的应力-应变曲线，变形条件：11002.5分钟

5、，冷却至变形温度10/s，变形60%，变形速率0.1s-1，变形后立即水淬，不同变形速率下的应力-应变曲线，变形条件336011002.5分钟，变形后立即冷却至水淬10/s，不同应变速率下950下奥氏体微观组织形态，变形条件：11002.5分钟B-应变率5s-1；C-应变率10s-1；d应变率为30s-1。随着温度的降低和应变速率的增加，变形奥氏体只能动态回复，而不能动态再结晶。普碳钢Q235的压缩变形产生动态再结晶、局部动态再结晶和未再结晶时的温度-应变率关系图：的动态再结晶。没有再结晶，加热温度低，变形时原始奥氏体晶粒尺寸小，动态再结晶所需的变形相对较小，孕育期短，动态再结晶相对容易发生。

6、不同加热条件和相同变形条件下的应力-应变曲线的变形温度为900，应变率为0.11s-1，6.2。钢热变形后的静态软化过程，变形奥氏体的再结晶(静态)，未结晶区-未结晶区示意图；-部分再结晶区；在完全再结晶区，临界再结晶温度和临界非再结晶温度随应变速率的增加而增加，临界再结晶变形随变形温度的降低而增加，这符合动态再结晶规律。获得了碳钢Q235的静态再结晶和非再结晶曲线(应变率0.1s-1和0.5s-1)，静态再结晶软化率xs由两次压缩实验确定，xs=(m-1) 0为第一次变形的屈服应力。一般认为，再结晶在Xs=0.150.2时开始，在Xs=0.9时完成。16MnNbR道次的软化率与道次间隔时间的

7、关系，16MnNbR道次的软化率与变形量的关系，当应变率增加到一定的临界值时，可以完全防止奥氏体再结晶，变形条件为轧制速度的提高、应变率的提高和道次间隔时间的缩短。普通碳钢235变形奥氏体的再结晶图(850变形后水淬1s)-再结晶区；-部分再结晶区；-未结晶区。3变形诱导铁素体转变变形诱导(增强)铁素体转变dift (deft)，通过晶粒细化工艺如未结晶控制轧制、再结晶控制轧制和控制冷却获得的碳钢和微合金钢的最小平均铁素体晶粒尺寸分别为10m和45 m，屈服强度分别为200-300兆帕和400-500兆帕。碳钢和微合金钢的铁素体晶粒度已细化至3m及以下这是该技术相对于其他颗粒超细方法的最大优势

8、，因此具有良好的应用前景。变形诱导铁素体相变与传统TMCP的关系，变形诱导铁素体相变：在低碳钢中生产超细铁素体的技术，也称应变诱导铁素体相变(sift)和应变增强铁素体相变(应变增强铁素体相变，SIFT)三个关键因素：大过冷度、大应变、轧制温度略高于Ar3。由于奥氏体的动态回复未能抵消热加工过程中高应变率引起的位错增量积累，它在很短的时间内(毫秒级)达到临界状态，并转变为铁素体以消除大量位错。随着连续变形，奥氏体向铁素体的转变连续发生。短时间后，应力-应变曲线出现峰值，应力降低。随着应变的增加，铁素体含量不断增加，曲线趋于不断减小。变形过程中铁素体和奥氏体的显微组织，变形条件为：9004s，冷

9、却至8505/s，变形量(A，B:55%；c，d: 76%)，应变率16s-1，变形后立即水淬。a、b: 2%硝酸酒精腐蚀；c，d:苦味酸腐蚀)a-铁氧体；硼奥氏体；碳铁氧体；D-奥氏体，应力-应变曲线和未变形的显微组织，变形条件：a: 9004s，5/s冷却至850，变形(55%，76%)，应变速率16s-1，B: 9004s，5/s冷却至850 0 0.5，水淬，2%硝酸醇腐蚀B- 850具有未变形的显微组织，变形诱导铁素体转变是一个动态相变过程。相变发生在变形过程中，并且几乎是同步的。形变诱导铁素体相变的前提是奥氏体中存在形变储能，其微观结构表现为高位错密度的形变奥氏体。一般认为，在Ae

10、3Ar3温度范围(临界奥氏体控制轧制)的大变形过程中会发生铁素体转变。Ae3是钢的临界点。09CuTiRENb钢在1053K和15s-1不同应变下变形后的淬火光学显微组织为a-=0.16。b-=0.36；c-=0.69；D-=1.20，其特征在于变形诱导的铁素体转变。在小应变和大应变范围内，形变诱导铁素体相变的转变速率较慢，而在中等应变范围内，转变速率最快。变形诱发铁素体相变有三个阶段，即相变的初期、中期和后期；在转变的初始阶段，成核发生在晶界处，由于晶界数量有限，成核速率相对较低。在转变的中间阶段，晶界被消耗，成核开始扩散到晶界的两侧，并且在晶粒中形成大量变形区，这些变形区成为成核位置，导致

11、高成核率和高转变率。在相变后期，由于变形温度下铁素体平衡量的限制，形核位置减少，形核速率和相变速率降低。通过实验室热模拟实验、轧制实验和现场工业试验，在研究轧制过程中组织演变和控制理论的基础上，确定了轧制工艺参数对400兆帕超级钢组织性能和生产工艺的影响规律。在工业生产条件下，以不锈钢400为基本成分的铁素体晶粒尺寸约为4毫米，屈服强度为400兆帕，在世界上尚属首次。目前，累计生产了3600吨400兆帕级超级钢，产品已在一汽集团公司和惠南车架厂推广应用。每吨可降低成本360元，可产生巨大的经济效益，具有广阔的应用前景。超级钢汽车大梁和先进的500万帕碳钢工业制造技术是“十五”国家高技术研发计划

12、的重点课题之一。我们实验室是项目负责单位，刘向华教授是项目负责人。基于“973”ma提出并确认的创新理念自2001年项目启动以来，500万帕级碳钢的实验室研究和“973”原钢向工业钢的转化已全面展开。根据热轧带钢、中厚板和线材的生产工艺特点，以及不同厂家的轧制设备，进行了匹配工艺试验和组织性能优化，确定了500兆帕级碳钢的成分体系和相应的生产工艺。对500兆帕超级钢的力学行为进行了分析研究，初步确定了显微组织与综合性能的关系。宝钢、本钢、首钢已进行了500万吨级超级钢热轧带的工业试生产，推广应用产量达到5000吨。该项目进展良好，被863高性能结构材料技术主题列为863重点项目。与本钢股份有限

13、公司合作，开展了以不锈钢400为基本成分的500兆帕超级钢的实验室研究工作，确定了500兆帕超级钢的化学成分。通过热模拟实验和实验室轧制实验，研究了开轧温度、终轧温度、压下率分布和道次间冷却等工艺参数对组织和性能的影响，研究了锰含量对轧制过程中再结晶规律和冷却过程中相变规律的影响，以及微量铌的析出行为及其对组织和性能的影响。结果表明，适当增加锰含量可以扩大奥氏体非再结晶区的范围，从而可以适当提高精轧的起始温度；极少量的铌可以使钢在较低的变形温度下分散析出碳氮化合物，这也起到细化铁素体晶粒和提高强度的作用。在此基础上，500兆帕超级钢的生产工艺已经进行了两轮工业试验。产品屈服强度大于600兆帕，

14、稳定在500兆帕以上，拉伸强度大于700兆帕，稳定在650兆帕以上，延伸率和冲击韧性良好。以宝钢为研究对象，开展了500兆帕超级钢的研究工作。在Gleeble1500热模拟机上研究了变形工艺参数对微观组织演变的影响。进行了三次实验室轧制实验，屈服强度、拉伸强度和延伸率分别达到550兆帕、650兆帕和25%。轧制工艺已初步确定，准备进入工业试验阶段。锦州车架厂和惠南车架厂是为推广应用500兆帕超级钢而开发的两个用户。7月份，锦州车架厂生产了42.6吨规格为3.0毫米的500兆帕超级钢，用于压制长城皮卡纵梁。性能很好，顾客也很满意。9月，与吉林惠南框架厂签订了新产品试制协议。首批400兆帕级350吨和500兆帕级220吨超级钢(4.0、5.0、6.0规格)用于汽车底盘加强梁，用户使用良好。超级钢板的开发和应用，中厚板轧制的特点是多道次往复可逆轧制，道次间的间隔比热连轧长。轧后冷却辊道速度可调，不受卷取速度限制。控制轧制和冷却比热连轧更灵活。产品的厚度通常大于热连轧的厚度，因此需要更多的瞬时水来控制冷却，并且难以在厚度方向获得均匀的冷却速度。根据板材生产的这些特点，首钢板材厂进行了超级钢板轧制的工业试验。实心钢种选用Q235B，产品厚度规格为12毫米。系统研究了轧制温度、压下量分布、加热厚度、道次间冷却和轧后冷却对中厚板组织和性能的影响。在首钢中板厂现有的轧机条