材料成型金属学8 -2金属组织性能控制.ppt

1、,Chap.8 金属组织性能控制 Microstructure and mechanical property control 8.2 控制轧制及强韧性能的控制,TMCPThermo Mechanical Controlled Processing,Contorolled Rolling (CR),Accelerated Cooling (AcC),首钢3500轧机,攀钢1450控制冷却系统,中宽带钢轧机控制冷却系统,Application of TMCP steels,米约大桥,New York (911 Memorial),Thermo mechanical treatment形变热处理,

2、Before world war0.4C%1.5Mn%350-400MPa toughness韧性 weldability 焊接性 C DBTT 0.030.08%C1.5%Mn Nb,Ti,V(0.1 )450500MPa grain refining element high strength low alloy steels (HSLA)低合金高强度钢,控轧控冷技术 (controlled rolling and controlled cooling technique),控制控冷工艺示意图,TMCP,I.Kozasu:Materials Science and Technology,v

3、ol.7 Constitution and Properties of Steels Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.,Metallurgical aspects of TMCP,I.Kozasu:Materials Science and Technology,vol.7 Constitution and Properties of Steels Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.,（1）再结晶区轧制（950） 轧制过程中动态再结晶 相晶粒细化 控制轧制的准备阶段,（2）未再结晶区轧制（950Ar3） 晶粒伸长饼形

4、晶粒 大量变形带 目的：促进/相变形核位置,（3）(+)双相区轧制(Ar3) 未相变的 晶粒更加伸长变形带 晶粒中形成亚结构 包含晶粒和亚晶粒（混合组织） （4）控制冷却 水：“廉价合金元素”,Microstructure of TMCP steel,20m,5m,Conventional rolling,TMCP,控制轧制的应用,结构钢 弹簧钢 工具钢 不锈钢 超纯高铬铁素体不锈钢 热轧、冷轧和热处理工艺参数的选择对铁素体不锈钢的力学性能、成形性及耐腐蚀性能的影响。 奥氏体耐热钢,工艺参数,加热温度 轧制温度 变形程度 变形速度 间隙时间 冷却开始温度 冷却速度,强韧性能,屈服强度 抗拉强度

5、 延伸率 冲击韧性,s = lh + sh + ph + dh + kyd-1/2,lh ：晶格硬化； sh：固溶硬化； ph：析出硬化； dh：位错硬化.,加法法则,s =0+ kyd-1/2(1-fs)+ ksds-1/2 fs fs：亚晶粒占的体积率； ky：仅由大角晶粒构成时s 与晶粒直径相关的系数； ks：全部由亚晶粒构成时s 与亚晶粒相关的系数； ds：亚晶粒直径。,影响强韧性的因素,（1）晶粒尺寸 屈服极限 脆性转变温度,（2） 珠光体的数量、大小及分布,韧脆转变温度vT rs=43-37(Mn)-6.2d-1/2 +1.5(珠光体),s =fi+ fpp+ f kd-1/2,f

6、、fp：分别为铁素体、珠光体的体积分数，f fp 1； i、 p：分别为完全铁素体、完全珠光体的内摩擦应力。,教材P191 图8-12： 晶粒度和珠光体含量韧脆转变温度,强韧性能的定量关系式,强韧化机制,固溶强化,细晶强化,贝氏体强化,晶粒尺寸,贝氏体,相关系数R=0.92,屈服强度的计算值与实测值的比较,() 微合金元素的作用microalloying elements. Nb,Ti, V 总含量0.1% 碳化物 氮化物碳氮化物 高温溶解/低温析出,作用: 加热时阻碍原始晶粒长大; 轧制过程中抑制再结晶/晶粒长大; 低温时起到析出强化的作用。 应变诱导析出 strain induced pr

7、ecipitation,轧制工艺参数的控制,含Nb微合金钢(B510L),实验用钢取自宝钢B510L 原料尺寸HBL40 x50 x90 mm,B510L钢力学性能要求：上屈服点355MPa ，抗拉强度为510610MPa，延伸率24%。 普通QstE500技术要求：上屈服点500MPa，抗拉强度550700MPa，延伸率为17%。,通过TMCP工艺使B510L的各项性能达到或超过QstE500钢，则可称为其替代产品，节约合金元素的用量。,加热温度的影响,Mechanical properties of the steel (Coiling temperature 550-600 C),Mic

8、rostructures of the experimental steel (FRT=780C) (a) sample 1(1100C); (b) sample 2 (1200C),终轧温度的影响,Mechanical properties after TMCP (RT=1200C),(b),Microstructure of the steel at different FRT (a) sample 3 (825C); (b) sample 4 (800C),(d)位错及析出物;(e)贝氏体形貌;(f)铁素体晶粒,(a)亚晶;(b)铁素体再结晶晶粒;(c)位错及析出物,带钢的TEM照片,铁

9、素体： DIFT/DRX Fast cooling,强化机制： 细晶、固溶、析出、亚晶,超快冷(ultra fast cooling, UFC),通过轧后控制冷却改善轧件性能有效途径 存在问题：冷却能力不足 新钢种：SS， TRIP，DP 对加速冷却系统提出新的要求 比利时：超快冷(ultra fast cooling, UFC),UFC的原理,新型冷却装置的要点：减小每个出水口的孔径，加密出水口，增加水的压力，保证小流量的水流也能有足够的能量和冲击力，能够大面积地击破汽膜。,UFC在轧线上的位置,UFC用于高附加值产品开发,UFC的优点： 减少冷却长度，更好地控制卷取温度。 减少合金元素，降低成本，可减少炼钢厂生产的钢号数量