CSP低碳钢奥氏体连续冷却转变及冷变形特性研究.aspx_图文

1、武汉科技大学硕士学位论文CSP低碳钢奥氏体连续冷却转变及冷变形特性研究姓名：余汉松申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：余驰斌20070518武汉科技大学硕士学位论文第页摘要本文主要针对邯钢“冷轧”工艺生产冲压用低碳钢热轧后的连续冷却转变曲线和冷变形后力学性能进行研究。主要研究内容包括：（）对热变形后动态连续冷却转变曲线（曲线）进行测定，分析不同工艺参数对曲线的影响；（）通过对实验显微组织的检测，分析控冷工艺参数与组织的关系；（）研究冷变形工艺参数对其力学性能和组织的影响。连续冷却转变（）曲线的建立采用膨胀法，利用腿热模拟机进行变形一冷却实验，测量出试样的温度膨胀量变化曲线，根据曲线上

2、的特征点来确定奥氏体的各种相变点，确定了该钢种的动态连续冷却转变曲线。在光学显微镜下观察试样的显微组织，测定不同冷却速度下的试样的组织及晶粒尺寸，并对工艺参数与组织之间的关系进行了探讨。在二辊轧机上对热轧成品进行了不同变形程度的冷变形，利用拉伸实验对冷变形后的力学性能进行了测定，并结合金相实验对不同冷变形情况下显微组织进行了分析。研究结果为邯钢冲压用低碳钢生产工艺的控制提供了有价值的理论参考依据。关键词：曲线组织冷变形力学性能第页武汉科技大学硕士学位论文“”：（）；佗）眦（）（）峨，（），：武汉科技大学硕士学位论文第一章引言第页课题来源“低碳钢奥氏体连续冷却转变及冷变形特性研究”课题是结合邯钢

3、生产线“一冷轧”工艺生产冲压用热轧钢板（）的实际情况需要立定的研究课题。叻钢热轧后冷却过程的不同冷却速度对相变的影响和冷变形后力学性能及组织的研究是该课题的主要研究内容之。研究工作包括现场采样，实测数据收集，实验室试验，实验结果整理及影响因素分析等。研究意义随着生产工艺的不断进步，对钢材的质量要求也越来越高，不仅要求有很好的表面质量，对钢材的组织力学性能更是提出了更高的要求。优化冷却工艺，研究轧后连续冷却过程中组织演变进而在轧后冷却过程中控制板带的组织与力学性能可以有效的提高钢材质。板带在轧后连续冷却时，内部将发生一系列的相交过程，组织发生一系列重要而复杂的变化，这些变化主要取决于板带的冷却速

4、度和冷却工艺，这些过程决定了板带的显微组织特性，从而决定其力学性能。因此，探索板带在轧后的连续的冷却过程中奥氏体相变，建立冷却工艺与室温组织和力学性能之间的关系具有十分重要的意义。同时，热轧板带生产出来后，很大部分将用于冷轧深加工，比如生产镀锌板，彩涂板，经冲压成型的汽车薄板，还有机电工业的重要材料硅钢，这就又对板带的性能提出了更高的要求，要求有更好的表面质量和光洁度，更高的塑性应变比，以及占优势的有利织构，这样才能更好的满足用户的需求。所以，探索用于冷轧的成品板带的冷交形特性，对于稳定钢的力学性能以适应进一步加工的要求，也是非常重要的。册表示的是表示冲压用热轧钢板及钢带（为钢的缩写，为板的缩

5、写，为热的缩写，商业哪的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带），可用来做冷轧基板，产品主要主要适用于制造各种冲压件、钢管及其他金属制品。目前邯钢生产的供冷轧用钢过程中反映出的主要问题是：工艺参数的波动对轧后带钢的组织及力学性能产生影响较大，特别是轧后冷却控制更为敏感，由于轧制过程中工艺参数相互制约及与组织性能之问关系的复杂性，给稳定最终产品组织及机械性能带来困难。为此，对该钢种轧后冷却过程组织演变规律进行研究，并对其冷变形特征进行探讨，稳定钢的组织及力学性能是必要的。第页武汉科技大学硕士学位论文第二章文献综述国内外发展现状及邯钢生产线简介国内外控冷发展现状在开发轧制工艺时，人们致力于降低终轧温度

6、。在热轧带钢时，热轧工艺保持不变，仅采用较低的卷曲温度，可消除或减小板卷头部、中部和尾部的强度差。钢的连续冷却转变（）曲线为选择合适的冷却速度和带钢卷曲温度提供了第一手参考数据，说明轧后冷却速度和卷曲温度对带钢组织和性能有直接影响，因而引起人们对控制冷却的重视。水幕冷却是一种常用的冷却方式英国钢铁公司塔尔伯特港宽热带轧机采用水幕冷却装置。在输出辊道上总共安装六个水幕，分成上下三队，分别安装在三处，每对水幕间距，上部水幕距辊道面，下部水幕集管出水口距辊道上表面。该装置用，可调水量情况下，水幕具有足够的冷却速度和冷却能力。该轧机原来的轧后冷却系统是采用型管层流冷却系统，在长的水冷区有根上部集管，每

7、根集管上的型管直径为哪。经验表明：水幕冷却能力大，水幕集管间距大，有足够空间，比较容易清楚因事故而造成的废钢带。水幕集管的部件少，抗堵塞能力强，冷却区所占长度短。虽然水幕冷却具有很强的冷却能力，但是据克卤伯公司的实验结果表明，水幕冷却的均匀性不及层流冷却。年“层流”冷却系统首先被英国钢铁研究协会开发，并且英语在布林斯沃思市的咖热轧窄带钢车间。年月在美国克利弗兰市琼斯劳林钢铁公司舢热轧宽带钢轧机上，采用层流冷却系统进行轧后控制冷却，将实验室试验结果应用到宽带生产，使之成为工艺的现实。由于层流冷却有很强的冷却能力。所以该方法一般在要求强冷时使用。目前钢板生产中采用管层流和板层流两种。美国克里弗兰钢

8、铁厂哪宽热带连轧机在输出辊道上装有一能力很强的层流冷却控制系统。下部采用喷射冷却，能使板厚达的热轧带钢以左右的速度进行冷却。美国匹兹堡钢铁厂的姗热连轧带钢轧机上安装了一个层流冷却控制系统。这台轧机既能热轧带钢卷，也能热轧钢板。采用这两种控制冷却系统，可以使钢板卷和钢扳从的终轧温度快速降到。通过改变层流冷却装置的组数和输出辊道的速度就可以得到所要求的温度。冷却速度使钢板厚度及水温的函数，卷取之后，板卷内侧的冷却速度大约为每小时，而钢板则按其厚度的不同，轧后控制冷却的冷却速度变化在。钢铁生产主要冷却方式有，高压水冷却，水幕冷却，层流冷却，雾化冷却等。目前世界各国带钢生产中采用的轧后控制冷却系统中，

9、以层流冷却系统最为普遍，也有多种配合使用。六十年代初，我国在轧后冷却控制的研究方面开始起步，七十年代后期丌始迅速发展起来，对控制冷却工艺及其有关理论进行了系统的研究。“六五”和“七五”期脚，控制武汉科技大学硕士学位论文第页轧制控制冷却被作为国家科委和冶金部的重点科技攻关项目之一。高等院校，工厂和科研单位相结合，组织大批科研，技术力量，在控制冷却工艺的开发和应用实践等方面取得了巨大的成果，在某些方面已经接近或达到国际水平。在这一期间，许多科研机构建立了研究控制冷却的实验室，通过一系列的实验，为开展控制冷却基本理论研究和开发新工艺打下稳固基础，为研制新品种创造了有利的条件。同时为有关轧钢厂提供了大

10、量控制轧制和控制冷却的试验数据，推动了控制冷却工艺的应用。武汉钢铁公司、鞍山钢铁公司等大型钢铁企业均采用先进了的控制冷却工艺生产出许多新型的钢材，开发了新品种，满足了市场的需要，填补了国内钢材的部分空白。现在，以宝钢，武钢，鞍钢为代表的我国大型钢铁企业在钢铁生产中，在板带轧后控制冷却中均采用了较为先进的冷却方式，对提高产品质量，获得良好的板带性能起到了积极的作用。邯钢生产线简介年月日，邯钢与德国西马克（）、西门子（）和洛伊（）三家公司组成的西马克财团正式签订引进薄板坯连铸连轧生产线的合同。同年月日，薄板坯连铸连轧工程正式开工奠基，年月日成功的生产出第一个热轧带卷，年月日签署了验收书，该条生产线

11、转入正常生产。这条生产线有别于西马克在世界各地投产的条生产线的绝大多数之外，在于它是和传统长流程中的高炉一转炉两工序相接（仅与德国蒂森。美国阿梅克生产线相同），同时它还创造了西马克公司在全世界已投产的生产线中建设工期最短、投资最省、达产速度最快、漏钢率最低四个第一。目前邯钢正在进行二期工程建设，年底实现一、二期总体设计规模万的生产能力，以最低的成本达到高的规模效益。图邯郸工艺流程图工艺流程：钢水罐一钢水罐回转台一中间罐一结晶器一扇形段一铸坯顶弯装置一弧形导向装置一拉坯矫直机一摆式剪分段（开浇时切头）一辊底式炉加热、均热一高压水除鳞一粗轧机轧制（道）一辊底式炉保温一高压水除鳞一精轧机组轧制一层流

12、冷却一地下卷取机卷取一检查、取样一称重、打捆、打印一入库堆放冷却、待发邯钢生产线工艺流程见图。该流程包括：第页武汉科技大学硕士学位论文（）高炉供应铁水，冶炼喷吹煤粉达，铁水低磷，低硫：（）的顶吹氧气转炉在三吹二生产条件下，可为生产线提供优质钢水；（）钢水经炉精炼处理，以确保钢水质量；（）生产线分两期建设，一期达万的生产能力。邯钢生产线的技术创新点在于：（）前接高炉一转炉工序，实践证明可充分满足铸机对钢水温度、成分、纯度及浇铸的工艺要求，而且避免了前接电路炼钢工序废钢价高、电价高造成成本过高的不利因素。（）采用漏斗型结晶器，出口铸坯厚度为哪，大于传统工艺咖的规格。提高了铸坯压缩比，充分发挥轧机生

13、产能力，可比轧制唧铸坯增大的产量，与此同时，还扩大了产品规格，改善了带卷质量。（）增设了液芯压下技术，有助于提高铸坯质量。（）在精轧机组前增设了一架不可逆粗轧机，在不更换结晶器的条件下，可灵活调节进入精轧机组的带坯厚度，改善了精轧机组的轧制条件，使生产组织更加灵活；通过粗轧液压弯辊、等提前对带坯的凸度，楔型进行控制，有利于生产薄规格、公差小和板形齐整的带卷。（）在粗轧机后增设了号均热炉、在精轧机前增设高压水除鳞装置，提高了进入精轧机的铸坯尺寸精度和产品最终表面质量。（）自动化控制机系统中的技术创新。邯钢生产线布置及有关参数见图图邯钢生产线布置及有关参数针对调试过程中暴露出来的影响生产的诸多问题

14、，依靠该厂技术力量，进行了多项改进：（）开发了动态二次冷却模型。连铸机生产的板坯质量在很大程度上取决于二次冷 却系统，原设计的连铸机用的是比水量控制法，影响板坯表面质量。因此，在原有的武汉科技大学硕士学位论文二次冷水控制模型上开发一个新的动态二次冷却模型，以保证生产无缺陷铸坯。第页（）开发了子程序模块，解决了卷取机经常出现松卷堆钢和夹送辊压力失调堆钢事故，得到西门予专家的认同与肯定。（）追加设计的数字滤波软件，解决了由于活套经常振动，造成与之间卡钢，严重制约生产节奏和优化调试工作的难题。（）优化算法设定值，解决了薄规格轧制经常出现轧机速度及张力失调所导致的堆钢、卡钢事故。邯钢二期工程中采用的新

15、技术有：（）新建号连铸机出口尺寸由咖增至，希望通过增加铸坯厚度，扩大液面面积，提高化渣能力，以利于改善铸坯表面质量和内在质量。为此，需在扇形段增设第三代的动态液芯压下技术，使铸坯减薄至眦，保证原有轧机的咬入。（）采用结晶器电磁制动，有效的控制铸流在结晶器内的分布，减少卷渣和页面波动及边缘冲刷，降低漏钢率，延长结晶器寿命。（）结晶器采用涡流液面检测技术，精确度高，测量范围大，液面控制可靠。（）增加第机架（）精轧机架，成品尺寸可达的薄规格。热轧带卷经平整机和酸洗后可代替部分冷轧产品或直接热镀锌代替部分冷轧热镀锌产品，扩大了产品的范围。（）精轧机采用技术，提高板形控制能力和轧辊使用周期。（）精轧机组

16、全部采用辊缝润滑技术，可降低轧制力，有利于大压下轧制，提高工作辊寿命，减轻轧机振动，改善带卷表面质量。（）在机架出口处增设了压带风机，当轧制薄规格产品时，可防止带钢头部在出后行进在输出辊道上的飘动，确保运送稳定性。此外，还采用了张力辊、张力差辊、边部遮挡等项技术。邯钢的生产线从试生产到年月共开发出多个品种系列余个牌号的热轧板卷万，当二期工程完成后实现年产万的产量后，其余约的热轧板卷可直接作为中间产品供给新建成的酸洗镀锌和冷轧生产线，其余的热轧带卷供应市场。邯钢生产线在年月开发成功了花纹板，填补了工艺生产花纹板的空白，已生产各种规格花纹板万多。已生产、（）等，集装箱用板，汽车大梁和结构用钢，焊瓶

17、钢板、深冲冷成形用热轧板卷等，并于年酸洗镀锌板投产后，批量生产为热镀锌提供原料的品种，进一步开拓品种市场。邯钢生产线有待解决的问题有：（）生产线产品品种，规格需要进一步开发和研制。根据邯钢生产线的工艺特点，充分发挥该生产线工艺控制灵活的优势，努力开发高附加值产品，拓宽产品生产范围，努力降低新品种钢的生产成本，满足市场需求，从而获得更高的经济效益。（）薄规格的产品表面质量存在缺陷，如含锰较高钢种的薄规格产品表面出现翘皮第页等缺陷。武汉科技大学硕士学位论文（）精轧机组，振动问题。在轧制薄规格产品时，精轧机组、振动。拟通过采用油膜轧制和增加轧机，减少轧机负荷，缓解振动强度。带钢的轧后控制冷却控制冷却

18、技术简介带钢的控制冷却技术就是对轧后的带钢在热输出辊道上进行的冷却过程进行控制。由于这个过程对带钢质量有重要影响，所以冷却过程的控制已经成为改善板带产品质量强有力的手段之一。同时，这一过程又与热输出辊道长度及轧机产品密切相关。因此，卷取温度控制是现代板带钢生产技术中的一个重要组成部分。带钢在精轧机组到卷取机之间安的热输出辊道上，在的冷却段中，经的冷却，由精轧温度降至卷取温度。进行冷却的方式有高压水冷却、层流冷却和水幕冷却三种。世纪年代以前，主要使用由喷嘴喷射的高压水进行冷却。由于喷射时高压水成为非常细小的水滴，所以具有的动能甚小，不能击破钢板表面的蒸气膜。因此，钢板表面仍保持膜沸腾状态，达不到

19、高传热能力的核沸腾状态，故其冷却能力较低，一般为（）（）。年代以后，轧制速度不断提高，后规格钢板及新品种比例不断增大，为实现快速冷却，必须大幅度提高冷却能力。在种种形势下，层流冷却技术逐步普及。层流冷却采用恒定压力的地压水形成柱状水流，这种柱状水流以比喷射大的多的动能冲击到板面上，击破钢板表面的蒸气膜，形成核沸腾。因此，层流冷却比高压水冷却能力大得多，可达（）（）。年代英国开发了一种水幕冷却装置，将柱状水改为幕状水流，即在冷却集管上沿带钢宽度方向上开一条缝，水自然地从集管中落下，形成水幕，落于带钢上表面。由于水幕水量大，水幕冷却比层流冷却能力更强。带钢下表面采用层流冷却。层流冷却和水幕冷却两种

20、冷却两种方式水量都可以根据带钢速度和厚度进行调节，达到需要的冷却速率，使带钢全长冷却均匀，并实现在预期的卷曲温度下卷取。由于冷却水流量沿板宽方向的分布不仅影响带钢温度沿横向的均匀性，而且也影响冷却后带钢的板形，所以要考虑冷却集管的结构形式。在车的冷却过程中，通常首先根据设定的出口厚度、轧制速度、终轧温度、卷取温度及冷却水温度、利用数学模型预算出所需开启的冷却喷头数量，或冷却段的数量，以此进行预控。为了克服喷水阀门的之后作用，控制信号应提前发出，才能保证带钢头部的卷取温度。一般层流冷却分为前后两个段，前段的喷头排数或长度由预控模型设定，见图，其增加方向如箭头所示。后段的长度或喷头排数则由终轧温度

21、补偿项和卷曲温度反馈控制量来确定，见图，其增加方向也如箭头所示。由于在预控模型中的终轧温度是靠预算设定的，它与实测值不可能没有偏差，因此在精轧机出口位置和卷取机入口位置均设有带武汉科技大学硕士学位论文第页钢温度测仪。当带钢头部由精轧机轧出而得到实测的终轧温度以后，为了补偿预控模型中的终轧温度误差，可以用数学模型计算出所需补偿的喷头数量。当带钢头部由精轧机轧出而得到实测的终轧温度以后，为了补偿预控模型中的终轧温度误差，可以用数学模型计算出所需补偿的喷头数量。当带钢头部进入到卷取机前的测温仪，测得实际的卷取温度时，同样根据卷取温度的偏差值计算出所需反馈调整的喷头数量，对卷取温度进行反馈精调控制。为

22、了计算所需的反馈精调量，必须采用动态模型来计算带钢上任一点在不同位置的温度高低，最终算出前段结束时的带钢温降。有的工厂采用静态模型来预控，而采用每隔一定时间间隔即对各有关参数实测一次，然后计算和控制一次，这样相当于把整个控制过程化分为许多小段，在每一段时问间隔内把过程看成为静态的现象，这中把动态过程静态化的方法可以简化控制模型。、一乓才号肌一可，口，之，卫乎卜图层流冷却系统（前段冷却）按照各种产品冷却要求不同，冷却方法可以分为前段冷却、后段冷却和头尾不冷却数种。前段冷却指带钢出精轧机后立即从前段喷水冷却，以后再根据温度偏差进行补偿和反馈控制。这种方法主要适用于带钢厚度稍大（啪）的普通钢的冷却和

23、有急冷必要的高级电工钢的冷却。后段冷却则是只利用后端的层流冷却设备，在冷却区域仅做上部的后端喷水冷却。将预控量、温度补偿量及反馈控制量放在一起，都从卷取机侧进行喷水。当升速轧制时，按图中箭头方向增加喷头。这种方法适用于厚度很薄（如岫）的普通钢板和电工钢的冷却。至于带钢头、尾不喷水主要是用于厚度更大的（如硼）的厚度及硬质钢材，以使其在厂一导叫，前上苫三图层流冷却系统（后段系统）之）取一些特殊的措施：一现在人们发现对于薄带钢而言，除上述的控制方法外，对于带钢头部和尾部还需要采（）人们发现带钢头部（和尾部）的冷却效果要比主体的强。认为这是由于带钢头部第页武汉科技大学硕士学位论文在输出辊道上自由前进，

24、头部发生上下振动，破坏了冷却喷水冲击区外的沸腾膜，导致提高平均传热率。这种作用无法预测。为了补偿这种额外的冷却作用，在带钢头部采用单独的温度补偿。根据测得的头部温度偏差，在带钢之间进行自适应补偿。（）卷取机之间卷取操作的差异导致卷曲速度不同，从而导致带钢尾部控制不良。所测卷取机速度用于反馈控制，只补偿误差部分。对带钢这一部分尾部来说，也是用单独温度补偿，与卷取机成函数关系。每台卷取机单独进行温度补偿。现代工艺对于带钢产品的性能要求越来越高，因此对于控制冷却技术的要求也越来越高，所以控制冷却技术也在不断进步。由于钢材品种的多样化，很多新的钢种、高的性能必须通过控制冷却得到。而热轧带钢的性能是由金

25、相组织决定的。带钢的输出辊道上冷却期间，奥氏体转变为铁索体、珠光体、贝氏体甚至马氏体。化学成分、冷却速度和卷取温度是决定带钢最终组织结构和各种相变比例的主要参数。因此，通过控制冷却速度和卷取温度可以控制带钢的力学性能。在相变过程中，带钢释放热量，使冷却过程控制复杂化。考虑到大多数带钢的质量，采用连续冷却。相变的开始点取决于冷却速度。冷却速度越高，相变温度越低，铁素体形核率就会越高。因此，冷却速度高，形核率高，晶粒度就小。再加上珠光体层间距减小，钢的强度则更大。另一方面，冷却速度低，相变温度就高，形核率就低，造成晶粒大，则钢质相对较软。由此可得出，结构钢的冷却速度要高些，深冲钢冷却速度要低些。许

26、多地方还必须控制的析出，带卷在冷却过程中的析出量取决于卷曲温度的高低。析出率是温度和时间的函数。在带卷冷却过程中，外圈和内圈比带卷本体部分要冷却的快些，结果沿带钢长度上析出不均匀。为了抵消这些影响，带钢头部和尾部的卷曲温度要比本体高些，即现代控制冷却种所谓“”型冷却模式。钢材的性能好坏取决于化学成分、速度和冷却条件。性能优良的钢材特点是，细的均匀的铁素体晶粒结构和二次硬化相，如细珠光体、贝氏体或马氏体。有这种组织的钢种强度高，塑性好，抗疲劳性好。而能否得到这种组织很大程度上决定于控制冷却制度。传统的控制的策略是连续冷却，即对主冷却区用前馈控制，对微调区用反馈控制。新的两步却则不然，它有第一和第

27、二主冷却区，每个冷却区均有控制回路，见图：第一冷却段前馈反馈第二冷却段前馈反馈终。，温厂一一一一厂。卷取机冷却段图两部冷却控制策略武汉科技大学硕士学位论文第页传统的连续冷却前馈控制用在第一主冷区的冷却段（从精轧机侧算起），而反馈控制用在微调区冷却。其功能如下：（）前馈。检测的带钢参数，像厚度、速度和温度，在精轧机后按一定距离取样（取样长度）。为了保持目标卷取温度，要计算每个试样的冷却段数量。所算的冷却段数量与以前试样的冷却段相比较（试样值与设定值相比），根据设定计算的冷却方式来决定冷却段数量的增或减。计算各个指定的冷却段必须接通（或切断）的时间，考虑到该冷却段的运行时间。运行时间是由试样到达指

28、定冷却段的预计时间推算出来的。根据计算出的时间一速度表推算，并需考虑实际带钢速度与预测带钢速度之间的偏差。（）反馈（微调作用）。根据各个试样的实测温度和目标卷取温度之差，调节微调区中喷水冷却段的数量。因为延迟时间（微调段和卷曲温度测量点之间有距离），在此反馈控制中采用低增益。传统的带钢冷却曲线见图，两部冷却结果见图，两部冷却的策略是控制微调区中间温度和卷曲温度。通过第一和第二冷却区域的两个独立的控制环路，可以更加灵活的控制冷却过程。在冷却第一步，在试样通过终轧温度测量点时，采用前馈。而反馈行为，即由测得的带钢温度和温度误差推导，与进入第一冷却区的试样的前馈相结合。在第二步冷却，试样通过中间温度

29、测量点时，进行前馈。最后，为减少卷曲温度测量误差，要应用反馈。图传统轧机带钢冷却温度分布（带钢：；材质：）（一内部；一表面；平均）第页武汉科技大学硕士学位论文葛图两部冷却法带钢温度分布冷却过程中的组织演变行为棚钢材的轧制冷却过程中，材料发生的组织变化，在很大程度上决定了成品的最终性能，同时组织变化也对变形过程本身产生作用，随着微观组织的变化，材料的屈服应力也随之改变，一定条件下产生的材料组织影响着所需变形力以及工艺的最终尺寸和形状。因此，要准确模拟变形冷却过程，必须首先准确把握轧制、冷却过程中钢材的组织变化过程。热轧过程的主要微观组织变化为加热过程的晶粒粗化、微量元素的固溶等；轧制过程中，材料

30、首先产生加工硬化，显微组织被拉长；高温奥氏体区，由于动态再结晶引起的组织变化；轧制道次间隙以及轧后由于静态再结晶引起的组织变化；轧制过程中，在低温奥氏体区和两相区发生碳氮化物（碳氮化铌、碳氮化钛）的应变诱导析出；低温奥氏体区的应变积累；变形过程中和变形后的奥氏体一铁素体相变。（如图）一！一一懈旧博一园圈国圜￥晶粒长大再结昌加工硬化相变图热加工过程组织演化示意图相变演化规律实质上就是各相体积比的发展过程。在金属发生的固念相变可以分为两类，即扩散型相变和非扩散型相变，它们具有不同的演化规律。在带钢轧后的冷却过程中，当温度低于时，钢中的舆氏体将会向自由能更低的其他相转变。相变产物主要是先共武汉科技大

31、学硕士学位论文第页析的铁索体、珠光体、贝氏体或马氏体，这一过程可以通过相变模型进行描述。奥氏体的分解通常由两个方面描述：一方面相变模型，即奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体或马氏体的转变，另一方面铁素体晶粒尺寸模型。因此，奥氏体的分解包括两部分，一是相变过程计算，计算各组成相的体积分数；二是铁素体的晶粒尺寸计算。要实现对热轧带钢的组织与性能的精确模拟，确定描述生产过程中组织演变及组织与性能关系等冶金现象的数学模型是关键。钢在轧后冷却过程中的相变是最为重要的相变过程，因为一般钢铁材料的使用状态正是状态，而一相变是决定钢铁材料使用状态的显微组织和力学性能的最主要因素。这里说的状态即通常所说的铁素体组织

32、；还包括在铁素体基体上的以不同形态和不同尺寸沉淀析出各相的第二相（主要是碳化铁）的铁素体加第二相的混合组织，即包括珠光体、上贝氏体、下贝氏体以及它们与铁素体的混合组织。控制钢铁材料的一相变，可以获得不同的组织形态从而获得不同的力学性能和使用性能。只要对合金化的低碳钢进行有控制的连续轧制或连续冷却，就有可能获得上贝氏体组织，这就是通常所说的贝氏体微合金钢，若能够尽量降低钢的含碳量，有效地消除铁素体片间的碳化物，则可在稍高一点的温度形成超低碳的上贝氏体，或者称为针状铁素体，它具有比通常的上贝氏体高得多的韧性。微合金钢相变之后得到的组织中最重要、最常见的组织是铁素体（包括针状铁素体）加珠光体。通常的

33、热轧态或正火态普碳钢、普低钢和微合金钢使用态的组织就是铁素体加珠光体，不需要采用任何特殊的生产工艺技术就容易得到这种组织。随着微合金钢碳含量的不断减少，钢中珠光体的量也不断减少，由此逐步发展起低珠光体钢甚至无珠光体钢。因此，一般微合金钢中的相变的主要产物是铁素体（包括针状体素体）。连续冷却转变（）曲线研究变形奥氏体相变规律的基本方法是测定钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线（动态曲线）。这种曲线不但可以系统地表达出热轧变形工艺参数、轧后冷却速度对相变开始温度、相变进行速度和组织的影响情况，而且是选用合适的控轧钢种成分，衡量与之相匹配的热轧变形工艺是否恰当及控制冷却制度是否合理的重要依据。钢的冷却转变

34、曲线分为等温冷却转变曲线和连续冷却转变曲线。等温冷却转变曲线反映了过冷奥氏体等温转变的规律。实际热处理时大多工艺是在连续冷却的情况下进行的，在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发生的各种转变，不会出现等温转变时所没有的新的转变。但是，连续冷却转变不同于等温转变。由于连续冷却过程要先后通过各个转变温度区，往往重叠出现几种转变，而且，冷却速度不同，可能发生的转变相对量也不同，因而得到的组织与性能也不同，所以，虽然可以利用等温转变曲线来分析过冷奥氏体的连续转变，但只能做出粗略的估计，有时还可能导致错误的结果。于是人们认识到测定连续冷却转变曲线的重要性和实际意义。连续冷却转变曲线常称为曲

35、线，它的测定通常综合应用了各种方法，如会相法、热第页武汉科技大学硕士学位论文膨胀法、热分析法、强度法等。本实验采用热膨胀法测定变形奥氏体相变温度，并辅助以金相分析法来精确分析临界冷速下的转变点。即利用热加工模拟实验机对试样进行热变形后立即采取控温在惰性气体中以不同的冷却速度进行恒速冷却，测量出试样的温度膨胀量变化曲线，根据这种曲线上的特征点来确定奥氏体的各种相变温度（，。，。，。）。测量钢的相变点有许多方法，如膨胀法、磁性法、金相法和热分析法等，其中膨胀法是比较常用的一种。下面对各种做一下简要的介绍。（）膨胀法：热膨胀法的主要原理是：当钢发生固态相变时，由于不同组织的比容差异而发生体积的不连续

36、变化，这样膨胀曲线在相变发生温度处形成拐点，而钢中的珠光体、贝氏体、马氏体等转变发生在不同的温度范围，所以膨胀曲线上的拐点也会出现在不同的温度范围，据此来判断该拐点发生什么相变。根据拐点，就可以比较容易地确定各种相变点。一般钢中各组织的比容关系是：奥氏体铁素体珠光体贝氏体马氏体。对于亚共析钢，冷却时典型的膨胀曲线如图所示。图中段相当于先共析铁素体析出，段为珠光体转变。因为珠光体的比容大于铁素体，所以段的斜率大于段，点处有折点，此折点对应于珠光体转变开始温度【】。当既有铁素体、珠光体转变，又有中温贝氏体转变时，通常的膨胀曲线如图所示。图中段对应于铁素体、珠光体转变，段对应于贝氏体转变。这时曲线中

37、问部分的段的斜率就有意义了。由于奥氏体的比容小，所以上部直线段。的斜率应最大，如果在点铁素体和珠光体转变终止，那么直线段的斜率应由铁素体、珠光体和未转变完的奥氏体决定。它应比上部。的斜率小而比下部。的斜率大。这是因为段为未转变完的奥氏体己转变为贝氏体，的斜率由铁素体、珠光体和贝氏体来决定。如果当三段直线部分的斜率表现为。时，就表示高温转变区和中温转变区分开，中间有一段稳定的奥氏体区。在图上，这两部分分开。中间有一段转变中止区。反之，如果三段的斜率表现为，则说明段一直在相变，直到点贝氏体转变开始，在图上铁素体、珠光体和贝氏体转变区未分开。同理，可分析贝氏体与马氏体转变区是否分开。墼墙置度（）图亚

38、共析钢冷却时膨胀曲线示意图武汉科技大学硕士学位论文第页譬翻崔聋量度（）图具有铁素体、珠光体和贝氏体转变的膨胀曲线示意图从膨胀曲线上确定临界点的方法通常有以下几种：顶点法：顶点法是取膨胀曲线上拐折最明显的顶点作为临界点。这种方法的优点在于拐点明显，容易确定。但这种方法确定的临界点并不是真正的临界点，它确定的转变开始温度比真实的高，而转变结束温度又比真实的低。切线法：是取膨胀曲线直线部分的延长线与曲线部分的分离点作为临界点。这种方法的优点是热膨胀曲线上的纯热膨胀（或纯冷收缩）的直线段延长，以曲线开始偏离的位置即切点所对应的温度作为相变点，即临界点。这种方法的优点是符合金属学原理，只是判断相变温度的

39、位置很容易受观测者主观因素的影响，但对工业有足够高的准确度，使用也很方便。但由于分离点的确定有一定的随意性，需多测量几次取平均值。切角法：如果曲线过渡圆弧的曲率半径很大，并且温度范围很小，不存在直线段，则可利用作图法，作与温度成某一角度。当然，这带有相当的随意性。平均法：如曲线圆滑，出现拐点，以两边直线部分延长所形成的等分线与曲线的交点作为相变点，其对应的温度为相变温度。本文采用顶点法确定相变温度。由于试样在冷却过程中会受到很多因素的干扰，因此对于临界冷却速度下的转变点，需要辅以金相法，通过观察金相组织来修正，以便准确确定。用切线法测定的膨胀曲线如图所示。譬翦邕量度（图采用切点法确定相变点示意

40、图热膨胀法是测定曲线的一种较为常用的方法。因此出现了很多种快速测量高度灵敏的膨胀仪，不但能测量奥氏体稳定性高的、转变速度慢的钢种，而且也能测定奥氏体稳定性低的，转变速度快的钢种。特别是在研究焊接工艺和特殊轧制工艺，如奥氏体形变热第页武汉科技大学硕士学位论文处理、控制轧制等方面都十分便利。使用的设备、仪器与测定等温转变曲线的相同，但较为复杂，必须配备能够控制不同冷却速度的装置和能快速测量并同时记录温度、长度、时间等三参数的自动记录等测试设施。热膨胀仪的加热方式多采用真空感应加热，试样可在极短的时间（）内快速加热到峰值温度。测定的原理是钢以不同的相或不同的组织存在时，其热膨胀系数和比容各不相同。不

41、同的相或不同组织的热膨胀系数，按其由大到小的顺序可排列为：奥氏体珠光体上、下贝氏体马氏体；而比容则恰好相反，由大到小的顺序氏马氏体铁素体珠光体奥氏体碳化物（但和的碳化物的比容大于奥氏体）。所以，在钢的组织中，凡是发生铁素体溶解，碳化物析出，珠光体转变为奥氏体以及马氏体转变为相的过程都将伴随着体积的收缩；凡发生铁素体析出、奥氏体分解为珠光体或马氏体的过程都将伴随着体积的膨胀。在相变全过程所伴随的总的体积效应是：铁素体所占比例越大，体积效应也越大：碳化物所占比例大，则体积效应较小，所以碳化物愈高，总的体积效应也较小：凡抑制碳化物自由析出的因素，均使总的体积效应增大。因此，钢的热胀冷缩曲线，因钢种的

42、不同而有较大变化。实际测量膨胀曲线时，由于钢的奥氏体在连续冷却过程中，不论在高、中、低温发生相变时，都将伴随着体积效应，所以在曲线上出现拐折。以不同的冷速进行冷却，在膨胀仪上可相应得到形状不同的冷却膨胀曲线。根据曲线上出现的拐折，即可准确的定出某种组织转变的开始温度和终了温度。将这些温度描绘在“温度一时间（对数）”为坐标的冷却曲线上，然后将相应的开始点和终了点分别连接起来，便可得到一般的连续冷却曲线。（）金相法简介将试验材料制成厚度咖的一组薄片试样，同时放在炉中以相同的加热条件奥氏体化后，按照预定的规范以给定的不同冷速连续地冷却到指定的温度（。，）时，随即迅速取出一块试样，投入水中或油中急冷以

43、固定组织，并记录自该温度下取出的时间。随后检验各试样的组织和硬度，便能准确地测定出某一冷却速度下的转变开始和转变终了的时间和温度范围，从而给出连续冷却转变曲线，也可测定中间转变的百分数。冷却速度可以调节冷却条件来保持匀速冷却。急冷的目的，是使尚未分解的奥氏体转变为马氏体而被保留下来。转变开始点和转变终了点的坐标一般以奥氏体的转变量达和为标准，但为了减少试验点的分散度，有时也以和的转变量为标准。连续冷却转变时，过冷奥氏体的分解是在一定的温度范围内进行的，组织是连续转变的混合组织。把这些沿着冷却曲线所观察到的奥氏体转变结果，集中反映在温度一时间（对数）坐标内，便得到所求的曲线。金相法需要许多试样，

44、而且只有准确地辨认混合组织的特征，才能根据冷却过程中地转变产物来正确的判定转变开始点和转变终了点。此外，由于冷却是连续进行的，冷却速度有时非常快，给精确测量带来许多困难，所以用金相法测定曲线具有一定难度。但会相法能够测定和辨别转变产物的组织特征，这是其它物理方法所不具备的一大优点。武汉科技大学硕士学位论文（）热分析法简介第页热分析法是利用钢在冷却过程中的同素异构转变和析出过程相时所发生的放热效应，改变了温度曲线的均匀进程而引起降温速度的突然改变，因而可用来确定转变的开始。最简单的设备装置如图所示，测试过程需要加热炉，灵敏的简流计和秒表。将热电偶的接点放在试样的孔内，然后放在炉中加热。试样加热到

45、奥氏体化状态后，以一定的冷却速度进行冷却。在冷却过程中，定时在记录表中记下试样的变化，然后绘制出“温度一时间”曲线。之后，根据测定出的热分析曲线的拐点，来判定冷却过程中发生的转变。这种方法的灵敏度较差，不能精确地确定转变开始和转变终了点对应的时刻，而只是记录了转变进行的温度区域，所以需要其它方法（如膨胀法、磁性法）的辅助配合，才能提高其准确性。当试样的冷却速度相当缓慢时，该种方法可得到最佳效果。为了在这种方法的基础上进一步提高试验的精确度，也可绘制成“冷却速度一时间”曲线，用降温速度的突然改变来确定转变的起始点。试祥电炉图热分析法示意图曲线中各组织百分含量确定的方法很多，如网格法、图像法分析仪

46、定量法、膨胀曲线计算法（杠杆计算法）和作图法等。但各种方法都有各自的局限性，如网格法费时费力：定量法只能测定色差大的组织含量，对混合组织、色差小的组织难以确定；计算法也是一种近似的办法。所以在实际测量中，应把几种办法结合起来确定其百分含量。对于冷却速度较低、组织为铁素体和珠光体的试样，可以用网格法，但更多的是用定量法来较精确地测定各组织百分含量。对于冷速较快、组织为铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的混合组织试样，可以根据膨胀曲线计算出各组织百分含量。但对于接近各临界冷却速度时的试样组织，由于转变量较少，膨胀曲线上拐点不明显，用定量法和计算法也难以确定。这时应使用作图法。作图法是将用定量法和计算法

47、测得的各组织百分含量，标在曲线图上，然后根据各组织含量的变化趋势，做出各组织含量变化曲线。根据此曲线，可确定各冷却速度下的组织百分含量。但是此法反映了各组织百分含量随冷却速度而变化的变化趋势，具体数值不是很准确的。计算法是在假定相变量直接与相变体积效应成正比的前提下进行的。图中所示为当试样从奥氏体化温度开始冷却时，随温度降低，试样基本上呈线性收缩，收缩曲线大体上为一直线（段）。当温度到达后，发生相变，因此膨胀曲线在处发生拐折。第页武汉科技大学硕士学位论文如果没有相变发生，那么在温度时，膨胀曲线到达段的延长线处，但现在膨胀曲线却到达了处，显然线段是由于相变引起的试样长度的变化。当相变在温度时结束

48、后，那么由于相变而引起的试样长度变化则为线段。按照杠杆定律，在温度时，所形成的新相的百分数应为：。：丝。鳓。万。缈交点间的线段；为该温度范围内最大转变量。公式（）式中，为通过转变温度范围的中点作横坐标的垂线与膨胀曲线两相邻直线部分延长线若转变发生在高温区，则；若转变发生在中温区，则由于转变不完全，嘶中应减去残余奥氏体量，即（）。但对一般中碳、低碳合金钢，仍可近似看作。在图中的情况下，转变发生在两个温度范围，那么高温区和中温区的转变相对量可用下式计算：。三。嬲。十赤公式（）式中、为通过转变温度范围的中点和作横坐标的垂线与膨胀曲线两相邻直线部分延长线交点间的线段；为二个温度范围内的总转变量。对于贝

49、氏体和马氏体混合组织，如果膨胀曲线上存在明显的拐折点，可用上述公式计算；如果不存在明显的拐点，对低碳合金钢可按马氏体点不变的原则来确定其含量。上述计算是在假定相变量与相变体积效应成正比的前提下进行的，但由于各相的比容不同，因此膨胀量与温度并非呈严格的线性关系，所以按上述公式计算的结果是近似值。习釜端温度）图转变温度发生在一个温度范围内转变发生在两个温度范围武汉科技大学硕士学位论文第页本文用热模拟实验的方法来模拟层流冷却对轧后组织相变的影响，采用顶点法确定相变温度，进而建立该钢种的（连续冷却转变）曲线，并对其特点进行分析，为该控制冷却奠定奠定理论基础。加工硬化与拉伸实验加工硬化理论嗍自世纪年代以

50、来，先后提出的加工硬化理论达数十种之多。随着实验结果的日益丰富，理论的主要轮廓渐渐明朗。按照增加流变应力的机制，加工硬化理论分为两个学派。在世纪年代首先提出平行位错理论：到，年代，以为首的斯图加特学派对其进行了全面的发展，建立了比较完整的理论。在这一理论中，主滑移面上的平行位错所产生的长程应力场对加工硬化起到主要作用，故称之为长程应力场理论。年代提出交割位错理论，年代，将其大力发展。在这一理论中，与主滑移面交割的林位错对加工硬化起主导作用，也称为林位错理论。在，年代理论有较大影响。这个理论试图确定形变后位错组态的演变过程，认为平行位错和交割位错均对加工硬化起着作用。此外，网络长度理论（提出）认为，流变应力由位错源的网络长度决定。加工硬化理论主要阐述各阶段位错结构的演变行为以及各阶段流变应力增加的机制。一般，纯金属强度都很低。加工硬化可以提高材料的强度，但这并不是任何条件下都适用，因为这以牺牲部