材料加工组织性能控制(第六章)

1、6.6.轧后冷却过程中钢组织变化轧后冷却过程中钢组织变化控制冷却意义：热轧变形奥氏体向铁素体转变温度(Ar3)相变后的铁素体晶粒易长大造成力学性能降低。控制冷却实质：对控制轧制后的奥氏体用高于空冷的速度从Ar3以上的温度控制冷却至相变温度区域，使铁素体进一步晶粒细化。快冷强化机理与控轧机理的区别:GoOLAC:On Line Accelerated Cooling工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了温度附近(550500)结束，然后进行空冷。组织：细晶粒铁素体和微细弥散型贝氏体的混合组织。对强度及韧性的影响:控制冷却设备：必须能均匀控制长、宽、厚方向钢板的性能。冷却方式：同时冷却型、通过冷

2、却型。6.1 CCT曲线及转变产物目的： 等温转变曲线(TTT曲线)：连续冷却转变曲线(CCT曲线)：CCT曲线的测量:膨胀法测CCT曲线原理：各相具有不同的比容：马氏体体素体珠光体奥氏体碳化物。CCT曲线分类：膨胀仪膨胀仪热模拟试验机热模拟试验机静态静态CCTCCT曲线曲线动态动态CCTCCT曲线曲线全自动膨胀仪试样尺寸规格全自动膨胀仪试样尺寸规格 热模拟试验机试样尺寸规格热模拟试验机试样尺寸规格 实验步骤：选定奥氏体化温度及保温时间：确定冷却速度：实验数据处理：（1）标定临界点温度（2）相变点温度的确定02004006008001000-4-2024681012膨胀率X10-3温度0.08

3、/sAc1=750Ac3=902Ar1=764Ar3=82302004006008001000-2024681012温度 膨胀率x10-35/s加热加热保温保温冷却冷却K60钢静态钢静态CCT实验不同冷速下的相变点温度、实验不同冷速下的相变点温度、最终硬度和室温组织最终硬度和室温组织编号编号冷速冷速，/s开始温度开始温度，结束温度结束温度，最终硬度最终硬度，HV0.2室温组织室温组织10.5640460145PF+少量少量P+QF21585440213PF+QF+GBF33530390236QF+GBF45495370203QF+GBF510460320253GBF+LBF6154853303

4、07GBF+LBF725475300258GBF+LBF835505280298LBF950500320299LBF1075465280222LBF K60 K60管线钢不同冷却速度下的金相组织及原始组织管线钢不同冷却速度下的金相组织及原始组织(a)0.5/s; (b)1/s; (c)3/s; (d)5/s (a)0.5/s; (b)1/s; (c)3/s; (d)5/s （3 3）CCTCCT曲线的绘制曲线的绘制图6-1 共析钢连续冷却转变曲线 转变中止线：转变中止线：表示冷却曲线表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后与此线相交时转变并未最后完成，但奥氏体停止了分解，完成，但奥氏体停止了分解，

5、剩余部分被过冷到更低温度剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。下发生马氏体转变。两个临界冷却速度：两个临界冷却速度：图6-2 冷却速度对共析钢奥氏体转变温度区域(a)及转变产物(b)的影响1- 1-珠光体转变开始线;2-珠光体转变终了线3-珠光体转变终止线;4-马氏体转变开始线;5-马氏体转变终了线图6-3 0.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min6.2控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择各阶段冷却目的：1)高温终轧：a)奥氏体状态：b）慢冷的结果：2)低温终轧：a)奥氏体状态：b)变形的影响：c）慢冷的结果：3)高碳钢和高碳合金钢：轧后控冷分三阶段：一次

6、冷却：从终轧温度Ar3或Arcm温度范围。目的： （1）控制变形奥氏体的组织状态；（2）固定位错；（3）降低相变温度。一次冷却开始快冷温度的影响：二次冷却：从相变开始相变结束。目的：控制相变过程（具体：），保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。 图6-6 控制轧制CCT曲线在不同冷却速度时的组织形态实线：Nb钢；虚线：Si-Mn钢三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷却。目的： 对低碳钢：没有什么影响。对含Nb钢：发生碳氮化物析出。对高碳钢或高碳合金钢：冷却方法： 1)喷水冷却(喷流冷却)：水从压力喷嘴中以一定压力喷出水流，而水流为连续的，没有间断现象，但是呈紊流状态。优点：穿透性好

7、，在水膜比较厚的时候采用。应用：中厚钢板轧后冷却和钢板淬火时；在型钢冷却中进行局部冷却。缺点：水的喷溅利害，水的利用率较差。 2)喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时候，如果超过连续喷流的流速时则水流发生破断，形成液滴群冲击被冷却的钢材表面。应用：一般冷却及各种用途的喷嘴。缺点：控制的冷却能力范围不太宽，需要比其它方法施加更高的压力。 3)雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和高压高速气流一起从喷嘴喷出形成雾状。缺点：系统比较复杂，设备费用增加、噪音大、车间雾气较大。优点：调整冷却能力的范围较大，可以实现单独风冷、弱水冷、喷水冷，且冷却比较均匀。 4)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷

8、射的出口速度比较低时，形成平滑的喷射喷流，平滑的层状喷流落到一定距离时，由于水的加速度影响而破断成液滴流，破坏了层流状态。优点：喷流可在一较长距离内保持水的层流状态，获得很强的冷却能力。应用：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二种方式。 图6-7 各种冷却方法的冷却能力 热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置6.3 6.3 显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响6.3.16.3.1 铁素体晶粒度的影响铁素体晶粒度的影响 图6-5 再结晶晶粒度与晶粒度的关系冷却速度：1-44C/s；2-22C/s ；3-14C/s ；4-0.7C/s图6-6

9、晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）1-轧制温度1000C ；2-轧制温度950C ；3-轧制温度850C（1 1）铁素体晶粒度与）铁素体晶粒度与vTrs vTrs 关系：关系：（2 2）在相同在相同的铁素体晶粒度下，降低的铁素体晶粒度下，降低终轧温度可使韧性得到改终轧温度可使韧性得到改善（原因）。善（原因）。6.3.2 贝氏体的影响图6-7 抗张强度随贝氏体和（或）珠光体的体积分数的变化图6-8 贝氏体（+珠光体）的体积百分数与vTrs的关系，N-晶粒度6.3.3 马氏体的影响 图6-9 马氏体对冲击性能的影响 生成生成10%10%的马氏体可的马氏体可使使vTrsvTrs提高提高3030

10、。因此，作为控制冷因此，作为控制冷却材料，基本上不却材料，基本上不应使其生成马氏体。应使其生成马氏体。6.3.4 混合组织的影响6.3.5 轧后控制冷却强化增量的分析控冷材强度提高量表达式： pptysdK)(21BBtppbfKdK)(216.4高温形变热处理图6-16 高温形变淬火示意图（1）变形温度对性能的影响图6-17 变形温度与奥氏体晶粒大小、屈服应力和抗拉强度的关系 图6-18 变形温度与延伸率、断面收缩率和冲击功的关系（2）变形程度对性能的影响图6-19 变形温度与屈服应力和抗拉强度的关系 图6-20 变形温度与延伸率、断面收缩率、冲击韧性的关系 （3 3）冷却速度对性能的影响）

11、冷却速度对性能的影响为得到淬火马氏体组织必须采用连续浸水冷却方为得到淬火马氏体组织必须采用连续浸水冷却方式。式。（4 4）回火温度对性能的影响）回火温度对性能的影响回火温度与回火索氏体中渗碳体颗粒大小和分回火温度与回火索氏体中渗碳体颗粒大小和分散程度有关。散程度有关。图6-23 轧制温度900C，轧后水冷，600C回火的电镜照片 10000图6-24 轧制温度900C，轧后水冷，700C回火的电镜照片 10000钢材经钢材经“控轧控轧+ +水冷水冷+ +高温回火高温回火” 处理后，另处理后，另一重要强化机制是位错和亚晶。一重要强化机制是位错和亚晶。中碳钢中碳钢“控轧控轧+ +水冷水冷+ +高温回火高温回火”，组织为，组织为回火索氏体。渗碳体颗粒所起的强化作用回火索氏体。渗碳体颗粒所起的强化作用大小取决于颗粒大小、颗粒间距、颗粒的大小取决于颗粒大小、颗粒间距、颗粒的体积分数。体积分数。6.6 热轧钢材水冷后温度场的计算稳态温度场 ：非稳态温度场：6.6.1 轧件冷却过程的分析物体热量传递的三种基本方式：导热、对流和辐射。轧制过程三个阶段的传热情况（表面）：轧件内部： ),(zyxft 6.6.2 温度场计算的基本原理首先建立钢材内部热量传递的导热微分方