材料加工组织性能控制讲义课件

4.轧后冷却过程中钢组织变化控制冷却概念：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。4.轧后冷却过程中钢组织变化控制冷却概念：热轧变形奥氏体向1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:工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了2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、通过冷却型。控制冷却设备：必须能均匀控制长、宽、3图2-9轧制后冷却对抗拉强度、断面转变温度的影响图2-9轧制后冷却对抗拉强度、断面转变温度的影响44.1CCT曲线及转变产物目的：

等温转变曲线(TTT曲线)：反映过冷奥氏体等温转变的规律；连续冷却转变曲线(CCT曲线)：在连续冷却转变过程中，钢中的奥氏体在不断降温的条件下发生转变的。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。4.1CCT曲线及转变产物5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：实验步骤：6材料加工组织性能控制讲义7图4-1共析钢连续冷却转变曲线

转变中止线：表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后完成，但奥氏体停止了分解，剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。两个临界冷却速度：图4-1共析钢连续冷却转变曲线转变中止线：表示冷却曲线与8图4-2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4-2冷却速度对共析钢奥氏体转变温度区域(a)及转变产物9图4-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min图4-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930104.2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：4.2控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式112)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：2)低温终轧：12轧后控冷分三阶段：一次冷却：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：轧后控冷分三阶段：13二次冷却：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4-6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钢二次冷却：从相变开始相变结束。图4-6控制轧制CCT曲14三次冷却(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：三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷15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，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。

冷却方法：162)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。2)喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时17

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。

3)雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和184)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷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。

4)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成19图4-7各种冷却方法的冷却能力图4-7各种冷却方法的冷却能力20热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置214.3显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响4.3.1

铁素体晶粒度的影响

图4-5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/s4.3显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响图4-5再结22图4-6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现象：（1）铁素体晶粒度与vTrs关系。（2）在相同的铁素体晶粒度下，降低终轧温度可使韧性得到改善（原因）。图4-6晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）现象：（234.3.2贝氏体的影响图4-7抗张强度随贝氏体和（或）珠光体的体积分数的变化图4-8贝氏体（+珠光体）的体积百分数与vTrs的关系，N-晶粒度4.3.2贝氏体的影响图4-7抗张强度随贝氏体和（或）珠244.3.3马氏体的影响

图4-9马氏体对冲击性能的影响

生成10%的马氏体可使vTrs提高30℃。因此，作为控制冷却材料，基本上不应使其生成马氏体。4.3.3马氏体的影响图4-9马氏体对冲击性能254.3.4混合组织的影响4.3.4混合组织的影响26总结：

(1)细小铁素体生成量较少的轧制条件(高温加热、低温区压下率小、高温终轧等)下，多边形铁素体生成量少，控制冷却时未转变的晶粒粗大，易生成比较粗大的贝氏体+铁素体。(2)细小铁素体生成量较多的轧制条件(低温加热，低温区压下率大、低温终轧等)下，多边形铁素体生成量较多，控制冷却时未转变的晶粒细小，发生铁素体+马氏体的细小混合组织，抑制贝氏体的转变。

总结：274.4控制轧制工艺参数对控制冷却材料的强度和韧性的影响4.4.1加热温度的影响图4-15不同加热温度对强度和韧性的影响4.4控制轧制工艺参数对控制冷却材料的强度图4-15不28图4-16加热温度对力学性能的影响1-0.7C/s,850CF.T,2-10C/s,850CF.T;3-10C/s,710CF.T,4-0.7C/s,5-15C/s,6-20C/s图4-16加热温度对力学性能的影响294.4.2终轧温度的影响

图4-17热轧的终轧温度同抗拉强度及夏比断口转折温度的关系实验条件：碳钢加热至1100℃，于800～700℃间改变终轧温度。结果：(1)800℃终轧，生成等轴组织，多边形铁素体量减少，水冷温度对材料组织的影响变小，韧性的变化基本相同。(2)700℃终轧，水冷温度低，生成细小的铁素体+马氏体组织；水冷温度高，组织为珠光体+铁素体。4.4.2终轧温度的影响图4-17热轧的终轧温304.4.3压下率的影响

图4-19低于再结晶温度时机械性能与压下率的关系4.4.3压下率的影响图4-19低于再结晶温度时机械314.4.4冷却开始和停止温度对强度和韧性的影响图4-20加速冷却开始和停止时的温度对强度、脆性断口转变温度的影响4.4.4冷却开始和停止温度对强度和韧性的影响图4-20324.轧后冷却过程中钢组织变化控制冷却概念：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。4.轧后冷却过程中钢组织变化控制冷却概念：热轧变形奥氏体向33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:工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了34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、通过冷却型。控制冷却设备：必须能均匀控制长、宽、35图2-9轧制后冷却对抗拉强度、断面转变温度的影响图2-9轧制后冷却对抗拉强度、断面转变温度的影响364.1CCT曲线及转变产物目的：

等温转变曲线(TTT曲线)：反映过冷奥氏体等温转变的规律；连续冷却转变曲线(CCT曲线)：在连续冷却转变过程中，钢中的奥氏体在不断降温的条件下发生转变的。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。4.1CCT曲线及转变产物37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：实验步骤：38材料加工组织性能控制讲义39图4-1共析钢连续冷却转变曲线

转变中止线：表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后完成，但奥氏体停止了分解，剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。两个临界冷却速度：图4-1共析钢连续冷却转变曲线转变中止线：表示冷却曲线与40图4-2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4-2冷却速度对共析钢奥氏体转变温度区域(a)及转变产物41图4-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min图4-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930424.2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：4.2控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式432)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：2)低温终轧：44轧后控冷分三阶段：一次冷却：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：轧后控冷分三阶段：45二次冷却：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4-6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钢二次冷却：从相变开始相变结束。图4-6控制轧制CCT曲46三次冷却(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：三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷47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，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。

冷却方法：482)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。2)喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时49

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。

3)雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和504)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷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。

4)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成51图4-7各种冷却方法的冷却能力图4-7各种冷却方法的冷却能力52热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置534.3显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响4.3.1

铁素体晶粒度的影响

图4-5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/s4.3显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响图4-5再结54图4-6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现象：（1）铁素体晶粒度与vTrs关系。（2）在相同的铁素体晶粒度下，降低终轧温度可使韧性得到改善（原因）。图4-6晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）现象：（554.3.2贝氏体的影响图4-7抗张强度随贝氏体和（或）珠光体的体积分数的变化图4-8贝氏体（+珠光体）的体积百分数与vTrs的关系，N-晶粒度4.3.2贝氏体的影响图4-7抗张强度随贝氏体和（或）珠564.3.3马氏体的影响

图4-9马氏体对冲击性能的影响

生成10%的马氏体可使vTrs提高30℃。因此，作为控制冷却材料，基本上不应使其生成马氏体。4.3.3马氏体的影响图4-9马氏体对冲击性能574.3.4混合组织的影响4.3.4混合组织的影响58总结：

(1)细小铁素体生成量较少的轧制条件(高温加热、低温区压下率小、高温终轧等)下，多边形铁素体生成量少，控制冷却时未转变的晶粒粗大，易生成比较粗大的贝氏体+铁素体。(2)细小铁素体生成量较多的轧制条件(低温加热