宫明龙-控制轧制课件(第六课)

6控制轧制中的变形抗力图6-1-1影响变形抗力的各种参数之间的内在关系6.1影响变形抗力的因素6.1.1晶粒尺寸的影响图6.60.08%C-0.22%Si-1.45%Mn钢的原始晶粒尺寸对其热变形强度的影响加热温度：950-1150C；变形温度：900C；应变速率：78/s图6.7晶粒尺寸对变形应力的影响6.1.2合金元素的影响图6-10.10C-0.25%Si-1.1.%Mn钢中微量合金元素对其热变形强度的影响图6-2微量合金对热变形强度的影响微量元素Nb使变形抗力明显增大。原因：通过抑制多道次轧制时的道次间的软化过程，来对变形抗力产生强烈的影响。图6-31.10%Mn钢中碳含量对热强度的影响图6.81150C加热，钢的应力-应变曲线图6.9950C加热，钢的应力-应变曲线图6.4试样显示出最大拉伸负荷时的变形抗力图6.5变形率10%时钢中含碳量对变形抗力的影响加热温度：1150C；变形温度：900C；应变速率：78/s6.1.3变形条件的影响(1)变形程度的影响(6-1)图6.10加热到1150C钢的屈服应力和应变动力法则的关系图6.11加热到950C钢的屈服应力和应变动力

(2)变形温度的影响变形抗力与变形温度的关系可用下式表示：

（6-2）

式中T:变形温度；A、：常数（3）变形速度的影响变形抗力随变形速度的变化（变形速率较小）：(6-3)

Km-平均变形抗力；为平均变形速度，、为常数。

变形速度较大时（）（4）变形程度、变形温度和变形速度的综合影响

（5）变形抗力与Z的关系随着Z值的增加，变形抗力增加。同一Z值下，变形程度增大，变形抗力也随着增大。6.1.4轧制道次间变形抗力的变化图6-220.08%C-0.22%Si-1.54%Mn-0.03%Nb钢在多道次压缩试验中的应力-应变曲线（原始晶粒直径53m）图6-23Si-Mn钢进行三段变形实验时的待温时间、变形温度对软化度的影响图6-24含0.03%Nb钢的待温时间、变形温度对软化度的影响图6-25Si-Mn钢和含0.03%Nb钢预应变对软化度的影响6.1.5（）两相区轧制时的变形抗力特点：同—温度下铁素体相的变形抗力要比奥氏体相低得多，因此在（）两相区轧制时的轧制压力要比在奥氏体低温轧制时低。ⅠⅡⅢⅠ区：单相区，随温度下降，变形抗力增加。Ⅱ区：两相区，转变过程中造成的软化大于温度下降造成的硬化，表现为变形抗力下降。Ⅲ区：单相区，随温度下降，变形抗力增加。

图6.25变形量和变形后停留时间对材料硬度的影响

(0.05％C,0.17％Mn钢，do：初始晶粒直径)6.1.6热连轧时变形积累和形变热对变形抗力的影响升温量在绝热条件下：式中Km一变形抗力；一相对变形量；j一热工当量；c一比热；一钢材密度。变形抗力越大、压下率越大，温度上升就越高。加工升温的结果就可能使组织发生变化。6.4考虑变形累积效果时的变形抗力计算这个方法的基本思路是：利用以变形量、变形速度和变形温度为函数的变形抗力公式为基础，用考虑了累积残留变形的有效变形项代替原变形抗力公式中的变形量项，求出考虑变形累积效果时的变形抗力。

以厚板轧机上控制轧制所产生的累积效果为例。当i道次上的压下变形为i时，至i道次时的残留累积变形为i，i道的有效变形i则为：（6-5） 其残余变形系数i则为：(6-6)值应在01间变化，是成分和轧制条件的函数

。当=1在道次之间就完全没有回复()。当=0时就完全软化()。i道次上的有效变形的一般表达式可用下式表示：图6-27变形温度、变形间隔时间对残留变形系数的影响压缩变形间隙时间：1s到20s。结果表明：铌钢在1000℃以上变形几乎为零，750℃变形几乎等于1。实际厚板精轧机上的轧制间隙时间是6～10s的范围。在这个范围内对轧制间隙时间的依赖关系是不大的。所以计算轧制负荷时仅仅是温度的函数。7钢材控制冷却理论基础7.1钢材水冷过程中的物理现象7.1.1水冷时的沸腾换热现象（1）四个换热规律完全不同的区域：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾。（2）三种主要的水冷方法：喷水冷却、连续水流冷却、浸入冷却。为了改善钢材的组织状态，提高钢材性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力。

qmaxqmin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。把这种用液滴群冷却的方法叫做喷射冷却。该方法适合于一般冷却及各种用途的喷嘴。但是用同一喷嘴所能控制的冷却能力范围不太宽，并且需要比其它方法施加更高的压力。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，这种冷却方法叫做雾化冷却。有两种雾化冷却情况：用空气加速水滴；用空气使水滴微细化。层流冷却：层流就是使低水头的水从水箱或集水管中通过弯曲管的作用形成一无旋和无脉动的流股，这种流股从外观上看如同透明的棒一样，液体质点无任何混杂现象。这样的层流态的水从一定高度降落到钢板表面上会平稳地向四周流去，从而扩大了冷却水同板材的有效接触，大大提高了冷却效率。层流冷却的特点是冷却设备的流量范围基本上是一定的。7.1.2相变热释放现象（1）钢在冷却过程中由面心立方结构的奥氏体组织向体心立方结构的铁素体转变，钢发生体积膨胀，同时释放出相变热。（2）相变热释放的温度范围和释放的热量主要受钢的化学成分和冷却速度影响。7.2对流换热系数及其确定方法（1）钢的换热系数是表示冷却能力的重要指标。（2）钢材与冷却介产生对流换热，受到导热规律和流体流动规律的支配，是一种复杂的热传递过程。（3）牛顿冷却公式：（4）换热系数的测定一般由水冷时的钢材冷却曲线求出，即所谓非稳定实验方法，或者通过加热使钢材保持一定温度，此即稳定冷却实验方法。7.3控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择（1）重要目的之一是通过控制冷却能够在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。（2）对于高碳钢和高碳合金钢控制冷却的目的则是防止变形后的奥氏体晶粒长大，降低以致阻止网状碳化物的析出量和降低级别，减小珠光体球团尺寸，改善珠光体形貌和片层间距，从而改善钢材的性能。（3）控制冷却钢材的性能取决于轧制条件和冷却条件（开冷温度、冷却速度、终冷温度等）。（4）一般把轧后控制冷却过程分为一次冷却、二次冷却和三次冷却（空冷）。一次冷却是指从终轧温度开始到变形奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arcm温度范围内的冷却控制，即控制开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。目的是控制变形奥氏体的组织状态，阻止奥氏体晶粒的长大，阻止碳化物析出，固定因变形而引起的位错，降低相变温度，为相变做组织上的准备。二次冷却是指从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。二次冷却的目的是控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度，即控制相变过程，以保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。三次冷却（空冷）是指相变后至室温范围内的冷却。对于低碳钢，冷却速度对组织没有影响；对于含铌钢在空冷过程中发生碳氮化物析出，对产生的贝氏体产生轻微的回火效果；对于高碳钢或高碳合金钢相变后空冷时将使快冷来不及的过饱和碳化物继续