材料加工組織性能控制(第六章)

1、6.6.軋后冷卻過程中鋼組織變化軋后冷卻過程中鋼組織變化控制冷卻意義：熱軋變形奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度(Ar3)相變后的鐵素體晶粒易長大造成力學(xué)性能降低。控制冷卻實(shí)質(zhì)：對(duì)控制軋制后的奧氏體用高于空冷的速度從Ar3以上的溫度控制冷卻至相變溫度區(qū)域，使鐵素體進(jìn)一步晶粒細(xì)化?？炖鋸?qiáng)化機(jī)理與控軋機(jī)理的區(qū)別:GoOLAC:On Line Accelerated Cooling工藝：從Ar3以上的溫度開始，在相變終了溫度附近(550500)結(jié)束，然后進(jìn)行空冷。組織：細(xì)晶粒鐵素體和微細(xì)彌散型貝氏體的混合組織。對(duì)強(qiáng)度及韌性的影響:控制冷卻設(shè)備：必須能均勻控制長、寬、厚方向鋼板的性能。冷卻方式：同時(shí)冷卻型、通過冷

2、卻型。6.1 CCT曲線及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物目的： 等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)：連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)：CCT曲線的測(cè)量:膨脹法測(cè)CCT曲線原理：各相具有不同的比容：馬氏體體素體珠光體奧氏體碳化物。CCT曲線分類：膨脹儀膨脹儀熱模擬試驗(yàn)機(jī)熱模擬試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)靜態(tài)CCTCCT曲線曲線動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)CCTCCT曲線曲線全自動(dòng)膨脹儀試樣尺寸規(guī)格全自動(dòng)膨脹儀試樣尺寸規(guī)格 熱模擬試驗(yàn)機(jī)試樣尺寸規(guī)格熱模擬試驗(yàn)機(jī)試樣尺寸規(guī)格 實(shí)驗(yàn)步驟：選定奧氏體化溫度及保溫時(shí)間：確定冷卻速度：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：（1）標(biāo)定臨界點(diǎn)溫度（2）相變點(diǎn)溫度的確定02004006008001000-4-2024681012膨脹率X10-3溫度0.08

3、/sAc1=750Ac3=902Ar1=764Ar3=82302004006008001000-2024681012溫度 膨脹率x10-35/s加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻K60鋼靜態(tài)鋼靜態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)不同冷速下的相變點(diǎn)溫度、實(shí)驗(yàn)不同冷速下的相變點(diǎn)溫度、最終硬度和室溫組織最終硬度和室溫組織編號(hào)編號(hào)冷速冷速，/s開始溫度開始溫度，結(jié)束溫度結(jié)束溫度，最終硬度最終硬度，HV0.2室溫組織室溫組織10.5640460145PF+少量少量P+QF21585440213PF+QF+GBF33530390236QF+GBF45495370203QF+GBF510460320253GBF+LBF6154853303

4、07GBF+LBF725475300258GBF+LBF835505280298LBF950500320299LBF1075465280222LBF K60 K60管線鋼不同冷卻速度下的金相組織及原始組織管線鋼不同冷卻速度下的金相組織及原始組織(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曲線的繪制曲線的繪制圖6-1 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 轉(zhuǎn)變中止線：轉(zhuǎn)變中止線：表示冷卻曲線表示冷卻曲線與此線相交時(shí)轉(zhuǎn)變并未最后與此線相交時(shí)轉(zhuǎn)變并未最后完成，但奧氏體停止了分解，完成，但奧氏體停止了分解，

5、剩余部分被過冷到更低溫度剩余部分被過冷到更低溫度下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。兩個(gè)臨界冷卻速度：兩個(gè)臨界冷卻速度：圖6-2 冷卻速度對(duì)共析鋼奧氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域(a)及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(b)的影響1- 1-珠光體轉(zhuǎn)變開始線;2-珠光體轉(zhuǎn)變終了線3-珠光體轉(zhuǎn)變終止線;4-馬氏體轉(zhuǎn)變開始線;5-馬氏體轉(zhuǎn)變終了線圖6-3 0.30%C鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線奧氏體化溫度:930C;時(shí)間:30min6.2控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇各階段冷卻目的：1)高溫終軋：a)奧氏體狀態(tài)：b）慢冷的結(jié)果：2)低溫終軋：a)奧氏體狀態(tài)：b)變形的影響：c）慢冷的結(jié)果：3)高碳鋼和高碳合金鋼：軋后控冷分三階段：一次

6、冷卻：從終軋溫度Ar3或Arcm溫度范圍。目的： （1）控制變形奧氏體的組織狀態(tài)；（2）固定位錯(cuò)；（3）降低相變溫度。一次冷卻開始快冷溫度的影響：二次冷卻：從相變開始相變結(jié)束。目的：控制相變過程（具體：），保證鋼材快冷后得到所要求的金相組織和力學(xué)性能。 圖6-6 控制軋制CCT曲線在不同冷卻速度時(shí)的組織形態(tài)實(shí)線：Nb鋼；虛線：Si-Mn鋼三次冷卻(空冷）：相變后至室溫范圍內(nèi)的冷卻。目的： 對(duì)低碳鋼：沒有什么影響。對(duì)含Nb鋼：發(fā)生碳氮化物析出。對(duì)高碳鋼或高碳合金鋼：冷卻方法： 1)噴水冷卻(噴流冷卻)：水從壓力噴嘴中以一定壓力噴出水流，而水流為連續(xù)的，沒有間斷現(xiàn)象，但是呈紊流狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：穿透性好

7、，在水膜比較厚的時(shí)候采用。應(yīng)用：中厚鋼板軋后冷卻和鋼板淬火時(shí)；在型鋼冷卻中進(jìn)行局部冷卻。缺點(diǎn)：水的噴濺利害，水的利用率較差。 2)噴射冷卻：將水加壓由噴嘴噴出的時(shí)候，如果超過連續(xù)噴流的流速時(shí)則水流發(fā)生破斷，形成液滴群沖擊被冷卻的鋼材表面。應(yīng)用：一般冷卻及各種用途的噴嘴。缺點(diǎn)：控制的冷卻能力范圍不太寬，需要比其它方法施加更高的壓力。 3)霧化冷卻：用加壓空氣使水霧化，水和高壓高速氣流一起從噴嘴噴出形成霧狀。缺點(diǎn)：系統(tǒng)比較復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用增加、噪音大、車間霧氣較大。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整冷卻能力的范圍較大，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)風(fēng)冷、弱水冷、噴水冷，且冷卻比較均勻。 4)層流冷卻：給以一定壓力的水從噴嘴噴出形成噴流，當(dāng)噴

8、射的出口速度比較低時(shí)，形成平滑的噴射噴流，平滑的層狀噴流落到一定距離時(shí)，由于水的加速度影響而破斷成液滴流，破壞了層流狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：噴流可在一較長距離內(nèi)保持水的層流狀態(tài)，獲得很強(qiáng)的冷卻能力。應(yīng)用：一般在要求強(qiáng)冷時(shí)使用。目前鋼板生產(chǎn)中采用管層流和板層流二種方式。 圖6-7 各種冷卻方法的冷卻能力 熱軋寬帶鋼機(jī)組輸出輥道上冷卻布置6.3 6.3 顯微組織對(duì)控制冷卻材的強(qiáng)度和韌性的影響顯微組織對(duì)控制冷卻材的強(qiáng)度和韌性的影響6.3.16.3.1 鐵素體晶粒度的影響鐵素體晶粒度的影響 圖6-5 再結(jié)晶晶粒度與晶粒度的關(guān)系冷卻速度：1-44C/s；2-22C/s ；3-14C/s ；4-0.7C/s圖6-6

9、晶粒度與脆性轉(zhuǎn)化溫度的關(guān)系（Si-Mn）1-軋制溫度1000C ；2-軋制溫度950C ；3-軋制溫度850C（1 1）鐵素體晶粒度與）鐵素體晶粒度與vTrs vTrs 關(guān)系：關(guān)系：（2 2）在相同在相同的鐵素體晶粒度下，降低的鐵素體晶粒度下，降低終軋溫度可使韌性得到改終軋溫度可使韌性得到改善（原因）。善（原因）。6.3.2 貝氏體的影響圖6-7 抗張強(qiáng)度隨貝氏體和（或）珠光體的體積分?jǐn)?shù)的變化圖6-8 貝氏體（+珠光體）的體積百分?jǐn)?shù)與vTrs的關(guān)系，N-晶粒度6.3.3 馬氏體的影響 圖6-9 馬氏體對(duì)沖擊性能的影響 生成生成10%10%的馬氏體可的馬氏體可使使vTrsvTrs提高提高3030

10、。因此，作為控制冷因此，作為控制冷卻材料，基本上不卻材料，基本上不應(yīng)使其生成馬氏體。應(yīng)使其生成馬氏體。6.3.4 混合組織的影響6.3.5 軋后控制冷卻強(qiáng)化增量的分析控冷材強(qiáng)度提高量表達(dá)式： pptysdK)(21BBtppbfKdK)(216.4高溫形變熱處理圖6-16 高溫形變淬火示意圖（1）變形溫度對(duì)性能的影響圖6-17 變形溫度與奧氏體晶粒大小、屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系 圖6-18 變形溫度與延伸率、斷面收縮率和沖擊功的關(guān)系（2）變形程度對(duì)性能的影響圖6-19 變形溫度與屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系 圖6-20 變形溫度與延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性的關(guān)系 （3 3）冷卻速度對(duì)性能的影響）

11、冷卻速度對(duì)性能的影響為得到淬火馬氏體組織必須采用連續(xù)浸水冷卻方為得到淬火馬氏體組織必須采用連續(xù)浸水冷卻方式。式。（4 4）回火溫度對(duì)性能的影響）回火溫度對(duì)性能的影響回火溫度與回火索氏體中滲碳體顆粒大小和分回火溫度與回火索氏體中滲碳體顆粒大小和分散程度有關(guān)。散程度有關(guān)。圖6-23 軋制溫度900C，軋后水冷，600C回火的電鏡照片 10000圖6-24 軋制溫度900C，軋后水冷，700C回火的電鏡照片 10000鋼材經(jīng)鋼材經(jīng)“控軋控軋+ +水冷水冷+ +高溫回火高溫回火” 處理后，另處理后，另一重要強(qiáng)化機(jī)制是位錯(cuò)和亞晶。一重要強(qiáng)化機(jī)制是位錯(cuò)和亞晶。中碳鋼中碳鋼“控軋控軋+ +水冷水冷+ +高溫回火高溫回火”，組織為，組織為回火索氏體。滲碳體顆粒所起的強(qiáng)化作用回火索氏體。滲碳體顆粒所起的強(qiáng)化作用大小取決于顆粒大小、顆粒間距、顆粒的大小取決于顆粒大小、顆粒間距、顆粒的體積分?jǐn)?shù)。體積分?jǐn)?shù)。6.6 熱軋鋼材水冷后溫度場的計(jì)算穩(wěn)態(tài)溫度場 ：非穩(wěn)態(tài)溫度場：6.6.1 軋件冷卻過程的分析物體熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。軋制過程三個(gè)階段的傳熱情況（表面）：軋件內(nèi)部： ),(zyxft 6.6.2 溫度場計(jì)算的基本原理首先建立鋼材內(nèi)部熱量傳遞的導(dǎo)熱微分方