宮明龍-控制軋制課件(第六課)

6控制軋制中的變形抗力圖6-1-1影響變形抗力的各種參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系6.1影響變形抗力的因素6.1.1晶粒尺寸的影響圖6.60.08%C-0.22%Si-1.45%Mn鋼的原始晶粒尺寸對其熱變形強(qiáng)度的影響加熱溫度：950-1150C；變形溫度：900C；應(yīng)變速率：78/s圖6.7晶粒尺寸對變形應(yīng)力的影響6.1.2合金元素的影響圖6-10.10C-0.25%Si-1.1.%Mn鋼中微量合金元素對其熱變形強(qiáng)度的影響圖6-2微量合金對熱變形強(qiáng)度的影響微量元素Nb使變形抗力明顯增大。原因：通過抑制多道次軋制時(shí)的道次間的軟化過程，來對變形抗力產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。圖6-31.10%Mn鋼中碳含量對熱強(qiáng)度的影響圖6.81150C加熱，鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖6.9950C加熱，鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖6.4試樣顯示出最大拉伸負(fù)荷時(shí)的變形抗力圖6.5變形率10%時(shí)鋼中含碳量對變形抗力的影響加熱溫度：1150C；變形溫度：900C；應(yīng)變速率：78/s6.1.3變形條件的影響(1)變形程度的影響(6-1)圖6.10加熱到1150C鋼的屈服應(yīng)力和應(yīng)變動(dòng)力法則的關(guān)系圖6.11加熱到950C鋼的屈服應(yīng)力和應(yīng)變動(dòng)力

(2)變形溫度的影響變形抗力與變形溫度的關(guān)系可用下式表示：

（6-2）

式中T:變形溫度；A、：常數(shù)（3）變形速度的影響變形抗力隨變形速度的變化（變形速率較?。?6-3)

Km-平均變形抗力；為平均變形速度，、為常數(shù)。

變形速度較大時(shí)（）（4）變形程度、變形溫度和變形速度的綜合影響

（5）變形抗力與Z的關(guān)系隨著Z值的增加，變形抗力增加。同一Z值下，變形程度增大，變形抗力也隨著增大。6.1.4軋制道次間變形抗力的變化圖6-220.08%C-0.22%Si-1.54%Mn-0.03%Nb鋼在多道次壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（原始晶粒直徑53m）圖6-23Si-Mn鋼進(jìn)行三段變形實(shí)驗(yàn)時(shí)的待溫時(shí)間、變形溫度對軟化度的影響圖6-24含0.03%Nb鋼的待溫時(shí)間、變形溫度對軟化度的影響圖6-25Si-Mn鋼和含0.03%Nb鋼預(yù)應(yīng)變對軟化度的影響6.1.5（）兩相區(qū)軋制時(shí)的變形抗力特點(diǎn)：同—溫度下鐵素體相的變形抗力要比奧氏體相低得多，因此在（）兩相區(qū)軋制時(shí)的軋制壓力要比在奧氏體低溫軋制時(shí)低。ⅠⅡⅢⅠ區(qū)：單相區(qū)，隨溫度下降，變形抗力增加。Ⅱ區(qū)：兩相區(qū)，轉(zhuǎn)變過程中造成的軟化大于溫度下降造成的硬化，表現(xiàn)為變形抗力下降。Ⅲ區(qū)：單相區(qū)，隨溫度下降，變形抗力增加。

圖6.25變形量和變形后停留時(shí)間對材料硬度的影響

(0.05％C,0.17％Mn鋼，do：初始晶粒直徑)6.1.6熱連軋時(shí)變形積累和形變熱對變形抗力的影響升溫量在絕熱條件下：式中Km一變形抗力；一相對變形量；j一熱工當(dāng)量；c一比熱；一鋼材密度。變形抗力越大、壓下率越大，溫度上升就越高。加工升溫的結(jié)果就可能使組織發(fā)生變化。6.4考慮變形累積效果時(shí)的變形抗力計(jì)算這個(gè)方法的基本思路是：利用以變形量、變形速度和變形溫度為函數(shù)的變形抗力公式為基礎(chǔ)，用考慮了累積殘留變形的有效變形項(xiàng)代替原變形抗力公式中的變形量項(xiàng)，求出考慮變形累積效果時(shí)的變形抗力。

以厚板軋機(jī)上控制軋制所產(chǎn)生的累積效果為例。當(dāng)i道次上的壓下變形為i時(shí)，至i道次時(shí)的殘留累積變形為i，i道的有效變形i則為：（6-5） 其殘余變形系數(shù)i則為：(6-6)值應(yīng)在01間變化，是成分和軋制條件的函數(shù)

。當(dāng)=1在道次之間就完全沒有回復(fù)()。當(dāng)=0時(shí)就完全軟化()。i道次上的有效變形的一般表達(dá)式可用下式表示：圖6-27變形溫度、變形間隔時(shí)間對殘留變形系數(shù)的影響壓縮變形間隙時(shí)間：1s到20s。結(jié)果表明：鈮鋼在1000℃以上變形幾乎為零，750℃變形幾乎等于1。實(shí)際厚板精軋機(jī)上的軋制間隙時(shí)間是6～10s的范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)對軋制間隙時(shí)間的依賴關(guān)系是不大的。所以計(jì)算軋制負(fù)荷時(shí)僅僅是溫度的函數(shù)。7鋼材控制冷卻理論基礎(chǔ)7.1鋼材水冷過程中的物理現(xiàn)象7.1.1水冷時(shí)的沸騰換熱現(xiàn)象（1）四個(gè)換熱規(guī)律完全不同的區(qū)域：自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。（2）三種主要的水冷方法：噴水冷卻、連續(xù)水流冷卻、浸入冷卻。為了改善鋼材的組織狀態(tài)，提高鋼材性能，縮短熱軋鋼材的冷卻時(shí)間，提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力。

qmaxqmin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。把這種用液滴群冷卻的方法叫做噴射冷卻。該方法適合于一般冷卻及各種用途的噴嘴。但是用同一噴嘴所能控制的冷卻能力范圍不太寬，并且需要比其它方法施加更高的壓力。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，這種冷卻方法叫做霧化冷卻。有兩種霧化冷卻情況：用空氣加速水滴；用空氣使水滴微細(xì)化。層流冷卻：層流就是使低水頭的水從水箱或集水管中通過彎曲管的作用形成一無旋和無脈動(dòng)的流股，這種流股從外觀上看如同透明的棒一樣，液體質(zhì)點(diǎn)無任何混雜現(xiàn)象。這樣的層流態(tài)的水從一定高度降落到鋼板表面上會平穩(wěn)地向四周流去，從而擴(kuò)大了冷卻水同板材的有效接觸，大大提高了冷卻效率。層流冷卻的特點(diǎn)是冷卻設(shè)備的流量范圍基本上是一定的。7.1.2相變熱釋放現(xiàn)象（1）鋼在冷卻過程中由面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體組織向體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體轉(zhuǎn)變，鋼發(fā)生體積膨脹，同時(shí)釋放出相變熱。（2）相變熱釋放的溫度范圍和釋放的熱量主要受鋼的化學(xué)成分和冷卻速度影響。7.2對流換熱系數(shù)及其確定方法（1）鋼的換熱系數(shù)是表示冷卻能力的重要指標(biāo)。（2）鋼材與冷卻介產(chǎn)生對流換熱，受到導(dǎo)熱規(guī)律和流體流動(dòng)規(guī)律的支配，是一種復(fù)雜的熱傳遞過程。（3）牛頓冷卻公式：（4）換熱系數(shù)的測定一般由水冷時(shí)的鋼材冷卻曲線求出，即所謂非穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)方法，或者通過加熱使鋼材保持一定溫度，此即穩(wěn)定冷卻實(shí)驗(yàn)方法。7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇（1）重要目的之一是通過控制冷卻能夠在不降低材料韌性的前提下進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度。（2）對于高碳鋼和高碳合金鋼控制冷卻的目的則是防止變形后的奧氏體晶粒長大，降低以致阻止網(wǎng)狀碳化物的析出量和降低級別，減小珠光體球團(tuán)尺寸，改善珠光體形貌和片層間距，從而改善鋼材的性能。（3）控制冷卻鋼材的性能取決于軋制條件和冷卻條件（開冷溫度、冷卻速度、終冷溫度等）。（4）一般把軋后控制冷卻過程分為一次冷卻、二次冷卻和三次冷卻（空冷）。一次冷卻是指從終軋溫度開始到變形奧氏體向鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度Ar3或二次碳化物開始析出溫度Arcm溫度范圍內(nèi)的冷卻控制，即控制開始快冷溫度、冷卻速度和快冷終止溫度。目的是控制變形奧氏體的組織狀態(tài)，阻止奧氏體晶粒的長大，阻止碳化物析出，固定因變形而引起的位錯(cuò)，降低相變溫度，為相變做組織上的準(zhǔn)備。二次冷卻是指從相變開始溫度到相變結(jié)束溫度范圍內(nèi)的冷卻控制。二次冷卻的目的是控制鋼材相變時(shí)的冷卻速度和停止控冷的溫度，即控制相變過程，以保證鋼材快冷后得到所要求的金相組織和力學(xué)性能。三次冷卻（空冷）是指相變后至室溫范圍內(nèi)的冷卻。對于低碳鋼，冷卻速度對組織沒有影響；對于含鈮鋼在空冷過程中發(fā)生碳氮化物析出，對產(chǎn)生的貝氏體產(chǎn)生輕微的回火效果；對于高碳鋼或高碳合金鋼相變后空冷時(shí)將使快冷來不及的過飽和碳化物繼續(xù)