材料加工组织性能控制(第四章)XXXX9

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。工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了温度附近(550500℃)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、通过冷却型。图2-9轧制后冷却对抗拉强度、断面转变温度的影响4.1CCT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。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：02004006008001000-2024681012温度℃膨胀率x10-35℃/s02004006008001000-4-2024681012膨胀率X10-3温度0.08/sAc1=750℃Ac3=902℃Ar1=764℃Ar3=823℃11010010001000002004006008001000温度℃时间s原始状态:热轧奥氏体化温度:950℃,10分0.08℃/s0.5℃/s1℃/s5℃/s10℃/s30℃/s50℃/sFHV559381344265261264263263Ms=477℃(计算）Ac1=750℃Ac3=902℃F+PBM80℃/s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4-2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4-30.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min4.2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，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4-7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4.3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：1-44C/s；2-22C/s；3-14C/s；4-0.7C/s图4-6晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）1-轧制温度1000C；2-轧制温度950C；3-轧制温度850C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）。4.3.2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4.3.3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。4.3.4混合组织的影响总结：(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。4.4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图4-16加热温度对力学性能的影响1-0.7C/s,850CF.T,2-10C/s,850CF.T;3-10C/s,710CF.T,4-0.7C/s,5-15C/s,6-20C/s4.4.2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。4.4.3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4.4.4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