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1、7.1 中高碳钢奥氏体的再结晶行为 铌对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响 在中碳钢中添加铌同样可以延迟奥氏体再结晶。 图7-1 0.43C，1.4Mn钢， 晶粒再结晶行为 (1200C加热后 轧制1道次，原始晶粒度为1级) 图7-2 0.40%C，1.38Mn，0.023 Nb钢的晶粒再结晶行为 图7-4 C量对Nb钢与不加Nb钢 临界压下率的影响 （2）碳对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的 影响 不含铌钢： 加铌钢：随碳含量 临界压下量。 碳量的多少决定了Nb的固 溶量，碳量Nb的固溶量 ，轧制时析出量，阻 止再结晶作用小。 图7-5 轧制前加热温度对 0.4%C，1.38Mn，0.02
2、3 Nb钢临界压下率的影响效果 原因：固溶量增 加阻止奥氏体再 结晶作用加强。 （2）铌、碳对中高碳钢奥氏体再结晶晶粒度的影响 图7-6 压下率、轧制温度对中碳钢（加Nb与不加Nb）轧制后 再结晶晶粒度的影响 图中得到：1)压下率愈大、所得再结晶奥氏体晶粒愈细；2) 轧制温度对奥氏体晶粒尺寸的影响较小；3)在同一变形条件 下，加入铌的中碳钢比不加铌的中碳钢的再结晶晶粒细；4 ）碳含量对再结晶晶粒度影响较小。 图7-7 压下率对含Nb和不含Nb中高碳钢 轧制后再结晶晶粒度的影响 7.2中高碳钢控制轧制钢材的组织状态 （1）常温组织以铁素体为主的钢材(Mn1.0%) 成分：0.42C，0.55Mn
3、、0.032Ni 加热温度：1200C 普通轧制 ：第一阶段压下率：50%，第二阶段压下 率： 35，终轧温度：再结晶区下限（1050C1000C) 所得常温组织 ：铁素体和珠 光体；所占面 积：各50%；铁 素体晶粒：8级 。 图7-7-1 0.42%C-0.55%Mn- 0.023%Nb钢的常规轧制组织（ 200） 控制轧制工艺 ： 第一阶段：压下率：50%，最 后 一道温度：再结晶区下限（10501100C）； 第二阶段轧制：终轧温度：870C，压下率分别 为： 1)35%：铁素体晶粒比普通轧制时的铁素体晶粒 细小，珠光体变得粗大。原因： 2)压下率为50%：部分再结晶区轧制，铁素体 和
4、 珠光体基本上都得到均匀细化。 3)压下率为75%：铁素体晶粒组织更细化、均 匀，晶粒度达到1213级。 中碳钢，如Mn1%，钢的主体为铁素体时，仍是 铁素体细化机理在起作用。控制轧制铁素体 和 珠光体充分细化。 图7-7-2 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb钢的控制轧制组织 (a)35%;(b)50%;(c)75% （2）常温组织以珠光体为主的钢材 0.43%C，1.40Mn钢： 普通热轧：所得到的组织:铁素体在即将转变的 奥氏体晶界上生成网状组织。 控制轧制(再结晶区中轧制)：奥氏体再结晶晶 粒 细化铁素体及珠光体组织都得到细化。随着 变 形量的增加，细化程度增加。 0.43
5、%C，1.38%Mn、0.023%Nb钢：相同条件进行 控 轧，存在的问题： 总结: 中碳钢（尤其加铌钢）低温轧制不利。最 好 在奥氏体再结晶区进行充分的轧制尽量细化奥氏 体晶粒。 （3）共析钢 共析钢控制轧制目的：珠光体团得到细化。 珠光体球团尺寸取决于晶粒尺寸，随着晶粒 尺 寸，珠光体球团直径。 过共析钢控制轧制目的：珠光体球团变小，同 时 亦使析出的网状碳化物变薄。要在奥氏体再结 晶 区轧制，使奥氏体晶粒细小。 7.3 中高碳钢的组织与力学性能的关系 (1) 中高碳钢组织对性能的影响 1)对强度的影响 重要因素：珠光体的片层间距。 式中0为纯铁 素体强度，S、0.2为材料 的 屈服强度，
6、I0为珠光体的片层间距，Ky为系数 。 各种强化因素对抗拉强度的影响： 2)对塑性的影响: 图7-10球状珠光体直径(dy)和断面收缩率关系 珠光体球直径愈细，断面收缩率愈大， 珠光体片层间距愈小延性愈好。 碳化物体积和球化处理对的T影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火 （片状渗碳体） 含碳量和球化处理对u的影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正 火（片状渗碳体） 3)对韧性的影响： 各强化因素对冲击值转变温度ITT的影响： 珠光体碳分冲淡系数： （2）控制轧制中组织性能的变化 强度变化： 图7-12 碳含量对控制轧制材 (CR)与普通轧制材(HR)强度的影 响 碳量0.2%0.3%：
7、 含0.4%C以上： 含0.8%C以上的钢： 强度降低原因： 1）珠光体的片层间距及珠光体(领域)的大小 与 奥氏体晶粒尺寸毫无关系。 图8-13 560C（833K）及600C（873K）铅浴淬火的珠光 体领域直径和层间距与晶粒度的关系 (a)珠光体领域直径和 晶粒度的关系；(b)珠光体片层间距与 晶粒度的关系 2）温度愈低、 晶粒愈细，珠光体成核点愈 多。珠光体开始转变线 和终了转变线 发生变 化。 珠光体相变曲线随化温度的 移动状况 珠光体生成温度和层间距的关系 塑性、韧性的变化： 图7-12-1 碳含量对控制轧制材(CR) 与普通轧制材(HR)塑性、韧性的影响 碳量在0.2%0.8%范
8、围 内，控制轧制的脆性转 化温度低。断面收缩率 在0.20.8%C范围内， 控制轧制材高，延伸率 两者相差不大。对 0.4%C钢，控轧材略低 ，对0.8C钢，控轧材 略高。 塑性决定于珠光体球团、片层间距两个因素的迭加。 总结： 1)铁素体为主的钢，细化铁素体晶粒来提高强度 和韧性； 2)珠光体为主的钢，控制轧制使强度降低，韧性 提高。对此类钢必须采用再结晶型控轧。 3)对中高碳钢，轧后控制冷却，使珠光体在低温 度下产生，得到细片层珠光体，可提高强度和韧 性。 8 控制轧制中的变形抗力 图8-1-1 影响变形抗力的各种参数之间的内在关系 8.1影响变形抗力的金属学因素 8.1.1合金元素的影响
9、 图8-1 0.10C-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8-2 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 。这些元素是通 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8-3 1.10%Mn钢中碳含量对热强 度的影响 碳的影响： 氮的影响：不会引起热变 形抗力显著改变，但形成 的氮化铝或氮化钛等氮化 物的可引起 晶粒细化。 图8.4 试样显示出最大拉 伸负荷时的变形抗力 图8.5 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 /s 8.1.2 晶
10、粒尺寸的影响 图8.6 0.09%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：1150C；变形温度： 900C；应变速率：78 /s 图8.7 晶粒尺寸对变形应力 的影响 图8.8 1150C加热，钢的 应力-应变曲线 图8.9 950C加热，钢的 应力-应变曲线 8.1.3 变形条件的影响 (1)变形程度的影响 (8-1) 图8.10 加热到1150C钢的屈服 应力和应变动力法则的关系 图8.11 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： （8-2） 式中 T:变形温度；A、 ：常数 图8-
11、12 碳钢的变形抗力-温度曲线 -0.15%钢，=20%；-0.25%钢 ；-0.55%钢，=20% （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） ： (8-3) Km-平均变形抗力； 为平均变形速度， 、 为常数。 变形速度较大时（ ） (8- 4) （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。 8.2 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
12、就越高 。 加工升温的结果就可能使组织发生变化。 8.3 轧制道次间变形抗力的变化 图8-22 0.08%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8-23 Si-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8-24 含0.03%Nb钢的待温时 间、变形温度对软化度的影响 图8-25 Si-Mn钢和含0.03%Nb钢预应变 对软化度的影响 不含Nb钢： 含Nb钢： 8.4 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： （8-5 ） 其残余变形系数i则为： (8-6) 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：
