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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: