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1、6.轧后冷却过程中钢组织变化 控制冷却意义：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。 控制冷却目的： 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。 OLAC:On Line Accelerated Cooling 工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了 温度附近(550500)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。 6.
2、1 CCT曲线及转变产物 目的： 等温转变曲线(TTT曲线)： 连续冷却转变曲线(CCT曲线)： 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。 CCT曲线分类： 膨胀仪 热模拟试验机 静态CCT曲线动态CCT曲线 全自动膨胀仪试样尺寸规格 热模拟试验机试样尺寸规格 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： （1）标定临界点温度 （2）相变点温度的确定 加热 保温 冷却 K60钢静态CCT实验不同冷速下的相变点温度、 最终硬度和室温组织 编号 冷速 ，/s 开始温度 ， 结束温度 ， 最终硬度 ，HV0.2 室
3、温组织 10.5640460145 PF+少量 P+QF 21585440213 PF+QF+GB F 33530390236QF+GBF 45495370203QF+GBF 510460320253GBF+LBF 615485330307GBF+LBF 725475300258GBF+LBF 835505280298LBF 950500320299LBF 1075465280222LBF K60管线钢不同冷却速度下的金相组织及原始组织 (a)0.5/s; (b)1/s; (c)3/s; (d)5/s （3）CCT曲线的绘制 图6-1 共析钢连续冷却转变曲线 冷却速度不同对转变的影响 ： 1）
4、过冷度不同；2）转变开 始和终了的时间不同；3）转 变所经历的温度区间不同。 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6-2 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6-3 0.30%C钢连续冷却转变曲线奥 氏体化温度:930C;时间:30min 6.2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：
5、 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 （即：控制冷速和停 止控冷的温度），保 证钢材快冷后得到所 要求的金相组织和力 学性能。 图6-6 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
6、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
7、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6-7 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 6.3 显微组
8、织对控制冷却材的强度和韧性的影响 6.3.1 铁素体晶粒度的影响 图6-5 再结晶晶粒度与晶粒度的关系 冷却速度：1-44C/s；2-22C/s ；3-14C/s ；4-0.7C/s 图6-6 晶粒度与脆性转化温度的关 系（Si-Mn） 1-轧制温度1000C ；2-轧制温度 950C ；3-轧制温度850C （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）。 6.3.2 贝氏体的影响 图6-7 抗张强度随贝氏体和（或 ）珠光体的体积分数的变化 图6-8 贝氏体（+珠光体）的体积百 分数与vTrs的关系，N-晶粒度 6.3.3 马氏
9、体的影响 图6-9 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 。 6.3.4 混合组织的影响 6.3.5 轧后控制冷却强化增量的分析 控冷材强度提高量表达式： 6.4高温形变热处理 定义： 图6-16 高温形变淬火示意图 （1）变形温度对性能的影响 图6-17 变形温度与奥氏体 晶粒大小、屈服应力和抗 拉强度的关系 图6-18 变形温度与延伸率、 断面收缩率和冲击功的关系 （2）变形程度对性能的影响 图6-19 变形温度与屈服应 力和抗拉强度的关系 图6-20 变形温度与延伸率 、断面收缩率、冲击韧性 的关系 （3
10、）冷却速度对性能的影响 为得到淬火马氏体组织必须采用连续浸水冷却方 式。 （4）回火温度对性能的影响 回火温度与回火索氏体中渗碳体颗粒大小和分 散程度有关。 图6-23 轧制温度900C， 轧后水冷，600C回火的 电镜照片 10000 图6-24 轧制温度900C， 轧后水冷，700C回火的 电镜照片 10000 钢材经“控轧+水冷+高温回火” 处理后， 另一重要强化机制是位错和亚晶。 中碳钢“控轧+水冷+高温回火”，组织为 回火索氏体。渗碳体颗粒所起的强化作用 大小取决于颗粒大小、颗粒间距、颗粒的 体积分数。 6.6 热轧钢材水冷后温度场的计算 稳态温度场 ： 非稳态温度场： 6.6.1 轧件冷却过程的分析 物体热量传递的三种基本方式：导热、对流和辐 射。 轧制过程三个阶段的传热情况（表面）： 轧件内部： 6.6.2 温度场计算的基本原理 首先建立钢材内部热量传递的导热微分方 程。 傅里叶定律 ： 能量守恒定律： 建立起导热微分方程的基本形式： 其次建立定解条件 。 包括： 初始条件： 边界条件 ： -物体的导热系数； tf-物体温度； tw-物体边界温度。 在非稳态导热时，式中的及tf均为时间的函数。 最后，钢材温度场的计算就是对上面建立 起来的导热微分方程和边界条件的联立方 程求解。 求解方法：两大类 理论解 数值解
