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1、钢材控制轧制和控制冷却技术一、控制轧制在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度和温度制度的合 理控制，使塑性变形与固态相变结合以获得细小的经理组织，使钢材具有优异的综合力学性能（强度、韧性和焊接性能等）的轧制工艺。 二、控制冷却控制轧后钢材的冷却速度以达到改善组织性能的目的。三、控轧控冷工艺优点1、控轧2、控冷1 控制轧制与控制冷却 2控轧控冷理论 一、钢的强韧化1、钢的强化机制（1）固溶强化（ ）通过添加溶质元素（以点缺陷形式）使基体强化（改变化学成分）合金含量% 合金含量% 合金含量% 2控轧控冷理论（2）位错强化加工硬化是位错强化的外部表现（3）沉淀强化低合金钢中加入微量Nb、V、Ti
2、等元素，可形成碳化物、氮化物或碳氮化物，在轧制时或轧后冷却时，它仍析出第二相沉淀强化（4）晶界强化晶粒越细小，晶界相对越多，晶界对为错的运动的阻力越大。霍尔佩奇公式：（5）亚晶强化（6）相变强化（7） 二、钢的韧化1、影响韧性的因素（1）成分一般的，加入合金元素会使材料强度提高，但由于基体内缺陷增加，而会使塑性和韧性降低。（2）气体和夹杂物（3）加工工艺2控轧控冷理论2、强化机制对韧性的影响（1）固溶强化（2）位错强化。对塑性和韧性双重影响（3）沉淀强化（4）晶界强化细小均匀的晶粒既可提高强度又可改善塑性和韧性是控轧的 基本目标。（5）相变强化3、冷脆系数表示各强化机理和成分对强度和韧性的影响
3、表示有提高脆性断裂的倾向2控轧控冷理论三、热变形时钢的奥氏体变形与再结晶1、热变形时钢的再结晶高温A体区变形的钢，加工硬化与高温动态软化（动态回复和动态再结晶）同时进行。2、热变形间隙时间内A体再结晶（1）在道次间或加工后，A体区冷却时将发生静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。（2）各因素对A体平均晶粒尺寸的影响原始晶粒大小：原始晶粒越细，再结晶后晶粒也越细。 变形量：在一定轧制温度下，变形后A体晶粒尺寸随变形量增大而减小。但大压下率部分的晶粒细化效果减弱，60%压下率 甚至于没有细化作用，其极限植为2040 2控轧控冷理论变形温度晶粒大小是变形温度的弱函数，且取决于A体再结晶情况。变形速度：
4、与温度同样效果。变形后停留时间既会增加A体再结晶数量又会使再结晶A体晶粒长大。微量元素微合金元素在钢中以C和N化合物形式析出，起细化晶粒作用。溶于固溶体或分布在基体中小质点析出物都可阻止晶粒长大。但微合金元素有强烈抑制A体再结晶作用，可使再结晶数量减少、晶粒尺寸增大。 2控轧控冷理论3、再结晶区域图（1）以变形量为横坐标 ， 变形温度T为纵坐标的图 ，依变形后组织是否再结晶 分三个区域：未再结晶区部分再结晶区再结晶区2控轧控冷理论2）一道次轧后再结晶区域图区：回复区给予压下，反而 局部生成巨大晶粒，相变后组织不 均。区：再结晶和未再结晶的晶 粒混合物。区：细小再结晶晶粒，晶粒 大小随变形量增大
5、而细化。压下率大的部分完全再结晶区 低于临界变形量的部分，只有回复 的区介于两者之间为部分再结晶 区。（3）多道次轧制4、保温中A体晶粒长大2控轧控冷理论2控轧控冷理论四、在变形条件下的相变1、变形后的A体向铁素体的转变（A F）（1）再结晶A体晶粒生成F体晶粒、F体晶粒优先在A体晶界上生成，生成的F体晶粒有 块状（等轴的）也有呈针状的先共析F体（魏氏组织F体）。魏氏组织形成降低了钢的塑性和韧性，应减少和 消除。魏氏组织形成主要取决于钢的化学成分、A体晶粒大小和冷却速度。2控轧控冷理论1）含C量在0.150.5%间易形成魏氏组织。C 形成块状F体C 形成网状F体2）铌钢 普碳钢 钒钢顺序，铌钢
6、最易形成魏氏组织。3）A晶粒 5级（大于40 ）易形成魏氏组织。4）增加冷却速度会促进魏氏组织形成 、随A体晶粒的细化，F体晶粒成比例细化转换比，化学成分对转化比有影响。 、通常热轧通过形变再结晶克使A体晶粒细化2040 ，转变后的F体可细化20 （8级）阻碍魏氏组织的形成2控轧控冷理论（2）、部分再结晶A体晶粒 F体晶粒、由两部分组成1）再结晶细小在其晶界上析出F体晶粒细小。2）未再结晶晶粒受变形拉长，由于A没细化，F成核少，易形成粗大的F体和针状组织不均匀组织对韧性影响大。、经多道次轧制使部分再结晶晶粒变小或受变形拉长，晶内出现许多变形带。则转变后亦能得到细小F体组织，改善性能。 （3）从
7、未结晶A体F体晶粒、可能得到细小F体晶粒F体晶粒在晶界和变形带上形核。、也可得到粗细不均 的混晶F体。、获得何种组织取决于未再结晶区内是否得到均匀的变形带。2控轧控冷理论、总变形量和道次变形量要大。1）总变形量应 45%，可得F体晶粒 （1213级）2）一道次压下率越大，越易产生变形带，越易获得均匀组织。、未再结晶区材料强度由固溶强化（ ）和F体晶粒尺寸（d） 等决定。2控轧控冷理论（4）几种转变类型、A型、B型（再结晶型控制轧制）、型（未再结晶型控轧）、过渡型（介于、间）是在A体部分再结晶区内发生的转变（5）铁素体细化程度型 B型 过渡型 A型 型最细2控轧控冷理论2、变形条件对A F体转变
8、温度A r3的影响（1）测Ar3方法（2）变形条件对A r3的影响、变形对A r3影响两种情况。、变形条件对A r3的影响1）加热温度（原始A体晶粒度）2）轧制温度T2控轧控冷理论3）变形量4）冷却速度（3）A r3的变化对组织的影响、单纯从相变后F体晶粒长大观点Ar3低对获得细晶F体有利、变形引起相变温度的变化较复杂1）在再结晶区变形2）在未再结晶区变形（型控轧） 2控轧控冷理论3、变形条件对A P转变的影响（1）、变形使P体转变加速，从而使钢的淬透性变坏 。（2）、变形对A r1的影响2控轧控冷理论2控轧控冷理论4、铁素体的变形与再结晶（1）F体热加工中的组织变化、F体热加工应力应变曲线、
9、F体热加工软化方式、亚晶尺寸d（2）F体在变形间隙时的组织变化、F体发生静态回复和再结晶软化1）静态再结晶有条件的： （ 为临界值）2）影响静态再结晶的因素 、F体再结晶晶粒大小5、在两相区（A+F）轧制时组织性能变化（1）在两相区轧制时，A体与F体均发生变形（2）两相区轧制后的组织由变形未再结晶A体转变的等轴细小铁素体晶粒，以及被变形 的细长F体晶粒。同时在低温区变形促进了含Nb、V、Ti等微合 金化钢中碳化物的析出（形变诱导析出）。（3）性能变化、 增加、产生织构强度的方向性，并使高阶冲击能（韧性状态下冲击能）有所降低。 2控轧控冷理论6、三种类型的控制轧制（1）促进F体细化的途径、细化A
10、体晶粒、控轧控冷（2）控轧、第一阶段，A体再结晶区轧制1）通过反复形变再结晶，使A晶粒细化2）实际生产中动态再结晶有困难，主要发生静态再结晶。3）实际生产中每道次都发生完全再结晶是困难的，存在部 分再结晶轧制，应避免产生混晶的临界压下量（10%）4）通过再结晶细化的A体晶粒为20402控轧控冷理论、第二阶段，A体未再结晶区（再结晶温度以下至相变 温度间）1）该阶段是控轧重要阶段2）A体晶粒被拉长并产生变形带。3）可通过多道次变形的累计作用可获得细小晶粒达1112 级4）对普碳钢，A体未再结晶区狭小，加入Nb、V、Ti可使A 体再结晶温度提高，扩大了未再结晶区。5）比第一阶段，可使材料强度提高，
11、脆性转变外温度降低 。2控轧控冷理论、第三阶段，在两相区内轧制（A r3A r1间）1）该区对未再结晶A体加工，还对F体加工。2）产生织构3）形变诱导析出物可使脆性转变温度降低4）工艺对性能影响大（3）进一步细化F晶粒措施、快速冷却、一定合金元素、控制钢中含碳量，降低S、P含量（提高冶金质量）、采用高温形变淬火工艺。 2控轧控冷理论2控轧控冷理论五、微合金元素在控轧中的作用一般微合金钢指合 金元素总含量0.1%的钢，目前大量 使用的Nb、V、Ti，能与C、N结合成碳化物和碳氮化物，可在 高温下溶解，低温下析出。 2控轧控冷理论1、微合金元素在热轧中溶解析出（1）轧前加热过程中溶解、Nb在A体中
12、溶解、V在A体溶解度。、Ti在A体中溶解2控轧控冷理论（2）控轧时微量元素碳氮化物的析出、各阶段Nb（C，N）析出状态1）出炉前Nb（C，N）质点状态。2）出炉后冷却到轧制前Nb（C，N）析出状态，未变形A体 中Nb（C，N）析出很慢。3）变形 A体中Nb（C，N）析出状态，变形使Nb的析出加 快（形变诱导析出），Nb（C，N）在900析出最快,孕育期最 短，低温轧制(未再结晶区)加速C和Nb扩散速度。Nb（C，N） 析出在晶界处以及晶内和亚晶界上，颗粒细小，控轧就是利用 细小质点固定亚晶界而阻止A体晶粒再结晶达到细化目的。4）AF体转变过程中，在F体内Nb（C，N）析出。AF相 变后，微量元
13、素达高度饱和而快速析出。快速冷却析出质点小 。2控轧控冷理论2控轧控冷理论影响析出因素 2、微合金元素在控轧控冷中作用（1）加热时阻止A体晶粒长大、形成高度弥散的碳氮化合物小颗粒。组织A体晶粒长 大（即提高钢的粗化程度）、Nb、Ti含量0.1%，提高钢粗化温度到10501100 。V0.1%时，A体在950开始粗化。、钢中含Al，使A体粗化温度在9009502控轧控冷理论（2）抑制A体再结晶、对动态再结晶临界变形量的影响，显著阻滞形变A体动态再结晶。、对再结晶数量的影响、对再结晶速度影响。1）含Nb钢再结晶开始和完成时间都比不含Nb钢推迟。2）当Nb达到0.06%时，阻止再结晶作用达到饱和。
14、2控轧控冷理论、对静态临界变形量影响。、对再结晶晶粒大小影响。1）与碳钢相比，铌钢再结晶后晶粒度较小。2）Nb在体中三种形式存在。在轧制不同阶段有抑制A体再结晶作用、加热时尚未溶到A体中的Nb（C，N），不能阻止再结晶发生发展、在1000以上时，固溶于A体中的铌推迟再结晶。、在900以下时，固溶于A体中的铌和析出的细小的Nb（C，N）都阻止再结晶进行。2控轧控冷理论（3）细化F体晶粒细化F体效果：Nb最显著，Ti次之，V最差。（4）影响钢的强韧性能、铌：在控轧时，产生显著的晶粒细化和中等沉淀强化。、钛：随Ti含量增加，发生强烈沉淀强化，晶粒细化中等。、钒：产生中等程度沉淀强化和比较弱的晶粒细化
15、。 2控轧控冷理论六、中高碳钢控轧特点1、中高碳钢A体再结晶行为。（1）Nb、C对中高碳钢A体再结晶临界变形量的影响、添加Nb可延迟A体再结晶，与低碳钢一样。、含C量对A体再结晶行为影响不大。加入铌后，随C%再结晶温度。（2）Nb、C对中高碳钢A体再结晶晶粒度的影响再结晶A体晶粒度几乎不受含C量的影响，而由压下率和是否加铌所决定。 2控轧控冷理论2、中高碳钢控轧钢材组织状态（1）常温组织以铁素体为主的钢材（Mn1.0%）、普通轧制实验1）实验2）组织为F+P体 2控轧控冷理论、控轧实验1）实验2）组织、压下率为35%，F体晶粒更细小，而P体变粗大。、压下率为50%时，基本上得到细小均匀F体和P体。、压下率为75%时，铁素体晶粒更细小均匀（达1213 级），P也细化。、对中碳钢和Mn1%钢材主体为F体，就认为与低碳钢一样，仍旧是铁素体细化机理在起作用。2控轧控冷理论（2）常温组织以珠光体为主的钢材、0.43%C，1.4%Mn钢实验1）普通热轧2）控轧，再结晶区轧制。、043%C，1.38%Mn，0.023%Nb 控轧由于Nb加入而处于未再结晶区，在伸长A体晶界处生成极细F体组织，但在伸长A体晶粒内形成粗大P体。 2控轧控冷理论、这种钢种最好A体再结晶内充分轧制，尽量细化A体晶粒，可获细小均匀F体和珠光体。1）该钢中，在未再结
