材料加工组织性能控制第六章

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 ：
QFd/dt X
能量守恒定律： 建立起导热微分方程的基本形式：
2t/X2 0
其次建立定解条件 。 包括：： 初始条件： 边界条件 ：
( t/ n )w(twtf)
-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。
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。
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。
（3）CCT曲线的绘制
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6-1 共析钢连续冷却转变曲线
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
膨胀率x10-3
膨胀率X10-3
实验步骤：
选定奥氏体化温度及保温时间：Ac1=750℃
确定冷却速度： 12
5℃/s
12
0.08/s
保温
Ac3=902℃
实10验数据加处热理1：0
Ar1=764℃
8
（81）标定临界6 点温度 6
Ar3=823℃
（42）相变点温4 度的确定
2
2
冷却
0
0
-2 0
-2
200
3
3
530
390
236
QF+GBF
4
5
495
370
203
QF+GBF
5
10
460
320
253 GBF+LBF
6
15
485
330
307 GBF+LBF
7
25
475
300
258 GBF+LBF
8
35
505
280
298
来自百度文库
LBF
9
50
500
320
299
LBF
10 75
465
280
222
LBF
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
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：
sK y( d 12)pp t
b K ( d 1 2) ptp K B fB
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
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 马氏体的影响
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
（3）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
6.4高温形变热处理
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
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。
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。
6.6 热轧钢材水冷后温度场的计算
tf(x,y,z,)
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：
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 显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响 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
（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）。
6.1 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：
静态CCT曲线
动态CCT曲线
膨胀仪
热模拟试验机
全自动膨胀仪试样尺寸规格 热模拟试验机试样尺寸规格
400
600
-4
800温度 ℃1000
0
200
400
600
800
1000
温度
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 1 2
冷速 ，℃/s
0.5
1
开始温度 ，℃ 640
585
结束温度 ，℃ 460
440
最终硬度 ，HV0.2
145
213
室温组织
PF+少量 P+QF
PF+QF+GB F
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： 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：
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
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。