低碳钢控制轧制的温度范围及组织变化
基于DSCCR_生产工艺的终轧温度对轧制过程中低碳钢组织与性能影响分析
第 12 期第 113-122 页材料工程Vol.51Dec. 2023Journal of Materials EngineeringNo.12pp.113-122第 51 卷2023 年 12 月基于DSCCR 生产工艺的终轧温度对轧制过程中低碳钢组织与性能影响分析Effect of finish rolling temperature on microstructure and properties of low carbon steel based on DSCCR production process李朝阳1，赵志鹏2*，田鹏3，梁晓慧3，王书桓1*，康永林3（1 华北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山 063210；2 北京科技大学 钢铁共性技术协同创新中心，北京100083；3 北京科技大学 材料科学与工程学院，北京100083）LI Chaoyang 1，ZHAO Zhipeng 2*，TIAN Peng 3，LIANG Xiaohui 3，WANG Shuhuan 1*，KANG Yonglin 3（1 School of Metallurgy and Energy ，North China University of Scienceand Technology ，Tangshan 063210，Hebei ，China ；2 Collaborative Innovation Center of Steel Technology ，University of Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ；3 School of Materials Science and Engineering ，University of Science and TechnologyBeijing ，Beijing 100083，China ）摘要：基于东华连铸连轧生产线（Donghua steel continuous casting rolling ，DSCCR ）分别进行终轧温度为880，820 ℃和780 ℃的热轧实验，研究终轧温度对低碳钢组织和性能的影响。
控制轧制
控制轧制是将塑性变形同固态相变结合在一起，使材料在加工时通过轧制温度、变形量、变形速率等控制获得所需外形和尺寸的同时，获得理想组织和优异强韧性的热轧技术。
控制轧制是在热轧过程中把金属范性形变和固态相变结合起来而省去轧后的热处理工序。
这是既能生产出强度、韧性兼优的钢材，而又能节约能耗的一项新工艺。
控制轧制对轧机的设备强度、动力和生产控制水平均提出了较高的要求。
控制轧制工艺主要用于含有微量元素的低碳钢种，钢中常含有铌、钒、钛,其总量一般小于0.1％。
控制轧制的内容是控制轧制参数，包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能（见金属塑性变形）。
加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高很多，同时适当地降低轧制温度。
从而使多道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，而使钢材获得符合要求的组织和性能的钢材。
控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。
控制轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。
根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），控制轧制可分为三种类型。
（一）再结晶型的控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。
经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。
为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。
终轧道次要在接近相变点的温度下进行。
为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。
这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。
（二）未再结晶型控制轧制它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。
因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。
钢材控制轧制和控制冷却技术
§2控轧控冷理论
（2）控轧时微量元素碳氮化物的析出
①、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。
② 、 Nb、Ti 含 量 ＜ 0 . 1 % ， 提 高 钢 粗 化 温 度 到 1 0 5 0 ～ 1100℃。
V＜0.1%时，A体在950℃开始粗化。 ③、钢中含Al，使A体粗化温度在900～950℃
§2控轧控冷理论
（2）抑制A体再结晶 ①、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。 ②、对再结晶数量的影响 ③、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。
变形条件对ar3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3ar3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ap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控轧控冷理论
③、第三阶段，在两相区内轧制（A r3—A 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
控制轧制与控制冷却概述
在950℃以下的低温区轧制时，不仅整体力学性能比高温区轧制时高，而且道次变 形量对力学性能的影响比较显著，随变形量增加，屈服强度和冲击值都呈上升趋势， 轧制温度越低，上升的趋势越显著。
控制轧制和控制冷却概述
2.2 钢材热变形后的静态再结晶过程
静态再结晶的临界变形量
为了使再结晶能够充分进行， 则所给予的压下率必须大于对 应条件下静态再结晶的临界变 形量。该值随钢种和变形条件 的不同彼此相差很大。
度的差别，再结晶完成的时间略有差别。另外，还可以看
出，随待温冷却速度的变化，奥氏体平均晶粒尺寸无明显
变化，因为在再结晶过程中过冷度不是影响奥氏体晶粒大
小的主要因素，所以不能采用增加过冷度的方法细化再结
晶晶粒。
控制轧制和控制冷却概述
再结晶行为对组织性能的影响
屈 服 强 度 ,Mpa 横 向 冲 击 功 ,J
在板带轧制过程中，如能有效控制这些碳、氮化合物的析出行 为（数量、大小、形状和分布状态等），则可以充分发挥微合金 化元素对钢材施行细晶强化和析出强化的双重作用。铌、钒、钛 三种微合金元素对铁素体/珠光体钢晶粒细化、沉淀强化的影响 规律如下图所示。
控制轧制和控制冷却概述
铌、钒、钛对铁素体/珠光体钢脆性转变温度的影响
奥 氏 体 未 再 结 晶 区 变 形 温 度 对 CCT 曲 线 的影响 －－900℃；－・－850℃；——
800℃
随奥氏体未再结晶区变形温度的降低， 整个曲线向上、向左方向移动
Q345钢低冷却速率范围内的动态CCT曲 线
由图可见，Q345钢的贝氏体形成温度 范围比较宽，应注意终了冷却温度的控 制
合理控制钢坯的在炉时间， 减少钢坯表面与芯部的温差。 加热温度对几种钢材奥氏体晶粒尺寸的影响
控制轧制与控制冷却
奥氏体晶粒的大小对钢材的力学性能有显著的 影响。一般用晶粒度表示晶粒的大小。因此， 影响。一般用晶粒度表示晶粒的大小。因此，测定奥 氏体的晶粒度通常作为鉴定钢材质量的指标之一。 氏体的晶粒度通常作为鉴定钢材质量的指标之一。
铁 碳 平 衡 相 图
二、钢的控制轧制
控制轧制是以钢的化学成分调整或添加微合 金元素Nb Nb、 Ti为基础 为基础， 金元素Nb、V、Ti为基础，在热轧过程中对钢 坯加热温度、 开轧温度、 变形量、 坯加热温度 、 开轧温度 、 变形量 、 终轧温度 等工艺参数实行合理控制， 等工艺参数实行合理控制 ， 以细化奥氏体和 铁素体晶粒， 并通过沉淀强化、 铁素体晶粒 ， 并通过沉淀强化 、 位错亚结构 强化充分发掘钢材内部潜力， 强化充分发掘钢材内部潜力 ， 提高钢材力学 性能和使用性能。 性能和使用性能。
控轧控冷的物理冶金基础
轧后冷却速率对γ 轧后冷却速率对γ→α相变及其细化晶粒的 影响: 影响: 研究表明,提高轧后冷却速度能明显降低Ar 研究表明,提高轧后冷却速度能明显降低Ar3， 可抵消奥氏体晶粒细化及相变前形变给晶 粒细化带来的不利影响， 粒细化带来的不利影响，有力地增加了相 变细化晶粒作用。 变细化晶粒作用。这要求在控轧实践中对 冷却制度进行控制。 冷却制度进行控制。
控轧控冷的物理冶金基础
钢中溶质原子及第二相粒子: 钢中溶质原子及第二相粒子:在钢中适当添加 Nb、Ti等微合金元素 细化奥氏体晶粒. 等微合金元素, Nb、Ti等微合金元素,细化奥氏体晶粒. 这种利用高温形变再结晶与微合金元素溶解这种利用高温形变再结晶与微合金元素溶解析出的相互作用使晶粒充分细化的机制便是 控轧中控制奥氏体晶粒尺寸的主要的物理冶 金基础. 金基础.
控轧控冷的物理冶金基础
钢材的控制轧制和控制冷却
钢材的控制轧制和控制冷却一、名词解释：1、控制轧制：在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度、温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能。
2、控制冷却：控制轧后钢材的冷却速度、冷却温度，可采用不同的冷却路径对钢材组织及性能进行调控。
3、形变诱导相变：由于热轧变形的作用，使奥氏体向铁素体转变温度Ar3上升，促进了奥氏体向铁索体的转变。
在奥氏体未再结晶区变形后造成变形带的产生和畸变能的增加，从而影响Ar3温度。
4、形变诱导析出：在变形过程中，由于产生大量位错和畸变能增加，使微量元素析出速度增大。
两相区轧制后的组织中既有由变形未再结晶奥氏体转变的等轴细小铁素体晶粒，还有被变形的细长的铁素体晶粒。
同时在低温区变形促进了含铌、钒、钛等微量合金化钢中碳化物的析出。
5、再结晶临界变形量:在一定的变形速率和变形温度下，发生动态再结晶所必需的最低变形量。
6、二次冷却：相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。
二、填空：1、再结晶的驱动力是储存能，影响其因素可以分为：一类是工艺条件，主要有变形量、变形温度、变形速度。
另一类是材料的内在因素，主要是材料的化学成分和冶金状态。
2、控制冷却主要控制轧后钢材冷却过程的（冷却温度）、（冷却速度）等工艺条件，达到改善钢材组织和性能的目的。
3、固溶体的类型有（间隙式固溶）和（置换式固溶），形成（间隙式）固溶体的溶质元素固溶强化作用更大。
4、根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同，将控制轧制划分为三个阶段，即奥氏体再结晶型控制轧制、奥氏体未再结晶型控制轧制、在A+F两相区控制轧制。
5、以珠光体为主的中高碳钢，为达到珠光体团直径减小，则要细化奥氏体晶粒，必须采用（奥氏体再结晶）型控制轧制。
6、控制轧制是在热轧过程中通过对金属的（加热制度）、（变形制度）、（温度制度）的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合使钢材具有优异的综合力学性能。
轧钢过程温度控制
轧件单位时间散失的热量为：
Q = λ 2 F (t − t 0 ) / S
轧件在单位时间内热量的变化为：
10.48 （10.48）
Q = c p γh平 bv∆t 传
（10.49）
轧件散失的热量等于其热含量的变化：
∆t 传 2λ l = (t − t 0 ) c P γS vh 平
∆τ = l / v
在对流过程中，随着热量的散失，轧件的温度会 下降，当轧件的温降为 Δt 对 时，则轧件热含量的变 化为：
∆ Q = c p γ Fh ∆ t 对
根据热平衡关系得：
c p γ Fh ∆ t 对 = − α ( t − t 水 ) 2 F ∆ τ
所以轧件在高压水除鳞时的温降方程为：
轧件热含量的变化为：
dQ = Gc P dt = c P γ hFdt
（10.42）
轧件散失的热量应等于热含量的变化:
t + 273 4 cPγFhdt = −εσ ( ) 2Fdτ 100
因此轧件辐射温降公式为：
（10.43）
εσ t + 273 4 dt = − ( ) dτ c P γh 100
（10.66）
其中：
K精=2α/cpγ
由于精轧机组入口测温仪至F1之间装有高压水 除鳞装置，其α值要比机架间的低压喷水冷却时要 大，因而应采用 L1′ 作为第一段的当量距离，即 L1′=βL1。
带钢在连轧过程中 应遵守金属秒流量相等的原则
hi vi = hn vn
因此，可将式(10.66)改写为：
沿着等温面移动不会产生温度变化 沿着等温面法向方向移动时， 沿着等温面法向方向移动时，温度变化最大
8。奥氏体区控制轧制
低温区Ⅲ： γ未再结晶， γ晶粒伸长→α晶粒细化
二．再结晶行为对组织的影响
T轧℃＞1100℃ 动态再结晶 ，在轧制变形中完成
再结晶，γ晶粒呈等轴状
T轧℃＝900～1000 ℃ 静态再结晶，轧制变形后发生
再结晶，在高温保持,再结晶晶
粒长大。见图6-3、图6-4
再结晶过程（动态或静态）、再结晶后的奥氏体晶粒度
γ晶粒也越细，每轧一道， γ晶粒就得到
细化。 γ晶粒的细化程度与轧制道次（总
压下率）有关。
低温区（Ⅲ区）：未再结晶，晶粒的细化与各道次的累积压下
率有关。
ε∑↑，晶粒细化
控轧就是利用Ⅱ区或Ⅱ＋Ⅲ区的奥氏体组织的变化来实现α的 细化
四．控轧工艺对再结晶参数的影响
１．对γ晶粒度的影响
动态再结晶晶粒直径
d-1 ∝ logZ
Z↑，d↓
主要取决于轧制温度，原始晶粒度影响不大
静态再结晶晶粒直径
原始晶粒度越细，再结晶后的晶粒越细 压下量越大，再结晶后的晶粒越细 见图6-13 1
1
２．对再结晶速度的影响 主要取决于温度 T↑，t↓ 见图6-10、6-11
３．对临界变形量的影响 T↓，εc↑ 初始晶粒越细，εc↓ 见图6-12
性能不利
σs／σb ↑，屈强比↑，对冲压
图6-20示出拉伸性能与终轧温度的关系 T终℃↑——σs↓，σb↓ 因为终轧温度高，产生的形变带少，晶粒粗大，所以T终℃不
易太高
8.3 奥氏体区控制轧制的实践 钢种：0.14%C-1.27%Mn-0.34%Si 轧制工艺如图6-28所示
奥氏体再结晶区很重要
8.2 Ⅱ型轧制时组织和性能的变化 Ⅱ型，未再结晶，γ晶粒伸长，晶内产生形变带，α晶粒在 此形变带上形核 。
钢材控制轧制技术
钢材控制轧制技术何翁源沈阳工业大学材料成型及控制工程3839042123摘要: 近三十年以来，控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展，各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以利用，明显的改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为了节约能耗、简化生产工艺和开发钢材新品种创造了有力条件。
目前国内外大多数宽厚板厂均采用控制轧制工艺,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。
控制轧制工艺的开发与理论研究进一步揭示了热变形过程中变形工艺参数与钢材的组织变化、相关规律以及钢材性能之间的内在关系，充实和形成了钢材热变形条件下的物理冶金工程理论，为制定合理的热轧生产工艺提供理论依据。
关键词:控制轧制；变形；强度；韧性Abstract: For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtained the rapid development in foreign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save energy consumption, simplify production process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt control rolling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high qualified steel plate. Control the development of rolling technology and theory research further reveals that the thermal deformation in the process of deformation process parameters and the change of the organization of the steel, related laws and the internal relation between steel performance, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process.Key Words:Control rolling; Deformation; Strength; Toughness.1. 引言控轧控冷技术的发展历史： 20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。
控制轧制、控制冷却工艺
控制轧制、控制冷却⼯艺控制轧制、控制冷却⼯艺技术1.1 控制轧制⼯艺控制轧制⼯艺包括把钢坯加热到适宜的温度，在轧制时控制变形量和变形温度以及轧后按⼯艺要求来冷却钢材。
通常将控制轧制⼯艺分为三个阶段，如图 1.1所⽰[2]：(1>变形和奥⽒体再结晶同时进⾏阶段，即钢坯加热后粗⼤化了的γ呈现加⼯硬化状态，这种加⼯硬化了得奥⽒体具有促使铁素体相变形变形核作⽤，使相变后的α晶粒细⼩；(2> (γ+α>两相区变形阶段，当轧制温度继续降低到Ar3温度以下时，不但γ晶粒，部分相变后的α晶粒也要被轧制变形，从⽽在α晶粒内形成亚晶，促使α晶粒的进⼀步细化。
图1.1控制轧制的三个阶段(1>—变形和奥⽒体再结晶同时进⾏阶段；(2>—低温奥⽒体变形不发⽣再结晶阶段；(3>—<γ+α）两相区变形阶段。
1.2 控制轧制⼯艺的优点和缺点控制轧制的优点如下：1．可以在提⾼钢材强度的同时提⾼钢材的低温韧性。
采⽤普通热轧⽣产⼯艺轧制16Mn钢中板，以18mm厚中板为例，其屈服强度σs≤330MPa，-40℃的冲击韧性A k≤431J，断⼝为95%纤维状断⼝。
当钢中加⼊微量铌后，仍然采⽤普通热轧⼯艺⽣产时，当采⽤控制轧制⼯艺⽣产时，-40℃的A k值会降低到78J以下，然⽽采⽤控制轧制⼯艺⽣产时。
然⽽采⽤控制轧制⼯艺⽣产时-40℃的A k值可以达到728J以上。
在通常热轧⼯艺下⽣产的低碳钢α晶粒只达到7~8级，经过控制轧制⼯艺⽣产的低碳钢α晶粒可以达到12级以上<按ASTM标准），通过细化晶粒同时达到提⾼强度和低温韧性是控轧⼯艺的最⼤优点。
2．可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作⽤。
在普通热轧⽣产中，钢中加⼊铌或钒后主要起沉淀强化作⽤，其结果使热轧钢材强度提⾼、韧性变差，因此不少钢材不得不进⾏正⽕处理后交货。
当采⽤控制轧制⼯艺⽣产时，铌将产⽣显著的晶粒细化和⼀定程度的沉淀强化，使轧后的钢材的强度和韧性都得到了很⼤提⾼，铌含量⾄万分之⼏就很有效，钢中加⼊的钒，因为具有⼀定程度的沉淀强化的同时还具有较弱的晶粒细化作⽤，因此在提⾼钢材强度的同时没有降低韧性的现象。
钢材控制轧制和控制冷却
(a) γ再结晶 ＋ （γ＋α）
(b) γ未再结晶＋（γ＋α）
(c) γ 再结晶 ＋ γ未再结晶＋（γ＋α）
(d) γ未再结晶 ＋ （γ＋α）
(c)是最常见的一种工艺
(d)低温加热，对γ细化有利
８.１（γ＋α）控轧时钢材强韧性的变化 一．加热温度的影响 见图7-2，T加℃↑，σs↓，σb↓，Tc↑ 温度升高， γ晶粒粗大
由图可见： 奥氏体越细、ε↑， S越大 S↑，α细化 见图6-17
S一定时，在低于再结晶温度下增加变形量能更有效地细化晶粒 ε↑，α细化
三．轧制条件对力学性能的影响
见图6-18、6-19
ε↑——Tc↓，韧性↑ ——σs↑，σb↑ 性能不利
板坯加热温度越低，韧性越高 σs／σb ↑，屈强比↑，对冲压
二．再结晶行为对组织的影响
T轧℃＞1100℃
动态再结晶 ，在轧制变形中完成 再结晶，γ晶粒呈等轴状
T轧℃＝900～1000 ℃ 静态再结晶，轧制变形后发生 再结晶，在高温保持再结晶晶
粒长大。见图6-3、图6-4
再结晶过程（动态或静态），再结晶后的奥氏体晶粒度
由轧制温度和压下率决定 。见图6-5、6-6。
７.２ Ⅱ型轧制时组织和性能的变化 Ⅱ型，未再结晶，γ晶粒伸长，晶内产生形变带，α晶粒在 此形变带上形核 。
一．轧制条件对形变带的影响
①ε↑，形变带密度升高 ②T轧℃对形变带密度影响不明显 ③初始晶粒度、变形速度对形变带
密度无影响 ④晶粒越细，形变带越均匀
二．轧制条件对铁素体晶粒的影响 铁素体晶粒大小与有效晶间表面积相关 晶界总面积和形变带——有效晶间表面积 以S(mm2/mm3)表示 影响 S 的因素主要是：奥氏体晶粒大小和压下量 见图6-16
轧制过程的温降方程和温度自动控制_讲义
若假定轧件与轧辊为半无限体发生完全接触，则轧件传导给轧辊的每单位面积的热量 QR 为，
∫ QR =
τ
−
λ
*
∂t
dτ
0
∂y
(13)
将式 1-26 代入上式，解得，
2λ * QR =
τ r * (t0 − tm ) * Π(x) α sπ
(14)
其中， τr—轧件与轧辊的接触时间，τr=ld/(2×π×r×n)
ε = (H 0 / H −1)× 0.58 + 0.8
H0 / H
（4-3）
其中， H 0 是钢板出炉厚度， H 是钢板当前厚度。
图 4.1 热辐射换热系数 hr 与钢板表面温度T 的关系图 Fig4.1 Relation between surface temperature and coefficient of radiation
将热辐射和对流综合考虑，可以将黑度取为 0.7。
65
表 4.1 不同黑度、不同厚度下的热辐射温降对比
Fig.4.1 The comparison of temperature drop by radiation
at different blackness and different gauge
轧件黑度
首先介绍书的内容，看情况介绍下面内容
轧件与轧辊接触的热量传递是通过传导传热的方式进行的，轧件温度 t 的计算，若只考虑厚度方向
一维热传导方程式，如(7)式，
∂t ∂τ
=
α
s
*
∂2t ∂y 2
+q γ *c
(7)
其中， q—单位体积和单位时间的发热量
αs=λ/(γ×c)
对 7 式忽略发热项 q ,使用拉普拉斯变换， γ ⋅c
材料加工组织性能控制
控制轧制的类型：
控制轧制方式示意图
(a) 奥氏体再结晶区控轧；(b) 奥氏体未再结晶区控轧；(c) (+)两相 区控轧
（1）奥氏体再结晶区控制轧制(又称I型控制轧 制)
条件：950℃以上 再结晶区域变形。
主要目的：对加热时粗化的初始晶粒轧制再 结晶细化 相变后细小的晶粒。相变前的 晶粒越细，相变后的晶粒也变得越细。
1）变形温度和变形速度； 2）钢的化学成分，如奥氏体型Fe-Ni-Cr合金的c 比纯的 -Fe大得多； 3）材料的初始晶粒尺寸的影响。
18-8不锈钢起始晶粒尺寸（D0）对高温形变组织和加工
因子（Z、 、）关系的影响
（2） 动态再结晶的组织 动态再结晶是一个混晶组织，平均晶粒尺 寸 D 只由加工条件（变形温度、变形速 率）决定，变形温度低、变形速率大，则 D 愈小。 动态再结晶是存在一定加工硬化程度的组 织。
图3-3 不同含铌量的0.002%C-1.54%Mn 钢中，铌含量对软化行为的影响
（2）温度
图3-4 含铌或不含铌的0.002%C1.56%Mn钢的软化行为与温度的关系
从图中得出： 900C和850： 1000C：
图3-5 含铌0.097%的钢中，温度 和含碳量对软化行为的影响
图3-6 0.002%C-0.097%Nb钢、0.006%C-0.097%Nb钢、 0.019%C-0.095%Nb钢于900C时，碳氮化铌应变诱 发沉淀析出的过程
试验结果与分析：
1）变形量对奥氏体再结晶百分数的影响
再结晶百分数(ω%)
120
100
80
60
40
20
0
10
20
30
40
50
60
70
低碳钢控制轧制的温度范围及组织变化-杜林秀
1 1 0. 1 ,1 ,10
Ar3 以下
760 740
0. 7 0. 3 ,0. 7 ,1. 2
1 1
ห้องสมุดไป่ตู้
收稿日期 : 2002203218
基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1998061509)·
作者简介 : 杜林秀 (1962 - ) ,男 ,辽宁本溪人 ,东北大学博士研究生 ,副教授 ; 丁 桦 (1958 - ) ,女 ,辽宁沈阳人 ,东北大学教授 ; 刘 相华 (1953 - ) ,男 ,黑龙江双鸭山人 ,东北大学教授 ,博士生导师 ; 王国栋 (1942 - ) ,男 ,辽宁大连人 ,东北大学教授 ,博士 生导师·
(a) —013 ; (b) —017 ; (c) —112·
图 4 780 ℃以不同变形速率变形后的淬火组织 Fig. 4 Quenching micro structure s of the sample s deformed at 780 ℃with different strain rate s ( strain value :0. 8)
Ad3以上温度范围内变形过程中主要发生奥 氏体的动态再结晶过程 ,关于奥氏体的再结晶规
律已有大量文献报道[5 ,6 ,10 ] 并已形成定论·实验 结果符合奥氏体的动态再结晶规律 ,随着变形温 度的降低 ,应变量的增大 ,应变速率的增加 ,奥氏 体晶粒变细·但在变形温度较低 ,应变速率超过 10 s - 1的情况下 ,奥氏体的动态再结晶过程难以 充分进行·值得一提的是在 Ae3 以下变形可以缩 短等温转变的孕预期 ,图 1 为 840 ℃变形后保温 不同时间后的淬火组织·可以看出变形之后很短 的时间内便有铁素体析出 ,随保温时间的延长 ,铁 素体量增加 ,在 30 s 时铁素体转变量约为 30 % , 已近该温度下的平衡量·在实际轧制过程中 ,当变 形温度接近 Ad3 且变形量较大时 ,道次间隔时间 内将会有少量铁素体析出·
轧制温度速度和变形程度的影响
L 0 1 2 pxdx L L px前dx 0 px后dx 2
• 上式经积分后，得出斯通平均单位压力公式:
e 1 p n K (K q ) m fl H h m ;h h 2
m
l ——考虑弹性压扁的变形区长度；
q
——前后单位张力的平均值。
9
3.2 影响平均单位压力的因素
影响轧件机械性能的因素 影响轧件应力状态特性的因素 • 影响轧件机械性能(简单拉、压条件下的实际变形抗力） 的因素有 • 金属的本性 • 温度 • 变形程度和变形速度。可写成下式
n nT n nu ns
式中，考虑温度，变形程度和变形速度对轧件机械性能 影响的系数及普通静态机械实验条件下的金属屈服极限。
限于表层残 余压应力
提高材料的疲 劳强度
产生残余压 应力的方法
喷丸 滚压
8
3. 冷轧轧制压力计算 • 影响轧件对轧辊总压力的因素
• 3.1 总压力计算公式的一般形式
P pF
• F——轧件与轧辊的接触面积
P
—— 平均单位压力,可由下式决定.
1 p F
p dx
0 x
l
•因此，计算轧制力在于解决两个基本参数。 计算轧件与轧辊间的接触面积 计算平均单位压力
0 ( H0 H ) / H0 ——本道次轧前的预变形量；
1 ( H 0 h) / H 0
H0
——本道次轧前的预变形量；
——冷轧前轧件的厚度；
H ——本道次轧前轧件的厚度；
h——本道次轧后轧件的厚度。
13
3.4 斯通平均单位压力公式
p n k
1 F
L 2 L 2
钢材的控制轧制工艺介绍
钢材的控制轧制工艺介绍班级:姓名:学号:钢材的控制轧制工艺介绍董玉柱[摘要]近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高,除了具有高强度外,还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。
本文主要介绍了钢材的控制轧制原理,控制轧制工艺,控制轧制的优缺点和与常规轧制的区别和控制轧制,以及控制轧制的新技术TMCP技术。
[关键词]控制轧制工艺; 优缺点; TMCPAbstract:Modern industrial development on the performance of the hot rolled non quenched and tempered steel demand is higher and higher, In addition to high intensity, also have good toughness 、welding performance and low cold brittleness.In this paper,introducting the technology of steel controlled rolling,the merits and faults of controlled rolling & the different of normal controlled rolling & controlled rolling,besides,the new technology of controlled rollingKey Words: ControlledRolling; merits and faults; TMCP1.引言随着我国钢材产能的不断增加以及原材料价格的大幅上涨，材市场的竞争日趋激烈，了提高竞争力，须进一步降低钢材生产成本和提高产品质量。
热轧圆钢而言在轧制过程中或在轧制结束后对轧件进行选择性的水冷，而进行控制轧制和控制冷却，以在提高钢材强度的同时提高钢材低温韧性和充分发挥V，Ti，Nb作用从而节约合金简化生产工序和节约能源消耗 。
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律已有大量文献报道[5 ,6 ,10 ] 并已形成定论·实验 结果符合奥氏体的动态再结晶规律 ,随着变形温 度的降低 ,应变量的增大 ,应变速率的增加 ,奥氏 体晶粒变细·但在变形温度较低 ,应变速率超过 10 s - 1的情况下 ,奥氏体的动态再结晶过程难以 充分进行·值得一提的是在 Ae3 以下变形可以缩 短等温转变的孕预期 ,图 1 为 840 ℃变形后保温 不同时间后的淬火组织·可以看出变形之后很短 的时间内便有铁素体析出 ,随保温时间的延长 ,铁 素体量增加 ,在 30 s 时铁素体转变量约为 30 % , 已近该温度下的平衡量·在实际轧制过程中 ,当变 形温度接近 Ad3 且变形量较大时 ,道次间隔时间 内将会有少量铁素体析出·
(a) —5 s ; (b) —10 s ; (c) —30 s·
2. 3 Ar3～Ad3温度范围内变形过程中的组织变化 (1) 变形工艺参数对应变诱导相变的影响 图 2～图 4 为经不同参数变形淬火后试样上
喷水表面以下 2 mm 以内的显微组织 ,由于试样 上该部位的冷却速度足以抑制冷却过程中铁素体
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第 10 期 杜林秀等 : 低碳钢控制轧制的温度范围及组织变化
973
2 实验结果与讨论
的析出 ,所以可以认为组织中的铁素体为变形过 程中产生的 ,也就是应变诱导铁素体·图 2 为经 800 ℃和 780 ℃变形后的淬火组织·可以看出 780 ℃时的铁素体量比 800 ℃时有明显增加 ,也就是 说 ,变形温度的降低使应变诱导铁素体量增·
图 3 为在 780 ℃经不同变形量变形后的淬火 组织·当变形量为 013 时 ,只在奥氏体晶界有少量 的铁素体析出 ,且晶粒细小 ;当变形量为 017 时 , 铁素体量有明显增加 ,与变形量为 013 相比 ,在奥 氏体晶界上的形核率增加了 ,覆盖了绝大部分的 奥氏体晶界 ,而且铁素体晶粒也有些长大 ;当变形 量增加到 112 时 ,铁素体量进一步增加 ,但幅度不 大 ,铁素体晶核除了在晶界析出之外 ,在一些晶粒 交汇处及其周围区域也有铁素体析出 ,铁素体晶 粒较为细小·由此可以看出 ,变形量对应变诱导相 变的影响主要是通过增加奥氏体的晶界面积来实
中图分类号 : T G 33 文献标识码 : A
低碳钢热加工过程中的组织变化是研究低碳 钢控制轧制 、实现晶粒细化的基础 ,所以国内外研 究者对这一问题进行了大量的研究工作[1～10 ]·由 于低碳钢高温变形过程未再结晶区范围很小且存 在应变诱导相变现象[1 ,2 ] ,因此传统的控制轧制 3 阶段的划分对于低碳钢来说就不十分确切 ,有必 要进行较为精确的划分·在低碳钢热加工过程组 织变化的研究中 ,由于低碳钢变形之后抑制铁素 体析出的临界冷却速度非常大 ,也就是说很难将 低碳钢高温变形之后的组织固定下来 ,所以有关 低碳钢变形过程中的组织演变过程目前还缺乏清 晰的描述·因此 ,将低碳钢变形后的高温组织固定 下来 ,进而准确地研究不同温度范围内变形过程 中的组织变化对于低碳钢晶粒细化研究具有重要 意义·
图 3 780 ℃以不同变形量变形后的淬火组织 Fig. 3 Quenching micro structure s of the sample s deformed at 780 ℃with different strains ( strain rate :1 s - 1)
(a) —013 ; (b) —017 ; (c) —112·
1 实验方法
实验 材 料 为 低 碳 锰 钢 , 化 学 成 分 ( 质 量 分 数 , %) 为 C 01057 ,Mn 0192 , Si 0135 , S 01006 , P 01009 7 ,Al 01036·根据成分计算 ,钢的 Ae3为 880 ℃·利用膨胀法测定的冷却速度为 5 ℃/ s 时未变 形试 样 的 Ar3 为 780 ℃·热 变 形 淬 火 实 验 在 Gleeble 1500 热模拟机上进行 ,采用直径 8 mm ×
15 mm 的圆柱形试样·金相组织观察部位为喷水 表面以下 2 mm 以内的部分·
(1) Ad3的确定 :将试样加热到 1 000 ℃后分 别冷却到 830 ,820 和 800 ℃进行压缩变形 ,变形 量和变形速率分别为 017 s - 1和1 s - 1·变形后立即 喷水淬火 ,观察喷水表面下面 2 mm 以内部分的 组织 ,以确定Ad3·
图 5 740 ℃变形后的淬火组织 Fig. 5 Quenching micro structure s of the sample s
2002 年 10 月 第23卷第10期
东北大学学报 (自然科学版) Journal of Nort heastern University (Nat ural Science)
文章编号 : 100523026 (2002) 1020972204
Oct . 2 0 0 2 Vol123 ,No. 10
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东北大学学报 (自然科学版) 第 23 卷
导铁素体的最大量应是该温度下的平衡量· 图 4 为不同变形速率变形后的淬火组织·变
形速率为 011 s - 1时 ,组织中铁素体量较大 ,从形 态上来看发生了铁素体在晶界形核之后向晶内长
大的过程 ,且铁素体晶内发生了较为充分的再结 晶·应变速率增大 ,铁素体量明显减少 ,当应变速 率为 10 s - 1时 ,铁素体的形核率很低 ,只在少部分 的晶界有铁素体析出·
Ar3以下变形过程中组织变化的特点是变形
之前已经有先共析铁素体析出 ,这种铁素体多为
较大的块状·在变形量较小时 ,先共析铁素体不发 生再结晶 ,而在奥氏体晶界有少量应变诱导铁素 体析出·变形量较大时 ,先共析铁素体将发生再结 晶 ,应变诱导铁素体也将大量析出·图 5 为 740 ℃ 经变形量为 112 的变形后的淬火组织 ,可以看出 , 大块状的先共析铁素体发生了再结晶 ,细小的应 变诱导铁素体不仅在晶界 ,而且在晶内都有大量 的析出·
1 1 0. 1 ,1 ,10
Ar3 以下
760 740
0. 7 0. 3 ,0. 7 ,1. 2
1 1
收稿日期 : 2002203218
基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1998061509)·
作者简介 : 杜林秀 (1962 - ) ,男 ,辽宁本溪人 ,东北大学博士研究生 ,副教授 ; 丁 桦 (1958 - ) ,女 ,辽宁沈阳人 ,东北大学教授 ; 刘 相华 (1953 - ) ,男 ,黑龙江双鸭山人 ,东北大学教授 ,博士生导师 ; 王国栋 (1942 - ) ,男 ,辽宁大连人 ,东北大学教授 ,博士 生导师·
(2) 应变诱导相变在铁素体晶粒细化中的作 用
应变诱导铁素体相变在铁素体晶粒细化中起 到重要的作用 ,但由于变形工艺参数对应变诱导 铁素体相变的影响 ,使得应变诱导相变作为一种 细化铁素体晶粒的机制在实际应用上受到一些限 制 ,或者说应变诱导相变与其他细晶化机制相配 合更能发挥其作用·根据上述实验结果 ,在一定条 件下可以得到非常细小的应变诱导铁素体 ,但难 以获得大量的这样的铁素体 ,因为随着变形量的 增加 ,应变诱导铁素体最多也只能是该温度下的 平衡量·从变形速率上来看 ,应变速率的增加不利 于应变诱导铁素体的析出 , 在应变速率超过 10 s - 1的情况下 ,应变诱导铁素体量很少·从变形温 度上来看 ,降低变形温度有利于应变诱导相变 ,但 除了有析出量的限制之外 ,还存在温度低于 Ar3时 变形前将会有先共析铁素体析出的问题· 2. 4 Ar3以下温度范围内变形过程中的组织变化
(2) 不同温度范围内的变形 :将试样加热到 1 000 ℃后冷却到不同温度进行不同参数下的压 缩变形 ,变形后立即喷水淬火 ,变形工艺参数如表 1 所示·
表 1 实验工艺参数 Table 1 Deformation parameters of experiments
控制轧 变形 温度
制阶段 / ℃
现的 ,其次是将形核部位扩展到晶粒交汇处周围· 变形量的增加不会使铁素体量无限增加 ,应变诱
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低碳钢控制轧制的温度范围及组织变化
杜林秀 , 丁 桦 , 刘相华 , 王国栋
(东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 , 辽宁 沈阳 110004)
摘 要 : 以碳 (质量分数) 01057 % ,锰 (质量分数) 0191 %的低碳钢为研究对象 ,在 Gleeble 1500 热模拟实验机上利用喷水淬火法确定了应变诱导相变发生的上限温度 Ad3 ·根据热变形过程中组 织变化的主要过程将低碳钢的控制轧制分为 3 个阶段 :Ad3 以上 、Ar3 ～Ad3 之间以及 Ar3 以下·在 3 个温度范围内进行了不同参数的压缩实验 ,通过组织分析研究了变形过程中的组织变化 ·结果表 明 ,在 Ad3以上 ,变形过程中主要发生奥氏体的动态再结晶过程 ;Ar3～Ad3 之间 ,变形过程中有应变 诱导铁素体析出 ,且随着变形温度的降低 、变形量的增加及变形速率的降低 ,铁素体量增加 ;在 Ar3 以下 ,先共析铁素体发生动态再结晶 ,奥氏体晶界和晶内有大量铁素体析出· 关 键 词 : 低碳钢 ;应变诱导相变 ;控制轧制 ;组织变化 ;铁素体
图 4 780 ℃以不同变形速率变形后的淬火组织 Fig. 4 Quenching micro structure s of the sample s deformed at 780 ℃with different strain rate s ( strain value :0. 8)