钢材组织性能的控制
钢组织的智能优化性能控制系统研究
Ｃ ｎ Ｃ ｅｃ ｎ ｅ ｈ ｌ ｇ ｅ ｉ ｗ ｈ／ ａ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ Ｒ ｖ ｅ
●Ｉ
钢组织 的智能优化性 能控制系统研究
刘鹏鹰
（ 北钢 铁宣钢 公司 河 ０５ ０） ７ １０
பைடு நூலகம்
［ 摘 要］ 文分析 了刚组织 性能 的特 点和对 其控 制的 重要性 ， 本 通过 对控 制轧制 和控 制冷 却过 程分 析， 控制 轧制和 控制 冷却 工艺进 行研 究， 对 并通 过钢 组织 性 能控 制系统 测 试 实验 结 果证 明 了钢 组织 的智 能优 化 性能控 制 系统 的优 越性 。 ［ 关键 词］ 组织 智 能优化 性 能控制 系统 钢 中图分 类号 ：Ｈ６ ＋４ Ｔ １５ ． 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９９４ （００ ３ ０ ９０ １０— １Ｘ ２ １）５ ０ １— １
Ａ ３以上 的温度 控 制冷 却至 相变温 度 区域 。特别 是， 制轧 制与 轧后控 制冷 ｒ 控 却相结 合， 以在 降低合 金元 素添加 量或碳 含量 的条件 下， 强化钢 材强度 的 可 在 同时保 持其 较高 的低 温韧性 。对 微合 金钢， 控制冷 却过 程 中起 作 用的 强化机 制 主要 是双相 组织 即铁素体 和 贝氏体产 生 的相变强化 、铁素 体 晶粒 细化及 微 合 金元 素 碳 氮化 物 产生 的沉 淀强 化 。 轧后在 线冷 却过程 最大 的差别在 于冷 却速率 和强 制冷却温 度 。作为控 制 冷 却过程 的加 速冷 却， 其最佳 的冷 却速度 应 当在 实际热 轧过 程能够 实现 。直 接 淬火 的 目的是为 了获 得马 氏体 或贝 氏体等 低温 相变产 物 ， 然后 需要进 行 回 火 。在 间断式加速 冷 却 （Ａ ） 直接 淬火 中， ＩＣ或 强制冷 却终止 于某 一温度 ， 后 然 进行 空冷 口。虽然在 不连续 直接 淬火 中， 终冷温 度必 须低 于马 氏体或 贝 氏体 转变 温度 ， 间断 式加速 冷却 的终 止温度 则会 随冷 却速 度、钢 的淬 硬性和 轧 但 制条 件而 有较大 的变 化 。控制冷 却一 般从 Ａ ３以上 的温度 开 始， 相变终 了 ｒ 在 温度 附近 （５ ￣５ ０ ） ５ ０ ０ 度 结束 ， 后进行 空冷 。控冷 后 的组织一般 为细 晶粒铁 然 素体 ＋微 细 弥散 型 贝 氏体 。 ４控制 轧制和 控 制冷 却工 艺研 究 控制 轧制和 控制冷 却的主 要 目的是细化 钢的组 织， 提高 钢的强 度和韧 性， 同时节 约资源 ， 使生 产工艺 流程简化 ， 并充 分发挥微 合金 元素 的作用 。与传 统 ＳＮ相 比， Ｊ ， 控轧控 冷＿艺 减少 甚至取 消 了变 形后 的热处理 ， Ｌ 因而大大 节约 了钢 铁 生产 的能源 消耗 ， 并且 提高 了优质钢 材 的生产 能力 。 而且控 制轧制 之后 的控 制 冷却， 以对冷 却过程 的相 变进行 控制 ， 现相变 强化 、细 品强化 以及析 出 可 实 强 化等 多种强 化方式 的有 效结合 ， 能够 进一 步提高 钢材 的强度 而不牺牲 韧性 。 适当 的降低变 形温度 ， 变形在 奥 氏体未再结 晶区进 行， 有效地 增加形 使 可 变 奥 氏体 的 晶界 、形变 带和位 错孪 晶等 晶体 缺陷， 从而 提高铁 索 体形核 的有 效 晶界面 积， 进而 提高铁 素体 的形核 率， 细化铁 素体 晶粒 。变形 温度 比较高 时 在 奥 氏体 再结 晶区变 形后直接 冷却 ， 使先共析 铁素体 析 出比较少， 形成大 量 贝 氏体 。变形温 度 降低 ， 接近相 变温度 ， 变形和 冷却过 程 中析出等轴 状先 共析铁 素体 。并 且在 奥 氏体 未再 结 晶区变 形， 氏体 晶粒 比较 大， 奥 变形 后冷 速较 快 时， 使得 铁 素体 只在 晶 界有 少量 析 出， 奥 氏体 晶粒 内部 主要是 大 量的 贝 氏 在 体 。同时未再 结 晶大 压下 使奥 氏体被 拉长， 并且 出现 了形变带 ， 素体形 核 点 铁 增加 ， 得铁 素 体 晶粒 细化 。 使 ５钢 组织 性 能控制 系统 测试 实验 结果 和分 析 轧后 产 品延纵 向取样 ， 照Ｇ 按 Ｂ／Ｔ ２ ＿ ２ ０ 标准 加工成 标距 为５ ｒ ｍ ｝ ２８ ＿ ０２ ０ ａ ￣ 比例拉 伸试样 ， ＩＳＲ Ｎ电子拉伸试 验机 上进行 拉伸试 验 ： 在 Ｎ ＴＯ 按照 标准加 工成 ３ｍ× １ｒｍ× ５ ｍ ｍ ０ａ ５ｍ的非标 准 ｖ型缺 口冲击试 验， Ｊ Ｗ ５０ 显式冲击 试 在 Ｂ一 ０ 屏 验 机上 进行冲 击试验 ， 试验 结果如表 １ 试 样屈 服强度 较 Ｑ ４ 提 高， 。 ３５ 塑性和 冲 击 性 能 良好 。 结语 通过 以上对 工艺 的研 究分析， 结合刚组织 性能的特 点和对其控制 的必要性 的要求 ， 借鉴 控制 轧制和控 制冷 却过程 分析 结果， 上述钢 组织性 能控 制系统测 试 实验 结果证 明 了钢 组织 的智能优 化性 能控制 系统 的优 越性 。通过 小批量 的 试 产，良率高 、成 本低 ，适宜 大规 模 生产 推 广 。 参 考 文 献 ． ［ ］ 李龙 ， 云祯 ， １ 孝 丁桦 等 ．低 屈强 比高 强度 耐 火建 筑钢 的 实验研 究 ［ ］ ０ ２ 全 国轧钢 生产 技术 会议 论文 集， Ｃ ．２ ０ ， 冶金 工业 出版 社， ０ ２：３ ～ ２０ ４４
基于物理冶金模型和人工智能的钢材组织性能预测及控
RAL NEU
国内外的开发及应用情况
RAL
系统的开发情况
NEU
开发单位：Siemens公司, Hoesch-Hohenlimburg厂，Dresden大学
化学成分 工艺参数
物理冶金模型 加热 变形 相变 析出
人工智能技术
组织 性能
RAL
系统的应用情况
NEU
开发单位：VAI＋VA Stahl Linz 应用：Linz厂，7机架热连轧机 武钢、宝钢拟结合2250轧机的建设和2050改造引进此系统
RAL NEU
基于物理冶金模型和人工智能 的钢材组织—性能预测及控制
王国栋，刘相华， （东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室）
RAL NEU
组织—性能预测与控制技术的概况
RAL NEU
研究背景
近年来，随着钢铁材料面临诸多替代材料竞争的形势日益 严峻，以及人们对钢铁材料的性能质量提出的更高要求，材 料科学的发展和计算机模拟技术的进步及其在冶金领域的应 用，诞生了一个全新的研究领域——钢材轧制过程中组织-性 能预测与控制技术。
1 化学成分 2 轧制参数 3 冷却参数
物理冶金模型的基本框架
1 晶粒长大 2 碳氮化物
的溶解
1 再结晶 2 流变应力 3 碳氮化物的
析出
1 相变 2 碳氮化物
的析出
力学性能 1 强度指标 2 韧性指标
钢结构质量控制措施
钢结构质量控制措施
钢结构是一种广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域的重要结构材料。为了确保
钢结构的质量，采取一系列的质量控制措施是必不可少的。本文将详细介绍钢结构质量控制的各项措施。
1. 材料质量控制
钢结构的质量控制首先要从材料入手。选择合适的钢材供应商，并对其提供的
钢材进行严格的质量检测。常见的钢材质量检测项目包括化学成分分析、力学性能测试、金相组织检测等。只有通过了这些检测的钢材才能被采用。
2. 制造工艺控制
钢结构的制造过程中，需要控制各个环节的工艺参数，以确保产品的质量。例如，在焊接过程中，需要控制焊接电流、焊接速度、焊接温度等参数，以保证焊接接头的强度和质量。此外，还需要对切割、冲压、折弯等工艺进行严格控制，以确保钢结构的几何尺寸和表面质量符合要求。
3. 焊接质量控制
焊接是钢结构制造中最关键的工艺之一。为了确保焊接质量，需要采取以下措施：
(1) 焊工资质要求：要求焊工持有相应的焊接资质证书，并熟悉焊接工艺规程。
(2) 焊接工艺评定：针对不同的焊接工艺和焊接材料，进行焊接工艺评定，确
定最佳的焊接参数。
(3) 焊接过程控制：在焊接过程中，要控制焊接电流、电压、焊接速度等参数，以确保焊缝的质量。
(4) 焊接检测：对焊缝进行非破坏性检测，例如超声波检测、射线检测等，以发现潜在的焊接缺陷。
4. 表面处理控制
钢结构的表面处理对于保护钢材不受腐蚀和提高外观质量非常重要。常见的表面处理方法包括喷涂防腐漆、热浸镀锌、喷砂除锈等。在进行表面处理时，需要控制涂层的厚度、附着力、均匀性等指标，以确保表面处理的质量。
钢内部组织及对钢性能的影响
钢内部组织及对钢性能的影响
钢是由铁和一定比例的碳组成的合金材料。它的内部组织对钢的性能
产生了重要影响。钢的内部组织主要包括晶粒、杂质、孪晶和相结构等。
首先，晶粒是钢材内部组织的基本单位。晶粒是由原子构成的，其大
小和形状对钢的性能有重要影响。晶粒越细小，钢材的强度和韧性通常越高。这是因为细小的晶粒使得晶界面积增加，晶界是材料中的弱点，对晶
体的外部应力起强化作用，从而提高了钢材的强度。此外，小晶粒也能阻
碍晶体的滑移和移位，增加了材料的韧性。
其次，杂质是影响钢性能的重要因素。杂质包括各种非金属元素和气体，例如硫、磷、氧等。这些杂质会导致钢材的焊接性、韧性和脆性发生
变化。例如，过多的硫和磷会造成热脆性，降低钢的韧性。氧化物杂质会
导致钢材的剥离、气泡等缺陷，降低钢的强度和韧性。
孪晶是一种特殊的晶界结构，在钢材中具有重要影响。孪晶是指在塑
性变形过程中，晶体沿着特定的输运方向发生薄穗形变而形成的细小晶粒。钢中的孪晶具有高应力集中和位错富集的特点，使得材料的塑性发生显著
变化。一般情况下，孪晶会降低钢的韧性和抗疲劳性能。
最后，相结构是钢材内部组织的另一个重要特征。相是指钢材中存在
的各种化学成分在固态下形成的组织。钢中常见的相有铁素体、贝氏体、
马氏体等。不同的相结构会导致钢的力学性能、耐磨性、耐蚀性等发生变化。例如，贝氏体具有高硬度和强度，常用于制造刀具等需要高耐磨性能
的工具钢。马氏体则具有较高的强度和耐磨性，常用于制造高强度的汽车
零件等。
综上所述，钢的内部组织对其性能具有重要影响。晶粒的大小和形状、杂质的含量、孪晶的形成和相结构的类型等因素都会对钢的强度、韧性、
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：
钢材组织性能的控制(最全)
磁化，并使外磁场能量转变
成热量。
P2∝ fn·B·h/ρ
ρ↑、h↓→ P2 ↓
h —— 铁芯厚度
ρ——铁芯电阻率
③ 剩余损耗 P3
除P1、P2外的其它功率损耗
铁损 P = P1＋P2＋ P3
对硅钢片的要求：
磁感应强度高 B↑→μ↑
铁芯损失低
P↓→ ρ↑、h↓、 Hc ↓
３．磁各向异性
用Fe－Si单晶体试验可知： [100]晶向最易磁化 [111]晶向最难磁化
——ζs／ζb
d↑， ζs ↓—— ζs／ζb ↓，冲压性能↑
d↑↑， ζb ↓—— 杂质因晶界减少而集中，
脆性↑，冲压制品表面易 出现桔皮状
一般，适宜的晶粒尺寸为 6~8 级
② 晶粒形状
R
大量实验证明，具有饼形晶粒的板材，其冲压性 能比具有等轴晶粒的好得多 等轴晶粒 宽向和厚度方向对位错移动的阻力差 不多 饼形晶粒 厚度方向晶界多，位错移动阻力大，
(b)杯形件深冲试验
把不同直径 (D)的圆形板料一次冲成圆形杯件，
不产生破裂的最大圆板料的外径 D与冲头直径 d 之比 D/d叫极限冲压比。D/d越大，冲压性能越好
(c)锥形杯试验
冲头一直往下压，直到产
生裂缝，测出产生破裂时
的锥形杯口外径 D，称为
锥杯值
D越小，冲压性能越好
钢材控轧控冷工艺的原理
钢材控轧控冷工艺的原理
钢材的控轧控冷工艺是一种重要的热处理工艺，它通过对钢材的热轧与冷处理过程进行精细控制，以实现对钢材组织和性能的调控。
钢材的控轧控冷工艺包括控轧与控冷两个方面。控轧是指通过控制轧制温度、轧制速度、轧制负荷、轧制压力等工艺参数，来改变钢材的变形程度、变形速度和变形温度，在轧制过程中对钢材进行组织和性能的调控。
控轧工艺的原理主要包括以下几个方面：
1.塑性变形原理：钢材在热轧过程中通过塑性变形来改变其晶粒结构和形态。通过适当的控制轧制压力、轧制温度和变形程度，可以使钢材的晶粒细化，形成高强钢材的组织。
2.回火效应：控轧工艺中的控制冷却速率可以影响钢材的相变行为和形成的组织结构。适当选择冷却速率可以实现奥氏体转变为铁素体，从而改善钢材的韧性，并且减少钢材的残余应力。
3.相变控制：控轧工艺可以通过控制变形温度和轧制速度来控制钢材的相变行为，例如马氏体相变。通过选择合适的变形温度和轧制速度，可以实现马氏体的形成和相变产生的显微组织调控，从而获得高强度、高韧性的材料。
4.微量元素控制：在控轧工艺中，添加适量的微量合金元素可以改变钢材的组织和性能。例如添加微量的硼元素可以细化晶粒，改善钢材的塑性和韧性。
控冷工艺是控制钢材在冷却过程中的温度和冷却速度，以实现对钢材组织和性能的调控。控冷工艺的原理主要包括以下几个方面：
1.相变控制：钢材的冷却速率会影响其相变行为和相变产物的组织结构。通过控制冷却速率，可以实现奥氏体向铁素体的转变，形成细小的铁素体晶粒和均匀的组织结构。
2.马氏体相变控制：通过控制冷却速率，可以控制钢材从奥氏体向马氏体的相变行为。适当调节冷却速度、冷却温度和冷却介质，可以实现马氏体的形成和马氏体组织的调控，从而获得高强度、高硬度的材料。
钢材控制轧制和控制冷却
钢材控制轧制与控制冷却
姓名:蔡翔
班级:材控12
学号:
钢材控制轧制与控制冷却
摘要:控轧控冷就是对热轧钢材进行组织性能控制得技术手段,目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材与钢管等钢材生产得各个领域。控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式,使钢材得强度韧度得以提高。
Aｂstract: cｏntrolled rolling is cｏntrｏlleｄcooｌｉｎg of hot ｒoｌlｅd sｔeel orgaｎｉzaｔｉon ｐerｆoｒmanｃe ｃontrol tecｈnology, has been ｗideｌy useｄｉｎthe hot ｒｏlled ｓtrip steeｌ,plaｔe,ｓｔeｅl,wｉre rod aｎd stｅeｌｐｉpｅaｎd oｔhｅr ｓｔeel products pｒoｄuction fiｅｌdｓ。Ｃontroｌｌｅｄrollinｇtechｎology of contｒｏllｅd coolｉng cａn pas ｓover ａssaｕltｉng a police officer, phasｅtransｆｏｒmａtiｏｎsｔｒengthening and so oｎ,to iｍproｖe the ｓtｒengｔｈoｆtｈe steelｔoｕg ｈnｅss、
关键词:宽厚板厂,控制轧制,控制冷却
1。引言:
控轧控冷技术得发展历史:
20世纪之前,人们对金属显微组织已经有了一些早期研究与正确认识,已经观察到钢中得铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。2０世纪20年代起开始有学者研究轧制温度与变形对材料组织性能得影响,这就是人们对钢材组织性能控制得最初尝试,当时人们不仅已经能够
控轧控冷工艺基本原理
控轧控冷工艺基本原理
控轧控冷工艺是一种通过控制轧制和冷却条件来调控钢材的组织和性能的加工工艺。其基本原理是通过控制轧制温度、变形程度和冷却速度等参数，实现对钢材组织和性能的调控。
1. 控轧工艺原理
控轧是指在钢材的轧制过程中，通过调整轧制温度和变形程度等参数，控制其组织和性能的加工工艺。控轧工艺的基本原理是通过控制轧制温度和变形程度，调整钢材的晶粒度、相组成和形貌等因素，从而实现对钢材性能的调控。
在控轧过程中，调整轧制温度可以影响钢材的晶粒度和相组成。通过控制轧制温度的高低，可以实现晶粒细化或粗化，进而影响钢材的力学性能和韧性。同时，调整轧制温度还可以改变钢材中的相组成，如奥氏体、铁素体和贝氏体等的含量和分布，从而调节钢材的强度、硬度和耐腐蚀性能。
控轧过程中的变形程度也对钢材的组织和性能产生重要影响。通过控制变形程度，可以实现钢材的晶粒细化、相变和组织调控。在轧制过程中，钢材受到外力的变形，晶粒会发生形变和细化，从而提高钢材的强度和韧性。同时，变形程度还可以引起钢材中的相变，如奥氏体向铁素体的相变，进一步改善钢材的性能。
2. 控冷工艺原理
控冷是指在钢材的冷却过程中，通过调整冷却速度和冷却方式等参数，控制其组织和性能的加工工艺。控冷工艺的基本原理是通过控制冷却速度，调整钢材的组织和性能。
在控冷过程中，调整冷却速度可以影响钢材的相组成和组织形貌。通过控制冷却速度的快慢，可以实现钢材中相的相变和组织的调控。当冷却速度较快时，钢材中的相变会受到限制，从而形成细小的相和均匀的组织。相反，当冷却速度较慢时，钢材中的相变会较为充分，形成较大的相和不均匀的组织。不同的冷却速度会影响钢材的强度、硬度和韧性等性能。
浅谈钢铁材料的热处理及组织性能
浅谈钢铁材料的热处理及组织性能
摘要：钢铁材料热处理工作的主要为了改变钢材内部结构，提高钢铁材料的
整体应用性能，同时改善钢铁材料在实际应用中的工艺性能，以此保障在钢铁材
料生产过程中，工件质量以及性能可以得到全面的优化与改善，充分将钢铁材料
的能力发挥出来，为我国工业化生产以及相关领域发展提供一定的帮助，
关键词：钢铁材料；热处理；组织性能
前言：热处理工艺在当前工业化领域中得到了广泛的应用，作为机械零部件
生产与制造过程中的重要方式之一，能够对钢铁材料内部结构进行改变，使钢铁
材料发挥其性能，以此在实际应用的过程中，能够对零部件的性能进行全面提高，并延长零部件的实际使用寿命。
1组织性能
1.1钢铁在加热时的组织转变
钢铁材料经过热处理工艺加工的过程中，需要将钢铁材料工件加热到临界点，促使钢铁材料原始部分进行转变，形成奥氏体，在热处理后适当进行冷却处理，
控制好冷却速度，将奥氏体组织进行转变，并达到工艺性能按要求。钢铁材料进
行加热处理的过程中，属于一种钢铁加热性能转变过程中，被称之为奥氏体化，
随后通过冷却，使得奥氏体晶粒部分组织与性能发生了变化。
在钢铁材料加热的过程中，奥氏体晶粒大小对热处理钢材料的性能会产生一
定影响。奥氏体晶粒越小，在冷却后组织也会变得细小，晶粒越大，那么冷却后
组织也会变得粗大。钢材晶粒在不断细化的情况下，整体强度会得到有效提升，
而且塑性以及韧性也会不断增加。为此，在钢铁材料热处理后，尽可能实现细化
奥氏体钢材晶粒，以此为后续的工价加工质量提供良好保障，同时提高工件的应
用质量以及应用性能。
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。
材料加工组织性能控制(PPT 98页)
(2) 静态再结晶速度 影响因素：
1）奥氏体成分一定时，变形量 、变形 速度 、变形后的停留温度回复和再 结晶速度 ；2）微量元素将强烈地阻止 再结晶的发生。
过渡型:过渡型转变是介于I型和Ⅱ型转变之 间的一种转变。在奥氏体部分再结晶区中 发生的转变。 铁素体细化的程度：Ⅱ型>IB型>过渡>IA 型，Ⅱ型最细。
图3-5 非合金低碳钢和含Nb或V的低碳钢变形 75%时的轧制温度与转变类型之间的关系
3.4.5 细化再结晶奥氏体晶粒的控制轧制
(a)Si-Mn钢变形后1s淬火； (b)含Nb钢变形后3s淬火
微合金元素对静态再结晶数量的影响： 特点：以C和（或）N的化合物形式析出；细 化晶粒；抑制奥氏体再结晶。和不含微合金元 素的钢相比，在同样变形条件下，再结晶数量 减少，奥氏体平均晶粒尺寸增大。
(4) 再结晶区域图 作用： 划分：三个区域， 即再结晶区、部 分再结晶区和未 再结晶区。
图3-12 压下温度和压下率对再结晶行为和再结晶晶粒 直径产生影响的再结晶区域图
1）轧制不含Nb的普通钢 ： 2）轧制含Nb钢 ：
热轧管线钢生产工艺与组织性能控制
热轧管线钢生产工艺与组织性能控制
作者：韩彦光李铸铁张飞
来源：《科技创新导报》 2013年第14期
韩彦光李铸铁张飞
（河北钢铁技术研究总院河北石家庄 050000）
摘要：管线钢主要用于石油、天然气的输送。目前管线钢应具有高强度、低包申格效应、
高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。该文主要分析了管
线钢生产工艺及其对组织性能的影响，提出管线钢组织性能控制的思路，并就生产实践情况进
行了探讨。
关键词：管线钢生产工艺组织性能
中图分类号：TG335.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)05（b）-0074-02
1 管线钢概述
管线钢主要用于石油、天然气的输送。制造石油天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输
送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（LPS）。石油钢的强度一般要求达到600～700MPa；钢
中O、S、P、N、C总含量不大于0.0092%；钢中脆性Al2O3夹杂和条状Mn夹杂为痕迹状态。管
线钢主要用于加工制造油气管线。油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道，
它的快速建设不仅将缓解铁路运输的压力，而且有利于保障油气市场的安全供给，有利于提高
能源安全保障程度和能力。在管线建设的这种新的发展趋势中，针状铁素体管线钢由于具有优
良的强韧性能、焊接性能、抗硫化氢开裂性能而具有广阔的应用前景。
2 热轧管线钢生产工艺
目前，热轧管线钢的生产中，一般采用微合金化加控制轧制和控制冷却技术。控制轧制是
在热轧过程中，通过合理控制金属的加热制度、变形制度和温度制度，利用再结晶细化奥氏体
钢铁行业中的质量控制方法
钢铁行业中的质量控制方法
钢铁作为重要的基础材料，在各个行业中都扮演着关键的角色。质
量控制是确保钢铁产品达到标准要求并保证行业可持续发展的重要环节。本文将介绍钢铁行业中的质量控制方法。
一、原料控制
钢铁生产的首要环节是原料选择与控制。首先，钢铁生产需要高质
量的铁矿石、冶金焦炭和废钢等原料。合理的原料配比对于保证钢铁
产品的质量至关重要。其次，通过对原料进行严格的检验与筛选，确
保不含有有害物质和控制杂质含量，以减少对成品质量造成的影响。
二、生产工艺控制
1. 高炉冶炼工艺
高炉是炼铁的核心设备，其生产工艺对钢铁产品质量有直接影响。首先，控制高炉的操作参数，如温度、压力和流速等，以确保炼铁过
程中的物理变化符合要求。其次，要精确控制冶炼过程中的添加剂，
如燃料、炉渣和矿石等，以提高冶炼效率和产品质量。
2. 轧钢工艺
轧钢是将炼铁得到的钢坯加工成规格合格的钢材的过程。在轧钢
过程中，应根据不同的钢材品种和用途，选择合适的轧制工艺和控制
技术。同时，对轧制过程中的温度、力学参数、拉伸变形率等进行准
确监测和控制，以确保产品的力学性能、表面光洁度和尺寸偏差等指标符合标准要求。
三、质量检测与控制
钢铁行业中的质量检测与控制具有关键意义。主要的质量检测手段包括以下几项：
1. 化学分析：通过对钢铁产品中各元素含量的检测，确定产品是否符合标准要求。
2. 金相显微镜分析：通过金相显微镜对钢铁产品的组织结构进行观察与分析，评估产品的组织性能。
3. 力学性能测试：通过对钢材的硬度、延伸率、抗拉强度等性能指标的测试，评估产品的力学性能。
钢铁材料热处理及组织性能
钢铁材料热处理及组织性能
班级：机设13-A1
姓名：朱铭书
学号：120133404056
摘要：钢材是当前社会运用最广泛的材料之一，具有非常悠久的历史，它推动了社会的大力发展，促进了社会的进步。作为结构材料．钢的组织和性能在很高的层面决定了产品的质量，因此，在选取钢铁材料时主重其组织与性能。然而，回望钢铁发展的历史，钢组织与性能与材料成分和热处理工艺有着千丝万缕的关系，通过改善材料成分和热处理工艺可以有效提升钢组织与性能。本文将对钢铁材料热处理及组织性能做浅显分析。
正文：一、钢的退火与正火
1、钢的退火是将工件加热到工艺要求的温度，经过适当的保温以后，在缓慢冷却下来的热处理工艺过程。加热温度在Ac3点以上的称为完全退火；加热温度在Ac1和Accm之间的称为不完全退火或球化退火；加热温度在A1点以下称为低温退火；还有扩散退火等退火工艺。退火的加热速度一般不受限制，但对于高合金钢和大截面工件，升温不可过快，否则，由于导热性差，引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂。一般将升温速度控制在100～180℃/h比较适宜。加热时间是根据工件的有效厚度，并考虑装炉量、装炉方式和加热方法确定的，可以查阅热处理手册加以确定。退火的冷却方式是根据退火工艺的具体要求进行。（1）完全退火只适用于亚共析钢，加热温度为Ac3＋（20～30℃），合金钢可以略微高于此温度，保温足够时间后，随后缓冷（炉内冷却或按要求的冷却速度冷却）到550～500℃以下，再空冷。在加热和冷却的过程中，钢的内部组织全部进行了重结晶，即发生了加热时的奥氏体化和冷却时的奥氏体分解转变。所以完全退火又称重结晶退火。在重结晶过程中经历了两次形核长大，因此细化了晶粒。完全退火使钢获得了接近平衡状态的细晶粒组织，同时消除了焊接、铸钢、热锻轧钢中的粗大组织和魏氏组织，以及因终锻、终轧的温度过低造成的带状组织。完全退火还提高韧性，消除因冷速较快造成的内应力，降低含碳较高的亚共析钢硬度，以利于切削加
金属塑性变形基本理论—钢材性能控制与要求
平均浓度高得多的异类原子，在某些 情况下晶界上还含有第二相或夹杂物。
• 在多晶体中由于有晶界存在，其变形是 不均匀的，晶界处不易产生塑性变形， 而晶粒内部则容易变形。
• 不同的晶粒由于其取向不同，也不是同 时发生塑性变形的。滑移首先是在取向 有利的晶粒内出现。
晶粒1由于外加切应力的作用，其位错源开动，发出大 量位错。当这些位错滑移到晶界附近时塞积，引起应力集 中，使得在晶粒2或晶粒3中距离约为r的位错源也开动。
晶粒尺寸不同的铝的拉伸曲线
• 晶界强化是一种能够同时提高强度而不 损失韧性的有效的强化手段。晶界强化 的本质在于晶界对位错运动的阻碍作用， 是属于源硬化一类的。
造成变形有很大的不均匀性
多晶体变形的竹节现象
晶粒变形的整体性
多晶体的强度一般要比单晶体为高
• 晶界的存在，使得滑移难以从一个晶粒直接 传播到有取向差异的另一个晶粒上，为了使 邻近的晶粒也发生滑移，就必须要加大外力。
多晶体晶粒的变形必须 要满足连续性的条件。 当一个晶粒的形状发生 变化时必须要有邻近晶 粒的协同动作。
得到无限地减小，并存在其决定于化学成分和初期晶
粒直径的极限值。再结晶区轧制是通过再结晶进行g
晶粒细化处理，从这种意义上说，是控制轧制的准备 阶段。 • 通常的热轧工序在这个再结晶区轧制终了。
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(%)
(瓦／公斤)
B25 (高斯)
B50 (高斯)
30
0.55
18000 19100
52
0.51
19000 19800
70
0.53
18150 18850
③ 总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好
轧制道次数 26次 16次
B25 (高斯) 17300 18100
P10 (瓦／公斤) 0.90 0.68
２．热轧 ① 终轧温度 T终℃＞ 850℃
完全再结晶、不使 AlN 在热轧过程中析出 ② 变形程度 ε↑，等轴晶深度↑
③ 轧制速度 快 不使 AlN在热轧时析出
④ 冷却速度 快 ⑤ 卷取温度 低
一般T卷℃ ＜700℃ T卷℃↓→ B↑、P↓
磁性 T卷℃ 500~550 650~700
B(千高斯) B25 B50 B100 18.1 19.4 20.6 16.1 17.7 19.7
(b)杯形件深冲试验 把不同直径 (D)的圆形板料一次冲成圆形杯件，
不产生破裂的最大圆板料的外径 D与冲头直径 d 之比 D/d叫极限冲压比。D/d越大，冲压性能越好
(c)锥形杯试验 冲头一直往下压，直到产 生裂缝，测出产生破裂时 的锥形杯口外径 D，称为 锥杯值 D越小，冲压性能越好
② 拉伸试验法
拉伸试验，测出σs、σb、δ 确定材料的屈强比 σs／σb 塑性变形比 R
(a)屈强比σs／σb 反映材料加工硬化能力的大小
σs／σb↓，冲压性能↑ —— σs 小，变形抗力小，材料易变形 —— σb 大，材料不易断 说明材料加工硬化能力大，不易产生细
颈，不易断裂
(b)塑性变形比 R
板材在宽度和厚度方向上产生塑性变形
P(瓦／公斤) P10 P15 P17 0.625 1.869 2.47 0.88 1.95 2.64
３．冷轧 为了形成 (110)[001]二次再结晶织构， 必须在冷轧带钢中存在 (111)[112] 取向的 晶粒。从晶体学来看， (111)[112]晶格畸 变最大，再结晶能力最强，绕 (110)轴转 35°就得到(110)[001]高斯织构。
(b)在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集， 并随温度升高而溶解，促使二次再结晶 晶粒择优长大而获得(110)[001]高斯织构。
(c)高温成品退火时，由于退火气氛 H2 的作 用而将S和N去除掉，或在高温下使这些 夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害 的影响。
４．化学成分 最不利元素 C ——使 γ区扩大 高温退火时，使织构破坏，取向度↓ —— 与铁形成间隙式的固溶体 使晶格畸变↑，内应力↑，磁化阻力↑ —— 形成珠光体、渗碳体 降低磁性，使硅钢片变脆 因此，希望 C%↓↓，一般 C%＜0.02%
２．夹杂物 ① 不利夹杂物 碳化物、硫化物
夹杂物呈脆性，造成冲压开裂 ② 有利夹杂物 AlN
(a)在冷轧后退火再结晶时沿轧向平行析 出，阻碍晶粒沿厚度方向长大，使晶 粒成为伸长的薄饼形状。
(b)AlN的形成，使钢中的自由N 浓度↓， 不易产生屈服效应，表面质量↑
３．形变时效 (a) σs ↑，屈强比↑，冲压性能↓ (b)形成吕德斯带，使冲压件表面质量↓ AlN的形成，使时效倾向↓
＝ μH
μr —— 相对导磁率
μ：反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力
的大小。 μ↑、B↑ 表示易磁化
２．铁芯损失P 单位重量硅钢片在交变磁场作用下的 功率损耗 ① 磁滞损耗 P1 由于磁感应强度的变化始终落后于
磁场的变化 所引起的功率损耗
H=0, B=Br 剩磁现象 Br ：剩余磁感应强度 Hc ：克服剩磁所加的
最有利元素 Si —— 使γ区缩小 使高温退火形成的织构 不会在冷却时因相变而遭到破坏。 —— 与铁形成置换固溶体 晶格畸变小 —— 促进石墨化 —— 使电阻增加 降低涡流损耗 —— 促使铁素体晶粒粗化 使矫顽力降低，磁滞损耗下降
Mn、S、N 虽属不利元素，但生成 MnS、AlN 则变为有利。因此，生产中往往含 有一定量的硫和锰或铝和氮，形成 有利夹杂，提高冷轧硅钢的取向度。
④ S、P 是有害元素，应越少越好，一般 ＜0.02%
２．工艺制度 以 08Al 镇静钢为例来讨论
冲压板生产工艺流程 板坯→加热→热轧→卷取→冷轧→退火→ 平整
① 热轧工艺控制
加热：加热温度高，加热时间长，使 AlN 充分
溶解
T加℃ = 1200~1300℃
热轧： T终℃≥ 840℃， 轧后浇水急冷，以防
可作为板材各向异性的指标
二．影响冲压性能的因素 １．晶粒
① 晶粒大小 ——σs／σb
d↑， σs ↓—— σs／σb ↓，冲压性能↑ d↑↑， σb ↓—— 杂质因晶界减少而集中，
脆性↑，冲压制品表面易 出现桔皮状
一般，适宜的晶粒尺寸为 6~8 级
② 晶粒形状 R 大量实验证明，具有饼形晶粒的板材，其冲压性 能比具有等轴晶粒的好得多 等轴晶粒 宽向和厚度方向对位错移动的阻力差
三．冲压性能的控制
１．化学成分
① C ↑，σs ↑，屈强比↑； 易形成柯氏气团、表面皱折
C% ≤ 0.08%
② Al ↑，固溶强化↑， σs ↑，屈强比↑；
但要保证形成适量的 AlN
Al%取 0.02~0.07%
③ Si、Mn 固溶强化↑， σs ↑ Si% 取 0.03% 左右， Mn%取 0.4% 左右
P2∝ fn·B·h/ρ
h —— 铁芯厚度 ρ——铁芯电阻率
ρ↑、h↓→ P2 ↓ ③ 剩余损耗 P3
除P1、P2外的其它功率损耗 铁损 P = P1＋P2＋ P3 对硅钢片的要求：
磁感应强度高 B↑→μ↑
铁芯损失低
P↓→ ρ↑、h↓、 Hc ↓
３．磁各向异性 用Fe－Si单晶体试验可知： [100]晶向最易磁化 [111]晶向最难磁化
电机用硅钢：要求磁各向异性越小越好，纵横方向的 B25 差别小于10%
变压器用硅钢：要求轧制方向为[001]晶向，B↑ 采用有取向的硅钢片 (100)[001] 或 (110)[001]
４．磁致伸缩小 ５．表面质量好，厚度均匀
表面平整，填充系数高 厚度不均，噪音增大，电机振动增大
二．影响电磁性能的主要因素 １．晶粒大小
d↑ → B↑、P↓ 磁性好 如图示：d ↓ ，P1 ↑
２．晶粒取向 取向度 —— 晶体中易磁化晶向平行于或接
近平行于轧向的晶粒所占的百分比 设易磁化晶向与轧向的偏离角为 αn ，
αn ↓→ B↑、P↓ 一般工业产品 αn ≤10° 高牌号的产品 αn ≤5°
３．夹杂物 ① 有害夹杂物 属于稳定的，温度升高不会分解或析出， 如Al2O3、SiO2、FeO等等，它们的存在会 造成晶格畸变,产生内应力,使磁化阻力↑， 矫顽力↑，磁滞损耗 P1↑
第二次冷轧的总压下率对磁性影响大 1 ① 第一道次压下率 ε1≈ 35%为宜 这时冷轧织构中的(111)[112]组分加强，再 结晶退火→ (110)[001]织构，使成品的取向 度和磁性提高。 ② 总压下率 实验表明，εⅡ ＝50%为 好，成品(110)[001]取向度最高，铁损最低。
第二次冷轧总压下率 P10/50
的比值
R = εb/εh
R＞1， εb ＞ εh ，说明板料在宽向容
易变形，而在厚向不容易变形，产生细颈
的可能性下降，冲压性能好
因为板材都是轧制而成，存在各向异性， 各方向的R不同 R平均 =( R0 + 2R45 + R90)／4 R0 、 R45 、R90 分别为沿与轧向成 0°、 45°、90°角方向截取试样的塑性变形比 R：不仅可反映材料冲压性能的好坏，还
7.2 冲压性能的控制 一．冲压性能 １．概念 冲压： 材料在冲头与模具 作用下，产生塑性变形得 到一定形状和尺寸的过程 产品：壳体零件、杯形件 原料：板料，也叫板冲压
冲压性能：材料能顺利地完成冲压过程而不破坏的能力
２．冲压性能的测定 ① 模拟法 (a)杯突法
适用于 h≤ 2mm的板带材 冲头压入直到材料产生裂纹， 此时所压入的深度值 △h，即为 金属的杯突深度，也叫杯突值。 △h 越大，冲压性能越好
７．钢材组织性能的控制
7.1 电磁性能的控制 硅钢 —— Fe－Si 合金
主要用于电机及变压器的铁芯 分类： 按用途来分： 电机硅钢、变压器硅钢 按化学成分来分：低硅 （0.8 ~ 1.8%Si）、
中硅（ 1.8 ~ 2.8%Si）、 高硅（ ＞ 2.8%Si）
按轧制工艺来分： 热轧硅钢片、冷轧硅钢片
４．退火
1
① 初退火
热轧后退火
目的：使组织均匀化、去除应力、脱C ② 中间退火（初次再结晶退火）
—去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作
准备
—完成初次再结晶，在 (111)[112]织构的基础
上形成少量(3~5%)(110)[001]再结晶织构。
—脱C
③ 脱C退火 —— 脱C —— 形成 SiO2薄膜 涂隔离层 MgO，以防高温退火时带钢发
初退火→酸洗→ 第一次冷轧成 0.7mm厚的板卷
→ 中间退火→第二次冷轧成 0.35mm厚的板卷
→脱C退火→涂 MgO粉(以防高温退火时粘结)
→ 高温退火→ 涂绝缘层→拉伸退火→剪切→
检验→入库
1．加热 提高加热温度、延长加热时间对磁性有利
① 使有利夹杂充分固溶 ② 铁素体晶粒尺寸变大 ③ 使有害夹杂聚集长大，减小其有害性 ④ 脱 C↑ ⑤ 减小偏析现象 板坯的加热温度控制在 1300℃左右，最高 可达 1350℃。
５．铁芯厚度 h 涡流损耗 P2 ∝ fn·B·h/ρ h↓，P2↓ 另： h↓ ，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化
阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗 P1 ↑
当温度、晶粒尺寸、取 向度不变时 钢片厚度与铁损的关系 如图示
三．轧制工艺制度的控制
典型生产工艺流程:
12
冶炼→铸锭→开坯→热轧成 2.2mm厚的板卷→
磁化力，叫矫顽力
矫顽力的大小反映了磁 性材料保存剩磁状态的 能力
P1 ∝ fn·An
fn —— 电流频率
An —— 回线面积
磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大
因为 An ∝ Hc 所以 P1 ∝ Hc 矫顽力越大，磁滞损耗越大
② 涡流损耗 P2 由于交变磁场产生的感生电 流在铁芯内形成涡流而引起 的功率损耗 感生电流所产生的磁场与 原 磁场方向相反，阻碍材料的 磁化，并使外磁场能量转变 成热量。
夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散 程度有关
Hc ∝ V·K/d’ V —— 夹杂物体积 K —— 夹杂物形状 d’—— 夹杂物直径
d’↓，Hc↑
即夹杂物越细小，影响程度越大
② 有利夹杂物 属于不稳定的，如 AlN、MnS 有利夹杂必须具备以下条件： (a)以细小弥散的质点均匀分布，强烈
地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。
生粘结。
④ 成品高温退火 （二次再结晶退火） —— 形成粗大的 (110)[001] 再结晶织构，使 成品获得高的取向度 —— 使夹杂物聚集长大 —— 脱C，使C石墨化 —— 脱 S、N，减少和去除钢中的夹杂物 AlN + H2 → Al + NH3↑ MnS + H2 → Mn + H2S↑
⑤ 拉伸平整退火 —— 平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数↑ —— 改善磁织构，取向度↑，降低铁损 —— 减少磁致伸缩，降低噪音 涂绝缘层：提高层间电阻、防锈耐蚀
冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片： B↑ 25% P↓ 30~40% 体积减少30~40% 电能↓
一．电磁性能的概念
１．磁感应强度 B （磁通密度）wenku.baidu.com
定义：在垂直磁场的方向上，材料内部单位面
积通过的磁力线条数
B0 = μ0nI = μ0 H
μ0 —— 真空导磁率
加铁芯后： B总 = B0 ＋B芯 ≈ B芯 ＝ μrμ0nI
不多 饼形晶粒 厚度方向晶界多，位错移动阻力大，
不易变形，而宽向易变形，使 R ↑， 冲压性能↑
③ 晶粒取向 (111)晶面平行板面，R↑，冲压性能好↑ 因为 ＜111＞⊥(111)， ＜111＞方向为厚度方 向，不易变形， R↑ 所以，为了提高板材的深冲性能，应设法增加 平行于板面的(111)织构。
热轧硅钢片： 电机 厚 0.5 mm 1.0 ~ 2.5%Si 变压器 厚 0.35mm 3.0 ~ 4.5%Si
冷轧硅钢片：≤ 3.5%Si 无取向硅钢片 多用于电机
取向硅钢片 2.8 ~ 3.5%Si 单取向硅钢片：高斯织构 (110)[001] 变压器 厚0.35mm 双取向硅钢片：立方织构 (001)[100] 仪表工业 厚0.025 ~ 0.1mm