材料加工组织性能控制讲义
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材料加工组织性能控制第九章
（3）定向成核一选择成长联合理论 再结晶退火时可能发生三种基本的织构变：
再结晶退火后保持了形变织构；再结晶时形变织 构全部或部分地被其它的一个或几个再结晶织构 组分所代替，这种代替可能出现在再结晶的不同 阶段，而且再结晶早期阶段上出现的再结晶织 构，在后期常常又可被新的织构代替；再结晶时 形变织构全部或部分地被无序取向的新晶粒代 替。
08Al：钢中析出铝的氮化物A1N， {111}组分
过饱和固溶体强烈的分解温度高于 的变形晶
600℃。
深
粒比{001} 组分的变
冲
形晶粒容
钢
易形成再
板
结晶核心，
08F：析出的基本上是铁的碳化物 (渗碳体)，过饱和固溶体强烈的分 解温度在500℃左右。
容易发生 过饱和固 溶体分解。
08Al钢板： 控制工艺：再结晶退火时的加热速度要慢一些， 还未加热到A1N强烈析出的温度时，{111}取向的 再结晶核心在有利的条件下已顺利地形成，使这种 核心在数量上占据优势。 注意：加热速度不要过高，否则出现加热到 600—700℃时还未到{111}取向再结晶核心的形成 温度，就开始出现A1N的析出，析出的弥散氮化物 对{111}组分的晶粒中再结晶形核的阻碍作用比 {001}组分中的阻碍作用大。于是形成的再结晶核 心中，占优势的将可能是{001}取向的晶核。
08F钢板： 提高{111}再结晶织构的织构度，应提高再结 晶退火时的加热速度，“跑过”碳化物强烈析出 的 温度(500)以防止析出的弥散碳化物阻碍{111}取 向的再结晶核心的形成。否则，碳化物在{111} 取向晶粒的区域中强烈析出，就严重地阻碍了它 们的再结晶核心的形成，而在{001)取向晶粒的区 域中，阻碍作用较微弱，因而有利于{001}取向 的再结晶核心的形成。有利于形成{001}取向的 再结晶织构。
材料加工组织性能控制教学课件
材料的密度、热膨胀系数、热导 率等指标，反映材料的物理属性。
材料的耐腐蚀性、抗氧化性、耐 候性等指标，反映材料在化学环 境中的稳定性。
材料组织性能的影响因素
1 2 3
成分与组织 材料的成分和组织结构对性能有决定性影响，如 钢铁材料中的碳含量和显微组织结构。
工艺与处理 材料的加工工艺和处理条件对组织结构和性能有 重要影响，如铸造、锻造、焊接等工艺。
分类
根据加工方式的不同，材料加工可分 为铸造、锻造、焊接、热处理、表面 处理等。
材料加工的重要性与应用领域
重要性
材料加工是制造业的核心环节，对国民经济的发展和国防建设具有重要意义。
应用领域
材料加工广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源、电子信息等领域。
材料加工技术的发展趋势
智能化
采用智能技术提高材料加工的 自动化和智能化水平，降低人
高强度钢的组织性能控制
要点一
总结词
高强度钢是一种具有高强度和良好塑性的钢材，广泛应用 于汽车、建筑和机械等领域。其组织性能控制对于保证材 料的质量和稳定性至关重要。
要点二
详细描述
高强度钢的组织性能控制主要包括细化晶粒、降低杂质含 量和合金元素调整等手段。通过控制轧制和热处理工艺， 可以获得具有优良综合性能的高强度钢板。同时，高强度 钢的焊接性能也需要通过合理的焊接工艺进行控制，以确 保其在加工和使用过程中的稳定性和可靠性。
04
材料加工组织性能控制技术
计算机模拟与优化技术
计算机模拟技术
通过计算机模拟材料加工过程中的物理、化学和力学行为，预测材料的组织性能，优化 加工工艺参数。
优化算法
应用各种优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，寻找最佳的加工工艺参数组合，提高 材料的性能。
材料加工组织性能控制(第四章PPT课件
第33页/共33页
Nb(C、N)平均析出速度：
高温、低 温析出都 很慢。
第6页/共33页
终控轧制温轧度制的就影是响应：用这种微细的Nb(C、N)析出质 高平点 细温化固轧晶定制粒亚后的晶（目界再的而结。阻晶止轧奥制氏，体如晶10粒50再C结）晶:，铌达的到 均析出速度不大、析出颗粒较大（ 200 Å左
右）。
原因:
第27页/共33页
晶粒细化和沉淀硬化
实 验 条 件 ： 0.10%C— 0.25%Si—1.50％Mn，加热温 度及终轧温度分别为1100℃和 780℃ ， 900℃ 以 下 的 总 压 下 率 为70％。
铌的碳化物或氮化物和碳 化铌引起的晶粒细化和沉 淀硬化。后者的强化效果 与加热时溶解的铌或钛的 图4-5 强度和韧-脆转变温度与含铌量和 含量有关。
低温轧制后（未再结晶轧制，如 900800C） ：
加大了铌的析出速度,析出颗粒细 （ 50100Å ）。
原因:
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(4) 奥氏体向铁素体转变过程中 碳氮化物在和中的溶解度不同相变后，产 生快速析出。 相间析出（相间沉淀）： 冷却速度大、析出温度低相间沉淀排间距小 析出质点也小。 析出时间长质点长大。
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4.2 控制轧制过程中微合金元素碳氮化合物 的析出 各阶段中Nb(C、N)的析出状态 (1)出炉前： 加热到1200C，均热2h：90%以上铌都固溶到 奥氏体基体中，有极少数粗大Nb(C、N)没有 固溶到奥氏体中。 1260C ：保温30min，Nb(C、N)全部溶解。
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第9页/共33页
(2)变形温度
1）析出量相等时，未 再结晶区轧制所需时间 短。原因：
2）析出量一定时，在 高温所需等温时间短， 低温所需等温时间长。
Nb(C、N)平均析出速度：
高温、低 温析出都 很慢。
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终控轧制温轧度制的就影是响应：用这种微细的Nb(C、N)析出质 高平点 细温化固轧晶定制粒亚后的晶（目界再的而结。阻晶止轧奥制氏，体如晶10粒50再C结）晶:，铌达的到 均析出速度不大、析出颗粒较大（ 200 Å左
右）。
原因:
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晶粒细化和沉淀硬化
实 验 条 件 ： 0.10%C— 0.25%Si—1.50％Mn，加热温 度及终轧温度分别为1100℃和 780℃ ， 900℃ 以 下 的 总 压 下 率 为70％。
铌的碳化物或氮化物和碳 化铌引起的晶粒细化和沉 淀硬化。后者的强化效果 与加热时溶解的铌或钛的 图4-5 强度和韧-脆转变温度与含铌量和 含量有关。
低温轧制后（未再结晶轧制，如 900800C） ：
加大了铌的析出速度,析出颗粒细 （ 50100Å ）。
原因:
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(4) 奥氏体向铁素体转变过程中 碳氮化物在和中的溶解度不同相变后，产 生快速析出。 相间析出（相间沉淀）： 冷却速度大、析出温度低相间沉淀排间距小 析出质点也小。 析出时间长质点长大。
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4.2 控制轧制过程中微合金元素碳氮化合物 的析出 各阶段中Nb(C、N)的析出状态 (1)出炉前： 加热到1200C，均热2h：90%以上铌都固溶到 奥氏体基体中，有极少数粗大Nb(C、N)没有 固溶到奥氏体中。 1260C ：保温30min，Nb(C、N)全部溶解。
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(2)变形温度
1）析出量相等时，未 再结晶区轧制所需时间 短。原因：
2）析出量一定时，在 高温所需等温时间短， 低温所需等温时间长。
材料加工组织性能控制
2连续退火 连续退火炉中进行;分三段： 预热段：把钢表面的残余油脂清除掉 还原段：把表面的氧化铁皮还原成纯铁 层;完成钢的再结晶退火 冷却段：带钢冷却到入锌锅的温度
退火步骤： 1快速加热到A1温度线附近或以上 2在这一温度下停留很短的时间 3快速冷却到约为400℃的过时效温度或冷 却到室温 4几分钟的过时效处理
第一阶段：再结晶和晶 粒长大;包括加热 保温 和以中等速度冷却;形 成对成型性能很重要的 组织和织构特征
图6 18 连续退火过程中组织和固溶碳含 量的关系
第二阶段：快速冷却到 过时效温度和过时效处 理;决定了组织中的碳 化物分布和过饱和固溶 的碳含量
图6 19 热轧带钢卷取温度对冷轧带钢再结晶 晶粒度的影响
图63软钢St14和各种含钛和铌微合金钢的加工硬化曲线 l含钛微合金高强钢；2含铌微合金高强钢；3含铌Stl4；4Stl4
2对轧制织构和退火中形成的再结晶织构
r：厚向异性系数
r w t
r(r02r45 r9)0/4
r:厚向异性系数r在板面上随方向的变化;决定凸 耳的形成程度;不影响板料成形性能
rr0 r902r45 2
5 微合金元素在控制轧制中的作用
HSLA钢中常用合金元素及夹杂元素分类：
1微合金化元素：铌Nb 钒V 钛Ti 铝Al和硼B
2置换元素：硅Si 锰Mn
控制钢的强 度 韧性 相 变显微组织
钼Mo 铜Cu 镍Ni和铬Cr
3夹杂及硫化物形状控制的添加元素：磷P
硫S 钙Ca 稀土金属REM及锆Zr 控制钢
的塑性
NKKCAL法
图6 9 连续退火的退火过程 1保温段；2气体喷射冷却；3快速冷却；4过时效段；
5淬火冷却；6过时效段退火
材料加工组织性能控制(第八章)PPT课件
8 控制轧制中的变形抗力
图8-1-1 影响变形抗力的各种参数之间的内在关系
1
整体概况
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概况2
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概况3
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8.1影响变形抗力的金属学因素 8.1.1合金元素的影响
10
(2)变形温度的影响 变形抗力与变形温度的关系可用下式表示：
kexA p/T() （8-2）
式中 T:变形温度；A、 ：常数
11
图8-12 碳钢的变形抗力-温度曲线 〇-0.15%钢，=20%；△-0.25%钢；-0.55%钢，=20%
12
（3）变形速度的影响
变形抗力随变形速度的变化（变形速率较小）：
ii/i 1i/( i 1i 1 )
(8-6)
值应在01间变化，是成分和轧制条件的函数 。当
=1在道次之间就完全没有回复( i i1 )。当=0时就 完全软化(i 0 )。i道次上的有效变形的一般表达式可
用下式表示：
i i i 1 ( i ) i 2 ( i 1 i ) 2 ( 3 4 i ) 1 ( 2 3 i )
25
22
提问与解答环节
Questions and answers
23
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支 持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评 估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和
意见，也请写在上边
24
谢谢聆听
THANK YOU FOR LISTENING 演讲者：XX 时间：202X.XX.XX
图8.7 晶粒尺寸对变形应力 的影响
图8-1-1 影响变形抗力的各种参数之间的内在关系
1
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8.1影响变形抗力的金属学因素 8.1.1合金元素的影响
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(2)变形温度的影响 变形抗力与变形温度的关系可用下式表示：
kexA p/T() （8-2）
式中 T:变形温度；A、 ：常数
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图8-12 碳钢的变形抗力-温度曲线 〇-0.15%钢，=20%；△-0.25%钢；-0.55%钢，=20%
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（3）变形速度的影响
变形抗力随变形速度的变化（变形速率较小）：
ii/i 1i/( i 1i 1 )
(8-6)
值应在01间变化，是成分和轧制条件的函数 。当
=1在道次之间就完全没有回复( i i1 )。当=0时就 完全软化(i 0 )。i道次上的有效变形的一般表达式可
用下式表示：
i i i 1 ( i ) i 2 ( i 1 i ) 2 ( 3 4 i ) 1 ( 2 3 i )
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提问与解答环节
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结束语
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图8.7 晶粒尺寸对变形应力 的影响
材料加工组织性能控制新
制工艺
0
5
•常规工艺
•850850
•8
•4042 •4045
•-
•60064
0
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材料加工组织性能控制新
• 3.2 钢的奥氏体形变与再结晶（I型控制轧制） • 3.2.1热变形过程中的奥氏体再结晶行为 • 3.2.1.1 动态再结晶
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（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。
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（2）奥氏体未再结晶区控制轧制(又称为Ⅱ型控 制轧制) 条件： 950C～Ar3之间进行变形。 目的：晶粒沿轧制方向伸长，晶粒内部产生形 变带。晶界面积，的形核密度 ，进一步促 进了晶粒的细化。
•（1）细化相变前的奥氏体 晶粒；（2）在细化奥氏体 晶粒的前提下，进一步使奥 氏体处于加工硬化状态； （3）在相变温度区间加速 冷却。
•3.1.2.4 合金元素的作用（微合金元素作用再讲）PPT文档演模板
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3.1.3 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
Controlled
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•低温轧制的 优点：细化 铁素体晶粒。
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•图3-l 各种轧制程序的模式图 • CR-—控制轧制；AcC一控制冷却
材料加工组织性能控制新
3.1.2 铁素体晶粒尺寸的控制
材料加工组织性能控制XXXX(第十章)
未再结晶阶段：
终轧温度：
（2） 双机架中厚板轧机的控制轧制工艺 形式：二辊—四辊式，三辊—四辊式、四辊—四 辊式
举例：2800二辊—四辊式：
控制轧制工艺： （a）粗轧终了温度：
道次压下率： 总压下率： （b）四辊精轧机分成两个阶段：部分再结晶的 上限范围轧制，道次压下率：
轧制温度： 未再结晶区轧制，道次压下率：
10 控制轧制和控制冷却技术的应用
10.1 控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参 数 设计 10.1.1控制轧制工艺的主要内容 （1）坯料加热制度的选择 :入炉温度、加热速度、最高加热温度、保
温时间、坯料的出炉温度以及对坯料温度 均匀性、氧化和脱碳程度等的要求。 考虑因素：
（2）选择和设计控制轧制工艺的类型
（4）控轧控冷钢化学成分的调整
碳： 锰 ：细化晶粒、提高强度、增加韧性、降低相变 温度Ar3 ，作用：1）扩大了加工温度范围 ；2） 使铁素体晶粒长大机会减少。 一般控制在1.3-1.5%之间 。 硫： 磷 ：不大于0.02% 。
10.1.2 控制冷却工艺设计（已讲过，略） 10.2控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用 10.2.1 热轧带钢的控制轧制和控制冷却 ➢ 5个步骤： 1)加热中，微合金化元素碳氮化合物的溶解。 2)再结晶临界温度以下施以大的变形。 3) 微合金化元素碳氮化合物的变形诱导析出延缓再结 晶。 4)未再结晶并强烈变形的奥氏体发生相变。 5)分配冷却剂量来控制冷却和调整所需要的卷取温度。
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
2) 卷取温度对双相钢性能的影响
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
10.3 连铸连轧理论与应用 10.3.1 五种典型工艺图
终轧温度：
（2） 双机架中厚板轧机的控制轧制工艺 形式：二辊—四辊式，三辊—四辊式、四辊—四 辊式
举例：2800二辊—四辊式：
控制轧制工艺： （a）粗轧终了温度：
道次压下率： 总压下率： （b）四辊精轧机分成两个阶段：部分再结晶的 上限范围轧制，道次压下率：
轧制温度： 未再结晶区轧制，道次压下率：
10 控制轧制和控制冷却技术的应用
10.1 控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参 数 设计 10.1.1控制轧制工艺的主要内容 （1）坯料加热制度的选择 :入炉温度、加热速度、最高加热温度、保
温时间、坯料的出炉温度以及对坯料温度 均匀性、氧化和脱碳程度等的要求。 考虑因素：
（2）选择和设计控制轧制工艺的类型
（4）控轧控冷钢化学成分的调整
碳： 锰 ：细化晶粒、提高强度、增加韧性、降低相变 温度Ar3 ，作用：1）扩大了加工温度范围 ；2） 使铁素体晶粒长大机会减少。 一般控制在1.3-1.5%之间 。 硫： 磷 ：不大于0.02% 。
10.1.2 控制冷却工艺设计（已讲过，略） 10.2控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用 10.2.1 热轧带钢的控制轧制和控制冷却 ➢ 5个步骤： 1)加热中，微合金化元素碳氮化合物的溶解。 2)再结晶临界温度以下施以大的变形。 3) 微合金化元素碳氮化合物的变形诱导析出延缓再结 晶。 4)未再结晶并强烈变形的奥氏体发生相变。 5)分配冷却剂量来控制冷却和调整所需要的卷取温度。
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
2) 卷取温度对双相钢性能的影响
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
10.3 连铸连轧理论与应用 10.3.1 五种典型工艺图
第4讲-金属材料组织和性能控制-1
金属材料组织和性能控制原理和方法•加工（应变）硬化和退火处理•凝固原理及其应用一、加工（应变）硬化和退火处理强化金属和合金的技术较多，如增加位错密度、减小晶粒尺寸、合金化等等。
本节将了解以下内容：如何使用冷作加工工艺来提高金属和合金的性能，冷作加工实质上是把金属材料变形和强化同步进行的一种工艺方法。
而热作加工则没有强化作用。
通过退火热处理工艺可以改善冷作加工工艺引起的塑性降低和硬度增加问题。
冷作加工导致的加工硬化机理，是由于位错密度增加而引起的。
人们可以通过材料加工工艺和热处理工艺的结合使用，不仅能够把材料加工成有用形状的构件，而且还能够控制和改善其力学性能。
本节讨论的问题尤其适于金属及其合金材料。
•应变硬化（通过位错增殖实现）首先需要材料具有可延展性。
如果把应变硬化作为强化材料的手段，那么也必须同时克服加工过程中因应变硬化而带来的一些问题。
例如，我们在拉拔线材或者挤压管材时，就会发生应变硬化，此时我们就必须保证材料具有可接受的塑性。
而在轿车和卡车制造中，要使用钢板冲压出外形美观的汽车框架，此时使用的钢板就必须能够在冲压时容易延展并易于弯曲，而冲压后的汽车框架则必须具有足够的强度，能够承受轻微颠簸和大的冲击载荷。
此时应变硬化就能够使产品强度提高。
此外，为了保证了汽车框架的抗撞击性能，还必须使钢板在发生碰撞时具有迅速的应变硬化能力。
•此外，大家关心聚合物、玻璃和陶瓷材料是否具备加工硬化的能力。
研究表明，热塑性聚合物在变形时具有应变硬化的能力。
但其应变硬化的机理和金属完全不同。
大多的脆性材料如玻璃和陶瓷材料的强度则取决于其中的裂纹和裂纹-尺寸分布，因此玻璃和陶瓷加工硬化能力很差。
下面我们从金属材料的应力-应变曲线开始来探讨加工硬化问题。
1、冷作加工和应力-应变曲线的关系图8-1（a）为塑性金属材料的应力-应变曲线。
如果材料的外加应力σ1大于屈服强度σy，则材料会发生永久变形或者应变。
当外加载荷卸除，就会产生ε1的应变。
材料加工组织性能控制XXXX(第十章)
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
2) 卷取温度对双相钢性能的影响
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
10.3 连铸连轧理论与应用 10.3.1 五种典型工艺图
工艺1：连铸坯直送轧制工艺(Continuous castin-Hot direct rolling，即CC—HDR)。 特点：
10 控制轧制和控制冷却技术的应用
10.1 控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参 数 设计 10.1.1控制轧制工艺的主要内容 （1）坯料加热制度的选择 包括:入炉温度、加热速度、最高加热温度、保
温时间、坯料的出炉温度以及对坯料温度 均匀性、氧化和脱碳程度等的要求。 考虑因素：
（2）选择和设计控制轧制工艺的类型
第一种方案：完全再结晶型控制轧制工艺。 第二种方案：完全再结晶型与未再结晶型配合的 控制轧制工艺。 第三种方案：完全再结晶型、未再结晶型和 （+）两相区轧制的三阶段控制轧制。
（3）控制轧制工艺参数的设计与确定 包括：温度制度、变形制度。 温度制度：开轧温度、中间停轧待温时的温度范 围、未再结晶区的开轧温度及终轧温度。 变形制度：按控制轧制类型进行轧制道次和变形 量的分配、每道变形量的确定、未再结晶区的总 变形量的确定以及根据钢种要求确定平整道次的 压下量。 理论和生产经验：
图10-24 三辊减定径机组上控制轧制后的组织
10.4.3 控制冷却在小型棒材生产中的应用
在线热处理：
优点： 10.4.3.1 棒材表面淬火及自回火工艺，“QTB (Quenched and Tempered Bar) ” 或 “ QTR (Quenched and Tempered Rod) ” 定义：
未再结晶阶段：
终轧温度：
2) 卷取温度对双相钢性能的影响
图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响
10.3 连铸连轧理论与应用 10.3.1 五种典型工艺图
工艺1：连铸坯直送轧制工艺(Continuous castin-Hot direct rolling，即CC—HDR)。 特点：
10 控制轧制和控制冷却技术的应用
10.1 控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参 数 设计 10.1.1控制轧制工艺的主要内容 （1）坯料加热制度的选择 包括:入炉温度、加热速度、最高加热温度、保
温时间、坯料的出炉温度以及对坯料温度 均匀性、氧化和脱碳程度等的要求。 考虑因素：
（2）选择和设计控制轧制工艺的类型
第一种方案：完全再结晶型控制轧制工艺。 第二种方案：完全再结晶型与未再结晶型配合的 控制轧制工艺。 第三种方案：完全再结晶型、未再结晶型和 （+）两相区轧制的三阶段控制轧制。
（3）控制轧制工艺参数的设计与确定 包括：温度制度、变形制度。 温度制度：开轧温度、中间停轧待温时的温度范 围、未再结晶区的开轧温度及终轧温度。 变形制度：按控制轧制类型进行轧制道次和变形 量的分配、每道变形量的确定、未再结晶区的总 变形量的确定以及根据钢种要求确定平整道次的 压下量。 理论和生产经验：
图10-24 三辊减定径机组上控制轧制后的组织
10.4.3 控制冷却在小型棒材生产中的应用
在线热处理：
优点： 10.4.3.1 棒材表面淬火及自回火工艺，“QTB (Quenched and Tempered Bar) ” 或 “ QTR (Quenched and Tempered Rod) ” 定义：
未再结晶阶段：
终轧温度：
工程材料——金属材料组织和性能控制课件
合金相
通过添加合金元素，可以形成具有不 同性能的合金相。合金相的组成和结 构决定了其物理、化学和机械性能。
金属的显微组织与织构
显微组织
金属的显微组织决定了其宏观性能。通过控制显微组织的形 貌、分布和相对含量，可以优化金属材料的性能。常见的显 微组织包括固溶体、金属化合物和机械混合物。
织构
金属的织构是指其晶体取向与外力方向之间的关系。织构对 金属材料的力学性能、电磁性能和加工性能具有重要影响。 织构的控制方法包括塑性变形、热处理和合金化等。
所需形状的工艺。
铸造工艺分类
根据铸造过程中金属的熔炼和浇注 方式的不同，铸造工艺可分为砂型 铸造、金属型铸造、压力铸造等。
铸造工艺的应用
铸造工艺广泛应用于机械、汽车、 航空航天、船舶等行业的零件制造。
金属材料的塑性加工工 艺
塑性加工工艺简介
塑性加工是一种通过施加外力使金属材料发生塑性变形，从而获 得所需形状和性能的工艺。
导热性能良好的金属可以 快速传递热量。
金属材料的化学特性
耐腐蚀性
化学稳定性
金属材料的耐腐蚀性取决于其抵抗氧 化和酸碱腐蚀的能力，一些金属材料 如不锈钢具有较好的耐腐蚀性。
金属材料在化学反应中的稳定性，决 定了其在特定环境下的化学行为和反 应。
抗氧化性
金属材料在高温下与氧气反应的能力， 抗氧化性能决定了金属在高温环境下 的使用寿命。
03
金属材料的性能控制
金属材料的力学性能
强度
金属材料在受到外力作用时抵抗变形和断 裂的能力，包括抗拉强度、抗压强度等。
塑性
金属材料在受到外力作用时发生屈服而不 发生断裂的能力。
韧性
金属材料在受到外力作用时吸收能量、抵 抗冲击的能力。
通过添加合金元素，可以形成具有不 同性能的合金相。合金相的组成和结 构决定了其物理、化学和机械性能。
金属的显微组织与织构
显微组织
金属的显微组织决定了其宏观性能。通过控制显微组织的形 貌、分布和相对含量，可以优化金属材料的性能。常见的显 微组织包括固溶体、金属化合物和机械混合物。
织构
金属的织构是指其晶体取向与外力方向之间的关系。织构对 金属材料的力学性能、电磁性能和加工性能具有重要影响。 织构的控制方法包括塑性变形、热处理和合金化等。
所需形状的工艺。
铸造工艺分类
根据铸造过程中金属的熔炼和浇注 方式的不同，铸造工艺可分为砂型 铸造、金属型铸造、压力铸造等。
铸造工艺的应用
铸造工艺广泛应用于机械、汽车、 航空航天、船舶等行业的零件制造。
金属材料的塑性加工工 艺
塑性加工工艺简介
塑性加工是一种通过施加外力使金属材料发生塑性变形，从而获 得所需形状和性能的工艺。
导热性能良好的金属可以 快速传递热量。
金属材料的化学特性
耐腐蚀性
化学稳定性
金属材料的耐腐蚀性取决于其抵抗氧 化和酸碱腐蚀的能力，一些金属材料 如不锈钢具有较好的耐腐蚀性。
金属材料在化学反应中的稳定性，决 定了其在特定环境下的化学行为和反 应。
抗氧化性
金属材料在高温下与氧气反应的能力， 抗氧化性能决定了金属在高温环境下 的使用寿命。
03
金属材料的性能控制
金属材料的力学性能
强度
金属材料在受到外力作用时抵抗变形和断 裂的能力，包括抗拉强度、抗压强度等。
塑性
金属材料在受到外力作用时发生屈服而不 发生断裂的能力。
韧性
金属材料在受到外力作用时吸收能量、抵 抗冲击的能力。
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4.4.2 终轧温度的影响
实验条件：碳钢加热至1100℃， 于800～700℃间改变终轧温度。 结果：(1) 800℃终轧，生成 等轴组织，多边形铁素体量减 少，水冷温度对材料组织的影 响变小，韧性的变化基本相同。 (2)700℃终轧，水冷温度低， 生成细小的铁素体+马氏体组 织；水冷温度高，组织为珠光 体+铁素体。
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4-3 0.30%C钢连续冷却转变曲线 奥氏体化温度:930C;时间:30min
4.2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：
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4-7 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
4.3 显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响 4.3.1 铁素体晶粒度的影响
图4-5 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
现象：（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）。
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。
0
1
10
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264 263
263
1000
10000
时间 s
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4-1 共析钢连续冷却转变曲线
图4-2 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
图4-6 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
4.3.2 贝氏体的影响
图4-7 抗张强度随贝氏体和 （或）珠光体的体积分数的
变化
图4-8 贝氏体（+珠光体）的体 积百分数与vTrs的关系，N-
晶粒度
4.3.3 马氏体的影响
图4-6 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。
4.4 控制轧制工艺参数对控制冷却材料的强度 和韧性的影响 4.4.1 加热温度的影响
图4-15 不同加热温度对强度 和韧性的影响
图4-16 加热温度对力学性能的影响
1-0.7C/s,850CF.T,2-10C/s,850CF.T;310C/s,710CF.T,4-0.7C/s,5-15C/s,6-20C/s
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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。
图4-9 马氏体对冲击性能的影响
4.3.4 混合组织的影响
总结： (1)细小铁素体生成量较少的轧制条件(高温加 热、低温区压下率小、高温终轧等)下，多边形 铁素体生成量少，控制冷却时未转变的晶粒粗 大，易生成比较粗大的贝氏体+铁素体。 (2)细小铁素体生成量较多的轧制条件(低温加 热，低温区压下率大、低温终轧等)下，多边形 铁素体生成量较多，控制冷却时未转变的晶粒 细小，发生铁素体+马氏体的细小混合组织，抑 制贝氏体的转变。
图4-17 热轧的终轧温度 同抗拉强度及夏比断口
转折温度的关系
4.4.3 压下率的影响
图4-19 低于再结晶温度时机械 性能与压下率的关系
4.4.4 冷却开始和停止温度对强度和韧性的影响
图4-20 加速冷却开始和停止时的温度对强度、脆性断口转 变温度的影响
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生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 11.1520 .11.15Sunday , Nov度
温度 ℃
80℃/s 50℃/s 30℃/s 10℃/s 5℃/s 1℃/s 0.5℃/s 0.08℃/s
原始状 态 : 热 轧
1000
Ac3=902℃
800 Ac1=750℃ F
600
Ms=477℃
(计算 ）
B
400
奥 氏体化温度: 950℃,10分
F+P
200
M
HV 559 381 344 265 261
4.轧后冷却过程中钢组织变化
控制冷却概念：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。
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:
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 （具体：），保证钢 材快冷后得到所要求 的金相组织和力学性 能。
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：
膨胀率x10-3 膨胀率X10-3
12
5℃/s
10
8
6
4
2
0
-2 0
200
400
600
800温度 ℃1000
12
0.08/s
10
8
Ac1=750℃
Ac3=902℃
Ar1=764℃
6
Ar3=823℃
4
2
0
-2
-4
0
200
400
600
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。
图2-9 轧制后冷却对抗拉强度、断面转 变温度的影响
4.1 CCT曲线及转变产物 目的： 等温转变曲线(TTT曲线)：反映过冷奥氏体等温 转变的规律； 连续冷却转变曲线(CCT曲线)：在连续冷却转变 过程中，钢中的奥氏体在不断降温的条件下发生 转变的。 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 。
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安全放在第一位，防微杜渐。20.11.15 20.11.1 508:32:4608:3 2:46No vember 15, 2020
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