材料加工组织性能控制(第五章)

塑性决定于珠光体球团、片层间距两个因素的迭加。
总结： 1)铁素体为主的钢，细化铁素体晶粒来提高强度 和韧性； 2)珠光体为主的钢，控制轧制使强度降低，韧性 提高。对此类钢必须采用再结晶型控轧。 3)对中高碳钢，轧后控制冷却，使珠光体在低温 度下产生，得到细片层珠光体，可提高强度和韧 性。
图5-7-2 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb钢的控制轧制组织 (a)35%;(b)50%;(c)75%
中碳钢，如Mn<1%，钢的主体为铁素体时，仍是 铁素体细化机理在起作用。控制轧制→铁素体和 珠光体充分细化。
（2）常温组织以珠光体为主的钢材 0.43%C，1.40％Mn钢： 普通热轧：所得到的组织:铁素体在即将转变的 奥氏体晶界上生成网状组织。 控制轧制(再结晶区中轧制)：奥氏体再结晶晶粒 细化→铁素体及珠光体组织都得到细化。随着变 形量的增加，细化程度增加。
（2）控制轧制中组织性能的变化 强度变化： 强度变化：
碳量0.2%∼0.3%： 含0.4%C以上： 含0.8%C以上的钢：
பைடு நூலகம்
图5-12 碳含量对控制轧制材(CR)与普通轧制材(HR)强度的影响
强度降低原因：
1）珠光体的片层间距及珠光体(领域)的大小与奥氏体晶 粒尺寸毫无关系。
图5-13 560°C（833K）及600°C（873K）铅浴淬火的珠光体领域直径和层 间距与γ晶粒度的关系 (a)珠光体领域直径和γ 晶粒度的关系；(b)珠光体片层间距与γ晶粒度的关 系
2）γ温度愈低、 γ晶粒愈细，珠光体成核点愈 多。珠光体开始转变线和终了转变线发生变化。
珠光体相变曲线随γ化温度的 移动状况
珠光体生成温度和层间距的关系
塑性、韧性的变化：
0.2%∼0.8%C内的脆性 转化温度比较： 0.2∼0.8%C内的断面收 缩率比较： 延伸率的比较：
图5-12-1 碳含量对控制轧制材(CR) 与普通轧制材(HR)塑性、韧性的影响
原因：固溶量增加 阻止奥氏体再结晶 作用加强。
图5-5 轧制前加热温度对 0.4%C，1.38％Mn，0.023％ Nb钢临界压下率的影响效果
（2）铌、碳对中高碳钢奥氏体再结晶晶粒度的影响
图5-6 压下率、轧制温度对中碳钢（加Nb与不加Nb）轧制后 再结晶晶粒度的影响
图中得到：1)压下率大、再结晶奥氏体晶粒细；2)轧制温度 对奥氏体晶粒尺寸的影响较小；3)同一变形条件下，加铌的 中碳钢比不加铌的中碳钢的再结晶晶粒细；4）碳含量对再 结晶晶粒度影响较小。
图5-2 0.40%C，1.38％Mn，0.023 ％Nb钢的γ晶粒再结晶行为
在中碳钢中添加铌同样可以延迟奥氏体再结晶。
（2）碳对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响 不含铌钢： 加铌钢：随碳含量↑ 临 界压下量↓。
图5-4 C量对Nb钢与不加Nb钢 临界压下率的影响
碳量的多少决定了Nb的固 溶量，C↑，Nb的固溶量↓， 轧制时析出量↓，阻止再 结晶作用↓ 。
珠光体球直径愈细，断面收缩率愈大，珠光体片层 间距愈小延性愈好。
含碳量和球化处理对εu的影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正 火（片状渗碳体）
碳化物体积和球化处理对的εT影响 1-球化处理（粒状渗碳体）；2-正火 （片状渗碳体）
3)对韧性的影响： 各强化因素对冲击值转变温度ITT的影响：
珠光体碳分冲淡系数：
5.3 中高碳钢的组织与力学性能的关系 (1) 中高碳钢组织对性能的影响 1)对强度的影响 重要因素：珠光体的片层间距。
式中σ0为纯铁素体强度，σS、σ0.2为材料的 屈服强度，I0为珠光体的片层间距，Ky为系数。
各种强化因素对抗拉强度的影响：
2)对塑性的影响:
图5-10球状珠光体直径(dy)和断面收缩率关系
5 中高碳钢控制轧制特点
中高碳钢特点：（1）冷却后的组织发生变 化：（2）决定钢材性能的因素发生变化： 铁素体和珠光体的比例、铁素体晶粒的大 小、珠光体片层粗细和球团大小以及渗碳 体的形貌。
5.1 中高碳钢奥氏体的再结晶行为
(1) 铌对中高碳钢奥氏体再结晶临界变形量的影响
图5-1 0.43％C，1.4％Mn钢， γ 晶粒再结晶行为 (1200°C加热后 轧制1道次，原始γ晶粒度为1级)
所得常温组织： 铁素体和珠光 体；所占面积： 各50%；铁素体 晶粒：8级。
图5-7-1 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb 钢的常规轧制组织（×200）
控制轧制工艺 ： 第一阶段：压下率：50%，最后 一道温度：再结晶区下限（1050～1100°C）； 第二阶段轧制：终轧温度：870°C，压下率分别 为： 1)35%：铁素体晶粒比普通轧制时的铁素体晶粒 细小，珠光体变得粗大。原因： 2)压下率为50%：部分再结晶区轧制，铁素体和 珠光体基本上都得到均匀细化。 3)压下率为75%：铁素体晶粒组织更细化、均 匀，晶粒度达到12～13级。
图5-7 压下率对含Nb和不含Nb中高碳钢 轧制后γ再结晶晶粒度的影响
5.2中高碳钢控制轧制钢材的组织状态 （1）常温组织以铁素体为主的钢材(Mn<1.0%) 成分：0.42％C，0.55％Mn、0.032％Ni 加热温度：1200°C 普通轧制 ：第一阶段压下率：50%，第二阶段压下率： 35％，终轧温度：再结晶区下限（1050°C∼1000°C)
0.43%C，1.38%Mn、0.023%Nb钢：相同条件进行控 轧，存在的问题： 总结: 中碳钢（尤其加铌钢）低温轧制不利。最好 在奥氏体再结晶区进行充分的轧制尽量细化奥氏 体晶粒。
（3）共析钢 共析钢控制轧制目的：珠光体团得到细化。 珠光体球团尺寸取决于γ晶粒尺寸，随着γ晶粒尺 寸↓，珠光体球团直径↓。 过共析钢控制轧制目的：珠光体球团变小，同时 亦使析出的网状碳化物变薄。要在奥氏体再结晶 区轧制，使奥氏体晶粒细小。