轧钢-控轧控冷第1章综述

第二相沉淀的过程就是过饱和固溶体的分解过程。
沉淀强化的机制
沉淀强化的机制是位错和颗粒之间的相互 作用，可以通过两种机制来描述：
(1)对提高强度有积极作用的绕过过程；
(2)对提高强度作用较小的剪切过程。
第二相引起的强化效果
质点的平均直径成反比，与其体积百 分数的平方根成正比
沉淀相的部位、形状对强度都有影响
固溶强化的效果
固溶强化的效果如何取决于一系列的条件．根据大 量的实验结果发现有以下规律。 (1)溶质元素溶解量； (2)溶质元素在溶剂中的饱和溶解度； (3)形成间隙出溶体的溶质元素(如c、N、s等元素在 Fe中)其强化作用大于形成置换式固溶体(如Mn、si 、P、Cr、Ni、Cu等元素在Fe中)的溶质元素； (4)溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈 显者。
6） 相变强化
钢经淬火转变成马氏体，这是使钢强化的常 用手段之—。
马氏体能获得高强度和硬度其强化不是靠单 一机制。而是靠几种强化机制共问作用的结果。 (1)马氏体点阵为碳所固溶强化。
(2)马氏体转变过程中晶粒得到细化。 (3)位错密度增加。 (4)马氏体变形时，有时会发生过饱和固溶 体的分解，析出新相，从而阻碍位错的运 动。
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玻璃为什么具有这么高的脆性？这是因为表面 上存在缺口或裂纹，它们是引起活动裂纹源，及其裂 纹源迅速在材料中传播导致断裂。
金属的缺点：金属的脆性转变
1912年，世界上最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克 号（Titanic）首航沉没于冰海。为什么‘不会沉没的 ’船在撞上一个冰山后3小时就沉没了 ?
1.4 强化的六种机制 1）固溶强化 要提高金属的强度可使金属与另一种金属( 或非金属)形成固溶体合金。固溶体合金或以固溶 体为基的合金(如碳钢等)一般具有较纯金属高的强 度。这种采用添加溶质元素使固溶体强度升高的 现象称为固溶强化。 因此固溶强化是通过改变金属的化学成分来 提高强度。
强化的金属学基础是由于运动的位错与异质 原子之间的相互作用的结果。
1.3 金属材料的缺陷 （1）点缺陷
点缺陷的类型及形成
点缺陷对性能的影响
点缺陷使运动电子散射－－电阻增大 点缺陷 ( 空位 ) 增加－－密度减小
过饱和点缺陷－－提高金属的屈服强度
（2）线缺陷
刃形位错、螺形位错
（3）面缺陷
固态材料的界面：表面、晶界、亚晶界、相界
晶界特性
• 当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏 聚－－内吸附 • 晶界上原子具有较高的能量，且存在较多的晶体缺陷，使原子的 扩散速度比晶粒内部快得多 • 常温下，晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料的晶粒越细， 则单位体积晶界面积越多，其强度，硬度越高 • 晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀 • 大角度晶界界面能最高，故其晶界迁移速率最大。晶粒的长大及 晶界平直化可减少晶界总面积，使晶界 能总量下降，故 晶粒长 大是能量降低过程 ，由于晶界迁移靠原子扩散，故只有在较高温 度下才能进行 • 由于晶界具有较高能量，固态相变时优先在母相晶界上形核
4）
晶界强化
晶粒愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也 愈大．因而使材料的屈服强度提高。 下式是根据位错理论计算得到的屈服强度 与晶粒尺寸的关系：Hall-Petch 公式
s 0 K1D

1 2
Байду номын сангаас
5）
亚晶强化
低温加工的材料因动态、静态回复形成亚晶 ，亚晶的数量、大小与变形温度、变形量有关。 亚晶强化的原因是位错密度增高。另外有些 亚晶间的位向差稍大，也如同晶界一样阻止位错 运动。
加工硬化的应用
冷变形的加工硬化机制在实践中是先全 可以利用的。如冷拔线材、冷拔钢材、预应 力钢筋、深冲薄板异形件等都是通过冷加工 后使材料的强度得到提高的。
3 ） 沉淀强化
在普通低合金钢中经常加入微量Nb、v、Ti，这 些元素可以形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合 物．在轧制中或轧后冷却时它们可以析出，起到第二 相沉淀强化作用。 这些强化在低合金钢的控制轧制中是不可忽视 的。例如加热到1250℃的Nb钢，沉淀强化的作用平均 每0.01％Nb可提高屈服强度19．6MPa
马氏体形成过程
马氏体形成过程
1．5
材料的韧性
定义： 韧性是材料塑性变形和断 裂全过程中吸收能量的能力，它是 强度和塑性的综合表现。
1.6 金属的优点和缺点
举例：金属的优点：玻璃与金属的区别
拉伸实验测试条件 普通玻璃 氢氟酸中浸蚀 几个小时 3450 液态氮温度
抗拉强度（MPa）
13.8～138
Controlled Rolling & Controlled Colling
1.钢的强化和韧化
1.1 强化和强度
通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高 金属强度的方法称为金属的强化。
所谓强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力 ，用给定条件下所能承受的应力来表示。
1.2 金属屈服的实质
金属的屈服过程是一种塑性变形过程， 它是在结晶学的优先平面上产生一种间断的滑 移步骤，从而形成了位错运动。 因此增加位错运动的困难就意味着屈服 强度的提高。 根据金属点阵中阻碍位错运动的障碍物 的类别，金属学方面对应用的强化机制可有以 下几种：
图 Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（ 右图）的冲击试验结果
由于早年的Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很 差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型 的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当 好的韧性。
水线上下都由10 张30 英尺长的高含硫量脆性钢板焊接成 300英尺的船体。船体上可见长长的焊缝。船在冰水中撞击冰山而 裂开时，脆性的焊缝无异于一条300英尺长的大拉链，使船体产生 很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。这是钢材韧性与人身安 全的一个突出例证。
对于非合金的和低合金的钢而言，可以把因溶强化看作是基体 的强化机制，与轧制制度无关。钢中最主要的合金元素Mn、Si 、Cr、Ni、Cu和P都能构成置换固溶体，并促使屈服强度和抗 拉强度呈线性增加
2）
位错强化
塑性变形意味着在位错运动之外还不断 形成新的位错，因此位错密度值随着变形而 不断增高，一直可达到1012/cm2。如果要继续 塑性变形就要提高应力值，也就是说材料被 加工硬化了。