《材料成型金属学》教学资料：8 -2 金属组织性能控制

Absorbed energy (J)
强韧性能
屈服强度
300
抗拉强度
延伸率
200
冲击韧性
100
Requirement
Hale Waihona Puke Baidu
0 -200 -150 -100 -50 0 50
Temperature (℃)
σs = σlh + σsh + σph + σdh + kyd-1/2 σlh ：晶格硬化； σsh：固溶硬化； σph：析出硬化； σdh：位错硬化.
加法法则
σs =σ0+ kyd-1/2(1-fs)+ ksds-1/2 fs
fs：亚晶粒占的体积率； ky：仅由大角晶粒构成时σs 与晶粒直径相关的 系数； ks：全部由亚晶粒构成时σs 与亚晶粒相关的系 数； ds：亚晶粒直径。
影响强韧性的因素
（1）晶粒尺寸 屈服极限 脆性转变温度
（2） 珠光体的数量、大小及分布
控制控冷工艺示意图
TMCP
I.Kozasu:Materials Science and Technology,vol.7 Constitution and Properties of Steels
Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.
Metallurgical aspects of TMCP
首钢3500轧机
攀钢1450控制冷却系统
中宽带钢轧机控制冷却系统
Application of TMCP steels
米约大桥
1 钢筋 2 预应力钢材 3 桥板 4 桅杆 5 临时桥墩 6 临时钢笼 7 钢索
用钢量 吨 13500 200 35000 4600 6400 400 1500
其中 S 355 S 460
300
250 250
实测值 计算值
300
350
400
450
实测值,MPa
屈服强度的计算值与实测值的比较
相关系数R=0.92
计算值,MPa
(３) 微合金元素的作用 microalloying elements. Nb,Ti, V
总含量<0.1% 碳化物 氮化物 碳氮化物 高温溶解/低温析出
作用: ⑴加热时阻碍原始晶粒长大; ⑵轧制过程中抑制再结晶/晶粒长大; ⑶低温时起到析出强化的作用。
Chap.8 金属组织性能控制
Microstructure and mechanical property control
8.2 控制轧制及强韧性能的控制
TMCP
Thermo Mechanical Controlled Processing
Accelerated Cooling (AcC) Contorolled Rolling (CR)
23000 3200 3200
12000
1400 A R C ELO R
供应46400
3200
吨
New York (911 Memorial)
Thermo mechanical treatment
形变热处理
Before world warⅡ
0.4C%
1.5Mn%
350-400MPa
toughness
应变诱导析出 strain induced precipitation
轧制工艺参数的控制
含Nb微合金钢(B510L)
实验用钢取自宝钢B510L 原料尺寸H×B×L＝40x50x90 mm
B510L钢力学性能要求：上屈服点≥355MPa ，抗拉强度 · 为510～610MPa，延伸率≥24%。
普通QstE500技术要求：上屈服点≥500MPa，抗拉强度 550～700MPa，延伸率为≥17%。
韧性↓
weldability
焊接性↓
C↓
DBTT↓
0.03~0.08%C
1.5%Mn
Nb,Ti,V(0.1 ％) 450~500MPa
grain refining element
high strength low alloy steels
(HSLA)低合金高强度钢
控轧控冷技术 (controlled rolling and controlled cooling technique)
通过TMCP工艺使B510L的各项性能达到或超过 QstE500钢，则可称为其替代产品，节约合金元素的用量。
加热温度的影响
Mechanical properties of the steel (Coiling temperature 550-600 °C)
20μm
5μm
Conventional rolling
TMCP
控制轧制的应用
结构钢 弹簧钢 工具钢 不锈钢 超纯高铬铁素体不锈钢
热轧、冷轧和热处理工艺参数的选择对铁素体不锈钢的力 学性能、成形性及耐腐蚀性能的影响。
奥氏体耐热钢
工艺参数
加热温度 轧制温度 变形程度 变形速度 间隙时间 冷却开始温度 冷却速度
（2）γ未再结晶区轧制（950℃～Ar3） γ晶粒伸长—饼形晶粒 大量变形带
目的：促进γ/相变
↑形核位置
（3）(γ+)双相区轧制 (<Ar3) 未相变的γ 晶粒更加伸长－变形带 晶粒中形成亚结构 －包含晶粒和亚晶粒（混合组织）
（4）控制冷却 水：“廉价合金元素”
Microstructure of TMCP steel
I.Kozasu:Materials Science and Technology,vol.7 Constitution and Properties of Steels Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.
（1）γ再结晶区轧制（≥950℃） 轧制过程中—动态再结晶 γ相晶粒细化 控制轧制的准备阶段
强韧化机制
强韧性能的定量关系式
s 45 4570 C 3750 N 37 Mn 83Si 470 P 17.0d 1/ 2 1.82 fB
固溶强化
细晶强化
贝氏体强 化
DBTT 30.6 4.3d 1/ 2 1.4 f p % 0.5 fB %
450
晶粒尺寸
贝氏体
400
350
韧脆转变温度vT rs=43-37(Mn)-6.2d-1/2 +1.5(珠光体)
σs =fασiα+ fpσp+ fα kd-1/2
fα、fp：分别为铁素体、珠光体的体积分数， fα＋ fp ＝1； σ iα、σ p：分别为完全铁素体、完全珠光 体的内摩擦应力。
Δ教材P191 图8-12： 晶粒度和珠光体含量—韧脆转变温度