微合金元素在控制轧制中的作用汇总PPT教学课件
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Байду номын сангаас
2．对再结晶数量的影响
随铌析出量增加，奥氏体再结晶数量降低。
1
2020/10/16
错密度高处
在变形后的 变形诱导析出的继续，析出量大， ~200(再结晶)
停留时间里 主要析出在晶界、亚晶界、变形 50~100 (未再
(直到相变前) 带、位错处
结晶区变形)
A→F相变中 F相2区020/10/16
在A/F相界上或F相内成无规则沉淀 50~100
位错上，F相内
＜5015
2．影响 Nb(CN)析出的因素
出炉前相差无几。即使析出， Nb(CN)质点也很大， 可达1000~300 ，其大小与析出温度有关。 ③变形奥氏体中Nb(CN)的析出状态 变形中析出——动态析出过程 变形速度很低时才能
发生 变形后析出——静态析出过程 变形使钢中铌的析出大大加快 变形2020量/10/1越6 大、变形后停留时间越长——析出量越多 7
研究表明，钒的碳化物在 900℃时就全部固溶于奥氏体中
了，其溶解度要比 Nb(CN)大得多。
3．钛在奥氏体中的溶解
2与020铌/10/类16 似
3
2020/10/16
46
2020/10/16
5
6.1.2 控制轧制过程中微量元素碳氮化合物的析出
以 Nb(CN)为例研究析出状态
1．各阶段中Nb(CN)的析出状态
2020/10/16
8
Nb(CN)析出需要孕育期，变形量越大、固溶体过 饱和程度越高，轧后到弥散相开始析出的停留时间越 短，并且析出速度越高。
高温轧制时，由于发生动态再结晶，变形产生的位 错和畸变能消失，碳氮化物没有显著析出，析出速度 不大。
低温轧制时，奥氏体不发生再结晶，晶内缺陷增多，
形变诱导析出，大大促进了碳氮化物的析出，析出速
奥氏体晶粒长大。
2020/10/16
18
2020/10/16
19
6.2.2 抑制奥氏体再结晶
1．对动态再结晶临界变形量(εP)的影响
在普碳钢中加入铌、钒后，使εP↑，显著阻滞形变
奥氏体的动态再结晶
1
动态再结晶的开始时间 Q235钢 60秒
0.18
Nb钢 110秒 0.35
Nb-V钢 160秒 0.48
1
16
2020/10/16
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6.2 微合金元素在控制轧制和控制冷却中的作用
微合金元素的作用主要是细化铁素体晶粒及析出强化
6.2.1 加热时阻止奥氏体晶粒长大 加入铌、钒、钛等元素可以阻止奥氏体晶粒长大，
提高钢的粗化温度。
微量合金元素形成高度弥散的碳氮化合物小颗粒，
对奥氏体晶界起固定作用，阻止奥氏体晶界迁移，阻止
①出炉前的Nb(CN)质点状态
含铌钢加热到 1200℃均热 2 小时，90%以上的铌固
溶到奥氏体中，没固溶的Nb(CN)质点粗大，大约在
1000 左右，对轧后奥氏体晶粒的再结晶不起作用。
将钢加热到 1260℃，保温 30 min， Nb(CN)全部溶解
2020/10/16
6
②出炉后冷却到轧制前Nb(CN)的析出状态 未变形的奥氏体中Nb(CN)析出很慢，析出极少，与
2020/10/16
11
④在奥氏体向铁素体转变过程中和在铁素体内Nb(CN)
的析出状态
当A→F相变发生后，微量元素达到高度过饱和，产生
快速析出。
析出地点： A→F转变的相界面 呈细小点状成排排
列称为相间沉淀
6
冷却速度大，析出温度低，相间沉淀排间距小，析出质
点小。析出时间长，质点长大。 2020/10/16
①变形量和析出时间的影响
变形量增加、析出时间加长 → 析出量增加
6
在大变形量条件时，开始随时间增长而增加，但很快达到饱和
②变形温度的影响
析出量相等，未再结晶区轧制所需时间比再结晶区轧制短
在同一条件下，析出量一定时，在高温等温时间短，而低温所
需等温时间长。
③化学成分的影响
钢的成分不同，析出量不同
2020/10/16
６ 微合金元素在控制轧制中的作用
微合金钢：合金元素总含量小于 0.1%的钢
常用合金元素：铌、钒、钛
特点：与碳、氮形成碳化物、氮化物和碳氮化物
这些化合物在高温下溶解，在低温下析出
作用：
①加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大
②在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大
③2在020/1低0/16温时起到析出强化的作用
12 1
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如铌钢 830℃析出，经 5 min后，质点为300
800℃析出，经 1 小时后，质点为50 ~ 100
720℃析出，质点只有40 ~ 80 相变后剩余在铁素体中的固溶铌将在铁素体中继续析出。
研究表明，碳氮化物在钢中的沉淀方式有：
①有规则分布 列状相间沉淀
②无规则分布 位错线上沉淀和基体沉淀
度增加。
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Nb(CN)质点的析出部位及大小与变形温度有关： 高温轧制后（再结晶区轧制）， Nb(CN)质点沿奥氏体 晶界析出，而在晶内析出量很少，颗粒直径在200 左右。 低温轧制后（未再结晶区轧制）， Nb(CN)质点在晶界 上也在晶内和亚晶界上析出，颗粒细小，直径50~100 控制轧制就是应用这种微细的Nb(CN)质点固定亚晶界， 阻止奥氏体晶粒再结晶，达到细化晶粒的目的。
-70
微量合金元素需要控轧工艺 控轧工艺也需要微量合金元素
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2
6.1 微合金元素在热轧中的溶解和析出
6.1.1 轧前加热过程中的溶解
1．铌在奥氏体中的溶解
C%↓、T加℃↑→ 铌的溶解度增加
6
锰促进铌向奥氏体中固溶
2．钒在奥氏体中的溶解
T加℃↑、Mn%↑→ 钒的溶解度增加 每增加 1%锰可使钒增加 30% 溶解量
1
钢的成分
常规轧制
% 0.14C+1.3Mn
σs N/mm2 FATT℃
313.9
+10
0.14C+0.034Nb 392.4
+50
0.14C+0.08V
421.8
+40
0.14C+0.004Nb
+0.06V
控制轧制
σs N/mm2 FATT℃
372.7
-10
441.3
-50
451.1
-25
490.3
两者共存在于各个铁素体晶粒中，后者是主要的和多见的，列
状组织相当稀少。
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Nb(CN)析出特点
析出时机
析出物特点
质点大小
加热后
是固溶于奥氏体后的剩余化合物 ＞1000
轧制前
析出数量极少，析出部位在晶界 300~1000
在奥氏体
有孕育期形变诱导析出，动态析
区变形时
出，析出数量少，析出部位在位 50~70
2．对再结晶数量的影响
随铌析出量增加，奥氏体再结晶数量降低。
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错密度高处
在变形后的 变形诱导析出的继续，析出量大， ~200(再结晶)
停留时间里 主要析出在晶界、亚晶界、变形 50~100 (未再
(直到相变前) 带、位错处
结晶区变形)
A→F相变中 F相2区020/10/16
在A/F相界上或F相内成无规则沉淀 50~100
位错上，F相内
＜5015
2．影响 Nb(CN)析出的因素
出炉前相差无几。即使析出， Nb(CN)质点也很大， 可达1000~300 ，其大小与析出温度有关。 ③变形奥氏体中Nb(CN)的析出状态 变形中析出——动态析出过程 变形速度很低时才能
发生 变形后析出——静态析出过程 变形使钢中铌的析出大大加快 变形2020量/10/1越6 大、变形后停留时间越长——析出量越多 7
研究表明，钒的碳化物在 900℃时就全部固溶于奥氏体中
了，其溶解度要比 Nb(CN)大得多。
3．钛在奥氏体中的溶解
2与020铌/10/类16 似
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6.1.2 控制轧制过程中微量元素碳氮化合物的析出
以 Nb(CN)为例研究析出状态
1．各阶段中Nb(CN)的析出状态
2020/10/16
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Nb(CN)析出需要孕育期，变形量越大、固溶体过 饱和程度越高，轧后到弥散相开始析出的停留时间越 短，并且析出速度越高。
高温轧制时，由于发生动态再结晶，变形产生的位 错和畸变能消失，碳氮化物没有显著析出，析出速度 不大。
低温轧制时，奥氏体不发生再结晶，晶内缺陷增多，
形变诱导析出，大大促进了碳氮化物的析出，析出速
奥氏体晶粒长大。
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6.2.2 抑制奥氏体再结晶
1．对动态再结晶临界变形量(εP)的影响
在普碳钢中加入铌、钒后，使εP↑，显著阻滞形变
奥氏体的动态再结晶
1
动态再结晶的开始时间 Q235钢 60秒
0.18
Nb钢 110秒 0.35
Nb-V钢 160秒 0.48
1
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6.2 微合金元素在控制轧制和控制冷却中的作用
微合金元素的作用主要是细化铁素体晶粒及析出强化
6.2.1 加热时阻止奥氏体晶粒长大 加入铌、钒、钛等元素可以阻止奥氏体晶粒长大，
提高钢的粗化温度。
微量合金元素形成高度弥散的碳氮化合物小颗粒，
对奥氏体晶界起固定作用，阻止奥氏体晶界迁移，阻止
①出炉前的Nb(CN)质点状态
含铌钢加热到 1200℃均热 2 小时，90%以上的铌固
溶到奥氏体中，没固溶的Nb(CN)质点粗大，大约在
1000 左右，对轧后奥氏体晶粒的再结晶不起作用。
将钢加热到 1260℃，保温 30 min， Nb(CN)全部溶解
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②出炉后冷却到轧制前Nb(CN)的析出状态 未变形的奥氏体中Nb(CN)析出很慢，析出极少，与
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④在奥氏体向铁素体转变过程中和在铁素体内Nb(CN)
的析出状态
当A→F相变发生后，微量元素达到高度过饱和，产生
快速析出。
析出地点： A→F转变的相界面 呈细小点状成排排
列称为相间沉淀
6
冷却速度大，析出温度低，相间沉淀排间距小，析出质
点小。析出时间长，质点长大。 2020/10/16
①变形量和析出时间的影响
变形量增加、析出时间加长 → 析出量增加
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在大变形量条件时，开始随时间增长而增加，但很快达到饱和
②变形温度的影响
析出量相等，未再结晶区轧制所需时间比再结晶区轧制短
在同一条件下，析出量一定时，在高温等温时间短，而低温所
需等温时间长。
③化学成分的影响
钢的成分不同，析出量不同
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６ 微合金元素在控制轧制中的作用
微合金钢：合金元素总含量小于 0.1%的钢
常用合金元素：铌、钒、钛
特点：与碳、氮形成碳化物、氮化物和碳氮化物
这些化合物在高温下溶解，在低温下析出
作用：
①加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大
②在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大
③2在020/1低0/16温时起到析出强化的作用
12 1
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如铌钢 830℃析出，经 5 min后，质点为300
800℃析出，经 1 小时后，质点为50 ~ 100
720℃析出，质点只有40 ~ 80 相变后剩余在铁素体中的固溶铌将在铁素体中继续析出。
研究表明，碳氮化物在钢中的沉淀方式有：
①有规则分布 列状相间沉淀
②无规则分布 位错线上沉淀和基体沉淀
度增加。
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Nb(CN)质点的析出部位及大小与变形温度有关： 高温轧制后（再结晶区轧制）， Nb(CN)质点沿奥氏体 晶界析出，而在晶内析出量很少，颗粒直径在200 左右。 低温轧制后（未再结晶区轧制）， Nb(CN)质点在晶界 上也在晶内和亚晶界上析出，颗粒细小，直径50~100 控制轧制就是应用这种微细的Nb(CN)质点固定亚晶界， 阻止奥氏体晶粒再结晶，达到细化晶粒的目的。
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微量合金元素需要控轧工艺 控轧工艺也需要微量合金元素
2020/10/16
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6.1 微合金元素在热轧中的溶解和析出
6.1.1 轧前加热过程中的溶解
1．铌在奥氏体中的溶解
C%↓、T加℃↑→ 铌的溶解度增加
6
锰促进铌向奥氏体中固溶
2．钒在奥氏体中的溶解
T加℃↑、Mn%↑→ 钒的溶解度增加 每增加 1%锰可使钒增加 30% 溶解量
1
钢的成分
常规轧制
% 0.14C+1.3Mn
σs N/mm2 FATT℃
313.9
+10
0.14C+0.034Nb 392.4
+50
0.14C+0.08V
421.8
+40
0.14C+0.004Nb
+0.06V
控制轧制
σs N/mm2 FATT℃
372.7
-10
441.3
-50
451.1
-25
490.3
两者共存在于各个铁素体晶粒中，后者是主要的和多见的，列
状组织相当稀少。
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Nb(CN)析出特点
析出时机
析出物特点
质点大小
加热后
是固溶于奥氏体后的剩余化合物 ＞1000
轧制前
析出数量极少，析出部位在晶界 300~1000
在奥氏体
有孕育期形变诱导析出，动态析
区变形时
出，析出数量少，析出部位在位 50~70