控轧控冷.docVIP

绪 论 控轧、控冷的含义： 控轧—控制钢的加热温度、速度，开、终轧温度，轧制变形率和变形速率，使塑性变形和动态相变相结合，又称形变热处理。 控冷—控制轧后冷却速度，使其通过相变得到所需的组织和晶粒度，以及第二相粒子的析出。 控轧、空冷相结合可提高钢的强度和韧性。 1. 控轧、控冷是挖掘钢的潜力，开发新产品的有利武器 2. 控轧、控冷又叫形变热处理，不同于常规热处理，是形变和相变的有机结合，利用轧制余热在线热处理可节约能源，缩短工期，提高经济效益。 3. 是连铸连轧柔性生产系统的组成部分。 控轧控冷是一个系统工程，涉及钢的成份控制，纯净度控制，铸造组织控制，温度控制，变形控制，相变控制，必须系列优化综合考虑。 控轧、控冷的理论基础是传热学、塑性加工力学、塑性加工金属学、流体力学。 钢的强化和韧性 钢的强化机制 固溶强化、位错强化、沉淀强化、（晶界强化、亚晶强化）、细晶强化、相变强化 钢的强化反映其内能的提高 金属塑性变形机理是位错运动，位错运动阻力越大σs越高。 金属断裂是由于裂纹源的扩展，金属内部越致密，原子结合强度越高σb越高。 1、固溶强化 铁和碳的相互作用表现为两方面：1、形成固溶体；2、形成化合物 固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构。 固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体 晶格扭曲，内能增加，强度增加。运动的位错和异质原子相互作用使强度提高。（给位错移动增加点状障碍物） 固溶强化的规律 （1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加 例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大 （2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好。 形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。 溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。 由化学成份引起强度改变的计算式： 可见C对σb的作用比对σs的作用大，Mn对两者影响差不多，Si 对σb的作用比σs大。 2、位错强化 滑移是塑性变形的主要方式，材料中位错密度对材料的强度的影响 加工硬化 塑性变形中晶粒破碎，晶格歪扭产生“亚结构”造成位错运动的线状障碍物，使内能提高而强化。 效果：提高强度、降低塑韧性。 3、沉淀强化（第二相硬质点强化） 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。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。 第二相粒子弥散析出（纳米级）可起到结晶核心和阻碍位错运动的作用（体积障碍物），而使强度提高。 沉淀强化机制 在外力作用下，运动位错遇到第二相硬质点时的运动方式有两种，(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切割/剪切过程。它们都会增加位错运动阻力，可以提高材料的强度。 第二相粒子形态的影响 第二相粒子越多，粒度越小，作用就越大。 沉淀相的部位、形状对强度都有影响。其一般规律是：沉淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好；颗粒形状球状和片状相比，球状有利于强化。 4、晶界强化 和单晶体的塑性变形不同，多晶体晶粒中的位错滑移除了要克服晶格阻力、滑移面上杂质原子对位错的阻力而外（这两点是和单晶体相同的），还要克服晶界的阻力。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。境界是位错运动的面障碍物 Cu-4Ti合金中位错被堵塞在晶界附近 Hall-Petch公式 根据位错理论计算可得到屈服强度与晶粒尺寸的关系为：Hall-Petch公式 式中σi是常数，大体相当于单晶体时的屈服强度。K1它是表征晶界对强度影响程度的常数，它和晶界结构有关，而和温度关系不大。 晶粒细小，屈服应力就高，材料因此得到强化，即细晶强化。 细晶强化的不同影响 晶粒细化也能提高抗拉强度，不过要比对屈服强度的影响小。屈强比将随着晶粒尺寸的减小而提高。故对有屈强比要求的钢，晶粒不等过于细化。 与细化晶粒有关的提高钢强度的方法中，钢中含碳量愈低其强化效果愈大；相反在组织中珠光体愈多在微合金化或控制轧制制度下所得到的细化晶粒效果也就愈差。 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。亚晶本身是位错墙，亚晶细小位错密度也高。另外有些亚晶间的位向差稍大，也如同晶界一样阻止