控軋控冷與熱模擬

1.鋼材的強(qiáng)韌性能

1.1強(qiáng)韌性能的概念

1.2強(qiáng)韌性能的定量關(guān)系式

1.3影響強(qiáng)韌性能的主要因素2.鋼材的控制軋制與控制冷卻

2.1控制軋制的概要

2.2鋼材熱軋過(guò)程中的組織性能變化

2.3控制軋制的類(lèi)型

2.4軋制工藝參數(shù)的控制3.控制軋制技術(shù)的進(jìn)展

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1.鋼材的強(qiáng)韌性能

軋制過(guò)程是指金屬在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形的過(guò)程，它不僅可使金屬獲得所必需的尺寸和形狀，而且也使之獲得所必須的組織和性能。形狀：泛指板面的平直度（板形），浪形、瓢曲、旁彎、表面缺陷的有無(wú)等尺寸：泛指寬度、長(zhǎng)度和厚度；橫向厚度偏差和縱向同條差是控制的關(guān)鍵組織：鐵素體晶粒度，珠光體百分含量，帶狀級(jí)別，魏氏組織，夾雜物數(shù)量、大小、形狀及分布狀態(tài)等性能：力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性等）；工藝性能（冷彎、沖壓、焊接性能等）；理化性能（耐蝕、耐火、電磁性能等）結(jié)構(gòu)鋼的三要素：強(qiáng)度、韌性和焊接性能2/47

1.1強(qiáng)韌性能的概念

低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線比例極限σP－應(yīng)力、應(yīng)變能保持比例關(guān)系時(shí)的最大應(yīng)力彈性極限σe－完全卸載后不出現(xiàn)任何明顯殘余應(yīng)變的最大應(yīng)力屈服強(qiáng)度σS－有明顯上、下屈服點(diǎn)時(shí)，用下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力表示，無(wú)明顯屈服點(diǎn)時(shí)，以試樣殘余應(yīng)變達(dá)到0.2％時(shí)的應(yīng)力表示，標(biāo)為σ0.2抗拉強(qiáng)度σb－試樣在拉斷前所承受的最大應(yīng)力

強(qiáng)韌性是指金屬材料的強(qiáng)度和韌性而言。強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等；韌性指標(biāo)有沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度等3/47

斷面收縮率Ψ％－拉伸前后試樣橫截面的相對(duì)減縮量延伸率δ％－拉伸前后試樣的相對(duì)伸長(zhǎng)量。因集中變形受試樣形狀和尺寸的制約，國(guó)標(biāo)規(guī)定拉伸試樣的尺寸比例應(yīng)為L(zhǎng)0/D0=5或10，所以對(duì)應(yīng)長(zhǎng)短試樣分別標(biāo)為δ5或δ10

此外，通過(guò)拉伸試驗(yàn)還可測(cè)定Z值、塑性應(yīng)變比R、應(yīng)變硬化指數(shù)n值和屈強(qiáng)比σs/σb值等用以評(píng)價(jià)板帶產(chǎn)品的冷成型性能1.1強(qiáng)韌性能的概念4/47

沖擊韌性沖擊試驗(yàn)原理

將規(guī)定形狀和尺寸的試樣置于固定支架上，然后釋放具有一定位能的重錘，把一次沖斷試樣所作的功AKV或AKU除于試樣的原始面積F0所得的值定義為沖擊韌性，以aKV或aKU表示。

夏比V型缺口試樣1.1強(qiáng)韌性能的概念5/47

測(cè)定不同溫度下的AK值，可得到溫度與AK值的關(guān)系曲線，曲線上沖擊值顯著的溫度稱(chēng)為韌－脆轉(zhuǎn)變溫度，也叫脆性轉(zhuǎn)變溫度韌脆性轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定方法：（1）能量法：取曲線上韌－脆狀態(tài)下沖擊韌性平均值所對(duì)應(yīng)的溫度（2）取斷口結(jié)晶區(qū)面積為總面積50％時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，以50％FATT表示（3）塑變量法：取試樣相對(duì)收縮變形為1％時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度

韌－脆轉(zhuǎn)變溫度1.1強(qiáng)韌性能的概念

沖擊功-溫度曲線

塑變量法確定脆性轉(zhuǎn)變溫度6/47

根據(jù)位錯(cuò)塞積理論導(dǎo)出著名的Hall－Petch關(guān)系式如下：

－晶內(nèi)變形阻力：－晶界性質(zhì)影響的阻力系數(shù)；

d－晶粒直徑大小。K1

——晶粒尺寸系數(shù)，為曲線的斜率；Δσm——固溶強(qiáng)化作用的增長(zhǎng)量；Δσt——沉淀強(qiáng)化作用的增長(zhǎng)量；

Δσv——位錯(cuò)強(qiáng)化作用的增長(zhǎng)量。或表示為：1.2強(qiáng)韌性能的定量關(guān)系式7/47

式中：G——材料剪切模量；R——表面能；K——常數(shù)。式中：A、m——材料剪切模量

鐵素體晶粒尺寸與韌性斷裂強(qiáng)度的關(guān)系如下：鐵素體晶粒尺寸與韌-脆轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系如下：

由以上公式可以看出：鋼材的屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度與鐵素體晶粒尺寸成正比，即晶粒尺寸越細(xì)，屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度越高；鐵素體晶粒越細(xì)，韌-脆轉(zhuǎn)變溫度越低，低溫韌性就越好。

重要提示：在所有的鋼材強(qiáng)化方法中，唯有晶粒細(xì)化可同時(shí)提高鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)和塑、韌性指標(biāo)。1.3影響強(qiáng)韌性能的主要因素一、晶粒的大小8/47

二、珠光體的數(shù)量、大小及分布

珠光體為滲碳體與鐵素體所組成的混合物。通常的情況下，珠光體的體積百分率增大時(shí)，使鋼材硬化，從而導(dǎo)致鋼的韌性變壞。對(duì)于鐵素體－珠光體鋼，珠光體量和晶粒大小與脆性轉(zhuǎn)變溫度的定量關(guān)系如下：

式中——脆性轉(zhuǎn)變溫度；

——晶粒直徑

。

式中——鐵素體體積分?jǐn)?shù)；

——珠光體體積分?jǐn)?shù)；

——完全鐵素體的內(nèi)摩擦應(yīng)力；

——完全珠光體的內(nèi)摩擦應(yīng)力。

當(dāng)鋼中的含C量（亦即珠光體量）增加時(shí)，鋼的屈服極限增加，也就是使Hall－Petch關(guān)系式中的增大，減小。在鐵素體－珠光體鋼中，此現(xiàn)象亦可從下式中明確地看出：1.3影響強(qiáng)韌性能的主要因素9/47

鈮、釩、鈦等合金元素與鋼中的碳、氮溶質(zhì)原子具有極強(qiáng)的親合力，能夠形成極為穩(wěn)定的碳、氮化合物，在軋制過(guò)程中起到延遲再結(jié)晶和阻礙再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的作用，幾種微合金化元素對(duì)0.07C、1.40Mn碳錳鋼再結(jié)晶溫度的影響規(guī)律如下：三、鈮、釩、鈦等合金元素的作用1.3影響強(qiáng)韌性能的主要因素10/47

在鋼材軋制過(guò)程中，如能有效控制這些碳、氮化合物的析出行為（數(shù)量、大小、形狀和分布狀態(tài)等），則可以充分發(fā)揮微合金化元素對(duì)鋼材施行細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的雙重作用。鈮、釩、鈦三種微合金元素對(duì)鐵素