第一篇控制軋制及

控制冷卻理論3在變形條件下的相變§3.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變一、從再結(jié)晶A晶粒生成F晶粒1、F的形核與轉(zhuǎn)變組織

F晶粒優(yōu)先在A晶界上生成，一般在晶內(nèi)不成核。所生成的F既有塊狀（等軸）的，也有分布在原A晶粒內(nèi)部呈針狀的先共析F（魏氏組織F）。鋼中魏氏組織的形成會降低鋼的沖擊韌性和塑性，因而希望低碳鋼的熱軋產(chǎn)品中盡量減少以至消除魏氏組織?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變2、魏氏組織形成的影響因素鋼的化學(xué)成分：鋼中0.15%<C<0.5%時，容易形成魏氏組織（因?yàn)镃<0.15%時,塊狀F的發(fā)展阻礙魏氏組織的形成;C>0.5%時,網(wǎng)狀F形成后P很快形成，阻礙魏氏組織形成）；鈮鋼>普碳鋼>釩鋼，鈮鋼最容易形成魏氏組織。A晶粒大?。篈晶粒<5級（>40μm)易形成魏氏組織;§3.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變冷卻速度：增加冷卻速度促進(jìn)魏氏組織形成。需注意的是，加快冷卻速度可以細(xì)化F晶粒，從而改善材料的力學(xué)性能，但要以不產(chǎn)生魏氏組織為限。冷卻前的A晶粒越小，低碳鋼含碳量越低，則這一界限越向更高的冷卻速度移動，故在熱軋時只有通過對熱軋工藝參數(shù)的控制，使A晶粒細(xì)化，才能既適當(dāng)?shù)募涌炖鋮s速度，細(xì)化F晶粒，又不至于導(dǎo)致魏氏組織的形成?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變熱軋條件與所得到的魏氏組織級別的關(guān)系§3.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變生產(chǎn)的F的特征

隨著A晶粒的細(xì)化，F(xiàn)晶粒也按比例細(xì)化。二、從部分再結(jié)晶A晶粒生成F晶粒再結(jié)晶A晶粒：F在其晶界形核，F(xiàn)晶粒較??；未再結(jié)晶A晶粒：F形核位置少，形成粗大的F晶粒和針狀組織。從部分再結(jié)晶A晶粒生成的F晶粒不均勻，對強(qiáng)度影響不大，但對韌性影響較大。但如果在部分再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行多道次軋制，亦能得到細(xì)小的F晶粒，改善性能?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變?nèi)?、從未再結(jié)晶A晶粒生成F晶粒由于有變形帶的存在，F(xiàn)不僅在晶界上成核，而且在變形帶上成核（控制軋制與傳統(tǒng)軋制的本質(zhì)區(qū)別），突破了單純細(xì)化再結(jié)晶A晶粒而使F細(xì)化的限制，得到細(xì)小的F晶粒。但在形變帶上形成的F晶粒較細(xì)小，而在晶界上形成的F較粗。在未再結(jié)晶區(qū)軋制既可能得到均勻細(xì)小的F晶粒，也可能得到粗細(xì)不均的混晶F晶粒，關(guān)鍵是看能否在未再結(jié)晶區(qū)中得到均勻的形變帶。道次平均壓下率越大，總變形量越大（>45%），得到的形變帶越均勻，F(xiàn)晶粒越均勻細(xì)小?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變材料的強(qiáng)度仍然符合Hall-Petch公式：

σs=σ0+Kyd-1/2=(σsh+σwh+σph)+Kyd-1/2

σsh－通過合金成分引起的固溶強(qiáng)化，σwh－加工硬化，σph－析出強(qiáng)化在未再結(jié)晶A中析出物的數(shù)量很少，所以σph值很?。浑S著A向F轉(zhuǎn)變，大部分位錯消失，σwh≈0，所以σs=σsh+Kyd-1/2

也就是說，屈服強(qiáng)度由固溶強(qiáng)化和F晶粒尺寸所決定?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變四、變形A晶粒生成F晶粒的類型ⅠA型：如果熱軋后A發(fā)生再結(jié)晶，并且在轉(zhuǎn)變前粗化成小于或等于5級的A晶粒，那么轉(zhuǎn)變時容易形成魏氏組織F和P。形成魏氏組織的傾向：鈮鋼>普碳鋼>釩鋼。ⅠB型：如果熱軋后A發(fā)生再結(jié)晶，在轉(zhuǎn)變前A晶粒是6級或更細(xì)，則轉(zhuǎn)變按ⅠB型進(jìn)行。F晶核基本上在A晶界上形成，并獲得具有等軸F與P的均勻組織。原始A晶粒越細(xì)，轉(zhuǎn)變后的F也越細(xì)。這就是再結(jié)晶型控制軋制?！?.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變Ⅱ型：如果熱軋溫度低，軋后A不發(fā)生再結(jié)晶，則轉(zhuǎn)變按Ⅱ型方式進(jìn)行。F在剛軋完后就在變形帶邊界和晶界處成核，形成細(xì)小的等軸晶粒。隨后在A晶內(nèi)也形成多邊形的F和P。Ⅱ型轉(zhuǎn)變中不形成魏氏組織和上貝氏體。這是未再結(jié)晶型的控制軋制。過渡型：介于Ⅰ型和Ⅱ型之間，是A部分再結(jié)晶區(qū)中發(fā)生的轉(zhuǎn)變。大部分A再結(jié)晶晶粒按ⅠB型轉(zhuǎn)變形成細(xì)小的F和P，另一部分未再結(jié)晶A晶粒轉(zhuǎn)變形成魏氏組織和P；一部分變形量大的A未再結(jié)晶晶粒按Ⅱ型轉(zhuǎn)變成細(xì)小的F和P，另一部分變形量小的A轉(zhuǎn)變成魏氏組織和P.§3.1變形后的A向F的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變結(jié)果

F細(xì)化程度Ⅱ型>ⅠB型>過渡型>ⅠA型

Ⅱ型的晶粒最小。為了獲得細(xì)小的F晶粒，ⅠB型和Ⅱ型是兩種不同的方法。Ⅱ型控制要求在未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行大變形，而在A未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行多道次變形的前提是A未再結(jié)晶區(qū)的溫度區(qū)間要大，這只有在含Nb、V、Ti等微合金元素的鋼中才容易做到，而對于普碳鋼要實(shí)現(xiàn)Ⅱ型控制則較難。§3.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響一、測定變形條件下Ar3溫度的方法

A在未再結(jié)晶區(qū)域和A＋F區(qū)域軋制的結(jié)果是不同的，因此正確測定Ar3溫度具有實(shí)際意義。利用相變過程中材料發(fā)生的物理變化來測定相變點(diǎn)：如冷卻曲線和膨脹曲線；利用在A區(qū)和A＋F區(qū)軋制時材料組織結(jié)構(gòu)和性能不同，以發(fā)生這些變化時的溫度作為相變溫度：如織構(gòu)法、硬度法、金相法等。實(shí)際中是幾種方法互相補(bǔ)充?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響二、變形條件對Ar3溫度的影響

變形對Ar3溫度的影響有兩種情況：在A再結(jié)晶區(qū)變形后造成A晶粒的細(xì)化，從而影響Ar3溫度；在A未再結(jié)晶區(qū)變形后造成變形帶的產(chǎn)生和畸變能的增加，從而影響Ar3溫度，稱之為形變誘導(dǎo)相變?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響具體情況：加熱溫度的影響加熱溫度的不同實(shí)際上就是原始A晶粒度的不同，原始A晶粒越粗大，Ar3溫度越低?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響軋制溫度的影響在高溫側(cè)隨著變形溫度降低，Ar3上升，上升。接著Ar3變得與變形溫度相等，再往下隨著變形溫度的降低Ar3也降低?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響變形量的影響隨著變形量加大，Ar3上升。在高溫變形時變形量對Ar3的影響較小，低溫時影響大，低溫大變形尤為突出，這是因?yàn)榈蜏刈冃萎a(chǎn)生形變誘導(dǎo)相變的結(jié)果?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響冷卻速度的影響隨著冷卻速度的加大，Ar3下降。在同樣的冷卻速度下，變形使Ar3升高，且其影響程度隨冷卻速度的提高而增大?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響三、相變溫度Ar3變化對組織結(jié)構(gòu)的影響1、單純的相變溫度Ar3的變化

從單純的相變后F晶粒長大的觀點(diǎn)看，A區(qū)域越大，相變溫度Ar3越低，則鋼越易獲得細(xì)晶F。

原因：Fe在F區(qū)中的自擴(kuò)散系數(shù)比在A區(qū)中高一個數(shù)量級。在同一溫度下處于F狀態(tài)晶粒的長大要容易的多?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響2、變形引起相變溫度Ar3的變化在再結(jié)晶區(qū)的變形引起相變溫度升高是由于A晶粒的細(xì)化（ⅠB型控制），如果軋后快速冷卻不僅不會產(chǎn)生魏氏組織，而且由于F成核率的增加能使F晶粒細(xì)化，并阻止F晶粒的過分長大。對于A未再結(jié)晶區(qū)的變形（Ⅱ型控制）是變形誘發(fā)F的強(qiáng)制相變使相變溫度提高，C曲線左移，不會使F晶粒粗化。這是由于軋制促進(jìn)了相變，使F晶粒成核率大大提高，形成了許多微細(xì)的F，而且F的體積百分?jǐn)?shù)也加大了，相應(yīng)的P數(shù)量減少了?！?.2變形條件對A向F轉(zhuǎn)變溫度的影響Ⅰ階段對應(yīng)于ⅠA型相變，P團(tuán)大而數(shù)量多，隨軋制溫度的降低和A晶粒的細(xì)化而減少；Ⅱ階段對應(yīng)于ⅠB型相變，形成了均勻的F＋P，P變化很小；Ⅲ階段對應(yīng)于Ⅱ型相變，P有所減少。§3.3變形條件對A向P、B轉(zhuǎn)變的影響變形對P轉(zhuǎn)變的影響大致與變形對F的影響有相同的規(guī)律變形使P轉(zhuǎn)變加速，使鋼的淬透性變壞；§3.3變形條件對A向P、B轉(zhuǎn)變的影響變形溫度越低，變形使P轉(zhuǎn)變溫度提前越多;變形對Ar1的影響大于對Ar3的影響，因而變形使（A＋F）區(qū)縮小。§3.3變形條件對A向P、B轉(zhuǎn)變的影響但是，也有變形使P轉(zhuǎn)變溫度下降的例子，圖3-12中轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度曲線向右下方移動，表明變形使B轉(zhuǎn)變結(jié)束階段變慢。變形對B轉(zhuǎn)變影響復(fù)雜。§3.3變形條件對A向P、B轉(zhuǎn)變的影響變形對B轉(zhuǎn)變影響復(fù)雜的原因

B轉(zhuǎn)變是以擴(kuò)散型與共格型A→F轉(zhuǎn)變的混合結(jié)構(gòu)發(fā)展的，受兩種因素制約：變形使A缺陷密度增加，促進(jìn)Fe原子自擴(kuò)散,使B轉(zhuǎn)變加速；高溫A所造成的多邊形化亞結(jié)構(gòu)將A分割成很細(xì)小的共格區(qū)，在相當(dāng)程度上破壞晶格取向的延續(xù)性，使B轉(zhuǎn)變中F相的共格成長受到阻礙，從而將轉(zhuǎn)變過程減慢。高溫變形使B轉(zhuǎn)變減慢，主要是因?yàn)檫@種因素?！?.4鐵素體的變形與再結(jié)晶一、鐵素體熱加工中的組織變化

F熱加工的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線中，一般不出現(xiàn)應(yīng)力峰值，沒有應(yīng)力下降的一段?！?.4鐵素體的變形與再結(jié)晶F加工時的動態(tài)軟化方式是動態(tài)回復(fù)與動態(tài)多邊形化，沒有動態(tài)再結(jié)晶。即使在變形達(dá)到很大時，F(xiàn)晶粒越來越被拉長，但是晶內(nèi)的亞晶仍為等軸狀，并且亞晶的尺寸在應(yīng)力的穩(wěn)定階段一直保持不變。這意味著在熱加工過程中F的亞晶不斷的產(chǎn)生，又不斷的原地消失，位錯的增殖速度與消失速度保持平衡。§3.4鐵素體的變形與再結(jié)晶應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定值時的亞晶尺寸

d-1

=a+blogZ

（Z＝εexp(Q/RT))

a、b－常數(shù)，Z－溫度補(bǔ)償變形速率因子從上式可知，在在一定的變形條件下，亞晶尺寸不變；溫度高或變形速率低形成的亞晶尺寸粗大，而與變形量無關(guān)。但當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到穩(wěn)定值之前，動回復(fù)形成的亞晶尺寸與形變量是有關(guān)的，變形量增大使亞晶數(shù)量增多，亞晶尺寸減小。.§3.4鐵素體的變形與再結(jié)晶二、變形間隙時間里F發(fā)生的組織變化

F在變形間隙時間里也發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶軟化過程；只有在F變形量達(dá)到εs后才能發(fā)生，否則只發(fā)生靜態(tài)回復(fù)過程；在同樣的變形量下，隨著溫度升高或停留時間延長，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)都增加?！?.4鐵素體的變形與再結(jié)晶變形量對靜態(tài)再結(jié)晶的影響ε<εst(εst－流變應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定階段時的最小應(yīng)變量）時，隨變形量的增加，再結(jié)晶驅(qū)動力不斷增加，再結(jié)晶速度大大加快；ε>εst時，隨著變形量的增加，靜態(tài)再結(jié)晶速度維持一定，不再變化。這是因?yàn)檫_(dá)到穩(wěn)定階段后，位錯的增殖速度與位錯的對消速度相平衡，再結(jié)晶的驅(qū)動力維持為恒值的原故。§3.4鐵素體的變形與再結(jié)晶§3.4鐵素體的變形與再結(jié)晶F再結(jié)晶后的晶粒大小

形變可以細(xì)化F晶粒，形變量增大再結(jié)晶晶粒細(xì)化。當(dāng)流變應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定值后，形變量對再結(jié)晶晶粒尺寸的作用逐漸減弱，直到最后不發(fā)生作用，再增加變形量也不能細(xì)化F晶粒?！?.5在A＋F區(qū)軋制時組織和性能的變化在A＋F區(qū)軋制時，A和F都發(fā)生變形：變形的A如同在A未再結(jié)晶區(qū)中變形那樣，變形后仍然優(yōu)先在變形帶和晶界上形核，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸鐵素體；被變形的F當(dāng)變形量較小時（<10%），晶粒內(nèi)部位錯密度增高，產(chǎn)生小的亞晶；隨著變形量的增加，F(xiàn)晶粒被拉長，晶內(nèi)的亞晶更細(xì)小，數(shù)量增多，位錯密度更高.

因此，兩相區(qū)軋制后的組織中既有由變形未再結(jié)晶A轉(zhuǎn)變的等軸細(xì)小F晶粒，還有被變形的細(xì)長的F晶粒。§3.5在A＋F區(qū)軋制時組織和性能的變化在低溫區(qū)變形促進(jìn)了含Nb、V、Ti等微合金化鋼中碳化物的析出（形變誘導(dǎo)析出）

雖然在A＋F區(qū)軋制中，析出物的增加，F(xiàn)亞晶量多且細(xì)小，位錯密度的增高等等都有利于使屈服強(qiáng)度增加，但是兩相區(qū)軋制會引起織構(gòu)，增加了強(qiáng)度的方向性，并使高階沖擊能（韌性狀態(tài)下的沖擊能）有所降低?！?.5在A＋F區(qū)軋制時組織和性能的變化§3.5在A＋F區(qū)軋制時組織和性能的變化控制軋制三個階段的組織和物理性能變化§3.5在A