1、,Chap.8 金屬組織性能控制 Microstructure and mechanical property control 8.2 控制軋制及強(qiáng)韌性能的控制,TMCPThermo Mechanical Controlled Processing,Contorolled Rolling (CR),Accelerated Cooling (AcC),首鋼3500軋機(jī),攀鋼1450控制冷卻系統(tǒng),中寬帶鋼軋機(jī)控制冷卻系統(tǒng),Application of TMCP steels,米約大橋,New York (911 Memorial),Thermo mechanical treatment形變熱處理,

2、Before world war0.4C%1.5Mn%350-400MPa toughness韌性 weldability 焊接性 C DBTT 0.030.08%C1.5%Mn Nb,Ti,V(0.1 )450500MPa grain refining element high strength low alloy steels (HSLA)低合金高強(qiáng)度鋼,控軋控冷技術(shù) (controlled rolling and controlled cooling technique),控制控冷工藝示意圖,TMCP,I.Kozasu:Materials Science and Technology,v

3、ol.7 Constitution and Properties of Steels Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.,Metallurgical aspects of TMCP,I.Kozasu:Materials Science and Technology,vol.7 Constitution and Properties of Steels Ed. By F.B.Pickering,VCH,(1993),184.,（1）再結(jié)晶區(qū)軋制（950） 軋制過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 相晶粒細(xì)化 控制軋制的準(zhǔn)備階段,（2）未再結(jié)晶區(qū)軋制（950Ar3） 晶粒伸長(zhǎng)餅形

4、晶粒 大量變形帶 目的：促進(jìn)/相變形核位置,（3）(+)雙相區(qū)軋制(Ar3) 未相變的 晶粒更加伸長(zhǎng)變形帶 晶粒中形成亞結(jié)構(gòu) 包含晶粒和亞晶粒（混合組織） （4）控制冷卻 水：“廉價(jià)合金元素”,Microstructure of TMCP steel,20m,5m,Conventional rolling,TMCP,控制軋制的應(yīng)用,結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼 工具鋼 不銹鋼 超純高鉻鐵素體不銹鋼 熱軋、冷軋和熱處理工藝參數(shù)的選擇對(duì)鐵素體不銹鋼的力學(xué)性能、成形性及耐腐蝕性能的影響。 奧氏體耐熱鋼,工藝參數(shù),加熱溫度 軋制溫度 變形程度 變形速度 間隙時(shí)間 冷卻開始溫度 冷卻速度,強(qiáng)韌性能,屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度

5、 延伸率 沖擊韌性,s = lh + sh + ph + dh + kyd-1/2,lh ：晶格硬化； sh：固溶硬化； ph：析出硬化； dh：位錯(cuò)硬化.,加法法則,s =0+ kyd-1/2(1-fs)+ ksds-1/2 fs fs：亞晶粒占的體積率； ky：僅由大角晶粒構(gòu)成時(shí)s 與晶粒直徑相關(guān)的系數(shù)； ks：全部由亞晶粒構(gòu)成時(shí)s 與亞晶粒相關(guān)的系數(shù)； ds：亞晶粒直徑。,影響強(qiáng)韌性的因素,（1）晶粒尺寸 屈服極限 脆性轉(zhuǎn)變溫度,（2） 珠光體的數(shù)量、大小及分布,韌脆轉(zhuǎn)變溫度vT rs=43-37(Mn)-6.2d-1/2 +1.5(珠光體),s =fi+ fpp+ f kd-1/2,f

6、、fp：分別為鐵素體、珠光體的體積分?jǐn)?shù)，f fp 1； i、 p：分別為完全鐵素體、完全珠光體的內(nèi)摩擦應(yīng)力。,教材P191 圖8-12： 晶粒度和珠光體含量韌脆轉(zhuǎn)變溫度,強(qiáng)韌性能的定量關(guān)系式,強(qiáng)韌化機(jī)制,固溶強(qiáng)化,細(xì)晶強(qiáng)化,貝氏體強(qiáng)化,晶粒尺寸,貝氏體,相關(guān)系數(shù)R=0.92,屈服強(qiáng)度的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較,() 微合金元素的作用microalloying elements. Nb,Ti, V 總含量0.1% 碳化物 氮化物碳氮化物 高溫溶解/低溫析出,作用: 加熱時(shí)阻礙原始晶粒長(zhǎng)大; 軋制過程中抑制再結(jié)晶/晶粒長(zhǎng)大; 低溫時(shí)起到析出強(qiáng)化的作用。 應(yīng)變誘導(dǎo)析出 strain induced pr

7、ecipitation,軋制工藝參數(shù)的控制,含Nb微合金鋼(B510L),實(shí)驗(yàn)用鋼取自寶鋼B510L 原料尺寸HBL40 x50 x90 mm,B510L鋼力學(xué)性能要求：上屈服點(diǎn)355MPa ，抗拉強(qiáng)度為510610MPa，延伸率24%。 普通QstE500技術(shù)要求：上屈服點(diǎn)500MPa，抗拉強(qiáng)度550700MPa，延伸率為17%。,通過TMCP工藝使B510L的各項(xiàng)性能達(dá)到或超過QstE500鋼，則可稱為其替代產(chǎn)品，節(jié)約合金元素的用量。,加熱溫度的影響,Mechanical properties of the steel (Coiling temperature 550-600 C),Mic

8、rostructures of the experimental steel (FRT=780C) (a) sample 1(1100C); (b) sample 2 (1200C),終軋溫度的影響,Mechanical properties after TMCP (RT=1200C),(b),Microstructure of the steel at different FRT (a) sample 3 (825C); (b) sample 4 (800C),(d)位錯(cuò)及析出物;(e)貝氏體形貌;(f)鐵素體晶粒,(a)亞晶;(b)鐵素體再結(jié)晶晶粒;(c)位錯(cuò)及析出物,帶鋼的TEM照片,鐵

9、素體： DIFT/DRX Fast cooling,強(qiáng)化機(jī)制： 細(xì)晶、固溶、析出、亞晶,超快冷(ultra fast cooling, UFC),通過軋后控制冷卻改善軋件性能有效途徑 存在問題：冷卻能力不足 新鋼種：SS， TRIP，DP 對(duì)加速冷卻系統(tǒng)提出新的要求 比利時(shí)：超快冷(ultra fast cooling, UFC),UFC的原理,新型冷卻裝置的要點(diǎn)：減小每個(gè)出水口的孔徑，加密出水口，增加水的壓力，保證小流量的水流也能有足夠的能量和沖擊力，能夠大面積地?fù)羝破ぁ?UFC在軋線上的位置,UFC用于高附加值產(chǎn)品開發(fā),UFC的優(yōu)點(diǎn)： 減少冷卻長(zhǎng)度，更好地控制卷取溫度。 減少合金元素，降低成本，可減少煉鋼廠生產(chǎn)的鋼號(hào)數(shù)量。 在低卷取溫度或多階段冷卻基礎(chǔ)上開發(fā)新鋼種。