宫明龙-控制轧制课件(第七课).ppt

7.3 .2显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响 7.3.2.1 铁素体晶粒度的影响 7.3.2.2 贝氏体的影响 7.3.2.3 马氏体的影响 7.3.2.4 混合组织的影响 * 7 钢材控制冷却理论基础 7.1 钢材水冷过程中的物理现象 7.1.1 水冷时的沸腾换热现象 （1）四个换热规律完全不同的区域：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾。 （2）三种主要的水冷方法：喷水冷却、连续水流冷却、浸入冷却。 为了改善钢材的组织状态，提高钢材性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力。 qmax qmin 喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时候，如果超过连续喷流的流速时则水流发生破断，形成液滴群冲击被冷却的钢材表面。把这种用液滴群冷却的方法叫做喷射冷却。该方法适合于一般冷却及各种用途的喷嘴。但是用同一喷嘴所能控制的冷却能力范围不太宽，并且需要比其它方法施加更高的压力。 雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和高压高速气流一起从喷嘴喷出形成雾状，这种冷却方法叫做雾化冷却。有两种雾化冷却情况：?用空气加速水滴；?用空气使水滴微细化。 层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷射的出口速度比较低时，形成平滑的喷射喷流。这种平滑的层状喷流落到一定的距离时，由于水的加速度影响而破断成液滴流，破坏了层流状态。采用这种层流喷流的冷却方法叫做层流冷却。喷流可在一较长距离内保持水的层流状态，获得很强的冷却能力。所以该方法一般在要求强冷时使用。目前钢板生产中采用管层流和板层流二种方式。 7.1.2 相变热释放现象 （1）钢在冷却过程中由面心立方结构的奥氏体组织向体心立方结构的铁素体转变，钢发生体积膨胀，同时释放出相变热。 （2）相变热释放的温度范围和释放的热量主要受钢的化学成分和冷却速度影响。 7.2 对流换热系数?及其确定方法 （1）钢的换热系数?是表示冷却能力的重要指标。 （2）钢材与冷却介产生对流换热，受到导热规律和流体流动规律的支配，是一种复杂的热传递过程。 （3）牛顿冷却公式： （4）换热系数的测定一般由水冷时的钢材冷却曲线求出，即所谓非稳定实验方法，或者通过加热使钢材保持一定温度，此即稳定冷却实验方法。 7.2 控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择 （1）重要目的之一是通过控制冷却能够在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。 （2）对于高碳钢和高碳合金钢控制冷却的目的则是防止变形后的奥氏体晶粒长大，降低以致阻止网状碳化物的析出量和降低级别，减小珠光体球团尺寸，改善珠光体形貌和片层间距，从而改善钢材的性能。 （3）控制冷却钢材的性能取决于轧制条件和冷却条件（开冷温度、冷却速度、终冷温度等）。 （4）一般把轧后控制冷却过程分为一次冷却、二次冷却和三次冷却（空冷）。 一次冷却是指从终轧温度开始到变形奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arcm温度范围内的冷却控制，即控制开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。目的是控制变形奥氏体的组织状态，阻止奥氏体晶粒的长大，阻止碳化物析出，固定因变形而引起的位错，降低相变温度，为相变做组织上的准备。 二次冷却是指从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。二次冷却的目的是控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度，即控制相变过程，以保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。 三次冷却 是指相变后至室温范围内的冷却。对于低碳钢，冷却速度对组织没有影响；对于含铌钢在空冷过程中发生碳氮化物析出，对产生的贝氏体产生轻微的回火效果；对于高碳钢或高碳合金钢相变后空冷时将使快冷来不及的过饱和碳化物继续弥散析出。如相变完成后仍采用快速冷却工艺，就可以阻止碳化物析出，保持碳化物固溶状态，以达到固溶强化的目的。 冷却均匀，用于线材，棒材冷却中 水在管内和平行板间流动，钢材在其间通过进行冷却 管内流水冷却 冷却能力难以控制，冷却不均匀，从而引起组织不均匀 直接浸入水中 浸水冷却 冷却能力强，主要用在钢板生产中 出口速度低，形成平滑的喷射喷流， 层流冷却 为了提高冷却能力加速水滴； 控制冷却能力，使水滴雾化，不给予太大的动能 雾化水和高压气体同时喷出。系统复杂，噪音大，车间雾气大，但冷却调节能力宽 雾化冷却 各种用途的喷嘴 需施加大压力，流速快，成液滴群，冷却调节范围窄， 喷射冷却 中厚板轧后冷却，钢板淬火 水流连续，呈紊流状态，穿透性好，喷溅严重。 喷水冷却 应用场合 水流方式和冷却能力 冷却方法 7.3轧后快速冷却对钢材强韧性的影响 轧后快速冷却实质上是控制轧制后细化了的变形奥氏体组织经过快速冷却，相变组织相应变化，钢中析出物的大小、数量、析出部位发生变化，从而使钢材的强韧性得以提高的。 7.3.1 轧后冷却速度的影响 （1）Si-Mn钢和Nb-V