控轧控冷-6

第六章控轧条件下钢的变形抗力6.1各种因素对奥氏体变形抗力的影响6.2（A+F）两相区轧制时的变形抗力引言热金属的变形抗力值对于设计轧机设备、确定电机负荷和制定合理的轧制工艺规程都是不可缺少的。当采用控制轧制工艺后，由于要求板坯低温加热并采用反复形变再结晶细化晶粒，在奥氏体低温区要求有足够的累积压下量，以及要求极低的终轧温度(有时还要求在两相区终轧)等等。这些因素都使轧制压力增大，它往往成为满足控制轧制工艺条件的限制因素。引言在控制轧制中金属的变形抗力不仅是变形温度、变形量、化学成分的函数，而且与变形过程中金属的组织变化有关。控制轧制中组织的变化主要表现在以下几个方面：(1)控制轧制要求在奥氏体未再结晶区保证必要的变形量，这就意味着每轧一道后轧件的奥氏体不能通过再结晶恢复到原来的状态，也就是说存在着残余变形。因此在这个区内的变形抗力就不仅和该道次的轧制条件有关，而且和它的变形历史有关。引言含铌等微量合金元素的钢，通过变形诱导析出微细的碳氮化合物抑制了奥氏体再结晶的发生，促使残余变形更易于发生，在形变累积作用下使变形抗力提高。在连续棒材轧机和带钢热连轧机组的精轧机上的轧制速度很高，机架间的轧制间隙时间在1s以下，后段轧机间甚至达到0.1s，因此在热连轧精轧机组上高速轧制时，即使对不含铌等微量元素的钢种，奥氏体的静态再结晶也受到抑制，从而产生变形的累积效果，使变形抗力增高。引言(2)控制轧制中广泛采用在奥氏体再结晶区中反复进行形变-再结晶，使奥氏体晶粒不断细化的工艺。细小奥氏体晶粒的产生同样也导致变形抗力的升高。(3)控制轧制还可能在(A+F)两相区进行轧制。F的存在当然就会改变单一奥氏体组织的变形抗力。正是由于组织因素的影响，所以不能简单的照搬过去热加工状态下的变形抗力公式用作控制轧制的轧制压力计算，还必需考虑组织因素的影响。本章将简单介绍控制轧制中组织变化和变形抗力的关系。6.1各种因素对奥氏体变形抗力的影响一、奥氏体晶粒尺寸对变形抗力的影响二、微量元素对变形抗力的影响三、多道次变形对变形抗力的影响四、形变热对变形抗力的影响奥氏体晶粒尺寸对变形抗力的影响奥氏体晶粒尺寸愈小屈服应力愈大。ASTM晶粒度从0级细化至8级，屈服强度值可相差20％。高温控制轧制通过反复形变-再结晶可使晶粒细化到20～40μm，相当于ASTM6～8级，因而在该区多道次轧制时需考虑晶粒细化的影响。0.08％C，0.2％Si，1.5％Mn钢，在900～1250℃的加热，以获得不同的奥氏体晶粒尺寸，然后统一在900℃下变形，变形速度为10.3s-1。变形量分别为0.1，0.2，0.3。得到不同奥氏体晶粒尺寸与屈服强度的关系。微量元素对变形抗力的影响控制轧制利用铌、钒、钛等微量元素获得细小铁素体晶粒和析出强化效果，但是铌等元素的添加也对变形抗力产生很大的影响：在高变形速度时，变形应力的增加是由于固溶于奥氏体中的铌抑制了动态回复而产生的。在2.1×10-3s-1的变形速度下出现了动态再结晶行为的应力-应变曲线。铌的添加促使产生动态再结晶的临界变形量向高应变一侧移动，并提高了变形抗力。微量元素对变形抗力的影响加热到1100℃的试样在1100℃下变形获得细化的奥氏体再结晶晶粒后，分别在1000℃和850℃给予30％变形时所得到的变形应力值。曲线表明随着微量元素添加量的增加，变形应力增大。铌、钛的作用较大，钒的作用较小。微量元素对变形抗力的影响使奥氏体变形应力增加，另一方面是由于在1100℃下的形变的原因，一方面是由于固溶于奥氏体中微量元素的作用诱导析出的和在变形温度下析出的Nb(C、N)、Ti(C、N)抑制了奥氏体的再结晶。而钒在该温度下析出量很少，因此对变形应力的影响小。可以预见到加热温度的降低就减少了固溶的铌量和钛量，从而降低了应力升高的倾向。多道次变形对变形抗力的影响两次变形的间隔时间里所发生的变形软化情况决定了变形累积效果，直接影响了第二次变形时的变形应力。图6-4曲线表明第二次变形中的屈服应力是随着温度和待温时间的变化而变化的，其软化率反映了静态回复和静态再结晶的进行情况。相当于在可逆式多道次轧制时累积变形的情况。0.03％Nb钢在两次变形中第一和第二次变形时的应力应变曲线。变形温度为1000℃和900℃，间隔时间在1～20s之间。多道次变形对变形抗力的影响变形温度愈高、间隔时间愈长，软化率值愈大。图中直线斜率改变的点就是发生回复向再结晶的转变点。在第三次变形时出现斜率改变点的温度低于第二次变形时出现斜率改变点的温度。这是由于后者的有效应变增加的原故。铌的存在使奥氏体再结晶开始温度升高。Si-Mn钢和含0.03％Nb钢的软化率随变形温度和间隔时间而变化的曲线。三个变形阶段，每一阶段的变形量都是10％。多道次变形对变形抗力的影响在类似的多次变形实验表明(原始晶粒尺寸为53μm，变形量为20％)，铌钢在低于900℃变形时，在10s之内的间隔时间里仅发生回复过程的软化。而Si-Mn钢在高于800℃时即发生再结晶软化。可以估计到能够产生很大变形累积效果的温度是：Si-Mn钢约在800℃以下，添加0.03～0.05％Nb或Ti钢约在900℃以下。Si-Mn钢和含0.03％Nb钢的软化率随变形温度和间隔时间而变化的曲线。三个变形阶段，每一阶段的变形量都是10％。多道次变形对变形抗力的影响在钢板的控制轧制中通常使用铌作为微合金元素，控制轧制开始温度在900～950℃，这就表明在这个温度以下多道次轧制时随着轧制温度降低，由于奥氏体静态回复和静态再结晶受到抑制，应变积累增加，变形应力增大。Si-Mn钢和含0.03％Nb钢的软化率随变形温度和间隔时间而变化的曲线。三个变形阶段，每一阶段的变形量都是10％。多道次变形对变形抗力的影响软化率与变形间隔时间里的静态回复和再结晶的进展有关，除了变形温度，还受到原始晶粒尺寸、应变速度和化学成分的影响。通过改变变形前的加热温度来改变原始晶粒尺寸。结果表明原始晶粒尺寸对第一、第二次变形间的软化率影响很小，而第二和第三次变形间的软化率随晶粒细化有明显提高。这是和该情况下由于应变积累引起应变提高，晶粒细化促进静态再结晶相一致的。多道次变形对变形抗力的影响图6-7所示为前段变形量对Si-Mn钢和Nb钢的软化率所产生的影响情况。对Nb钢来说，即使在900℃以下，软化率随前段变形量的增加也只有微小的变化，而对于Si-Mn钢，即使在800℃的情况下也可以看出，随着前段变形量的增大，软化率发生急剧的变化。这就是说对于铌钢在未再结晶区的多道次变形不会引起软化率的大变化，因而有显著的应变积累。而对于非含铌钢在未再结晶区的多道次变形．就可能因应变积累而引起再结晶软化。形变热对变形抗力的影响在高速轧机上轧制时，轧制过程近似于绝热的加工过程，再加上道次间隙时间短，因而轧件的升温是明显的。其升温量θ在绝热条件下可由下式近似求得。θ=Kmε/jcρ(6-1)式中：Km-变形抗力；ε-相对变形量；j-热工当量；c-比热；ρ-钢材密度。也就是说，越是变形抗力大的钢材、越是大的压下率，温度上升就越高。加工升温的结果就可能使组织发生变化。例如含铌钢一道次压下率为70％，在850℃变形时得到极微细的奥氏体晶粒，这是由于加工升温，瞬间发生了再结晶的结果。因此在热连轧机上轧制时除注意到变形累积效果外，还必需考虑变形热升温的作用。6.2（A+F）两相区轧制时的变形抗力在同一温度下铁素体相的变形抗力要比奥氏体相低得多，因此在(A+F)两相区轧制时的轧制压力要比在奥氏体低温轧制时低。（A+F）两相区轧制时的变形抗力实验室轧机的试验结果显示，在Ar3温度附近轧制压力显著降低。之后随着轧制温度降低，虽然铁素体量不断增加，但轧制压力却不断升高，而且其值落在单相区铁素体加工时的轧制压力延长线上。道次压下率一定，为10％，所示温度为表面温度。这表明在相区中变形时，由于铁素体比奥氏体软，铁素体承担了大部分的变形。轧制温度愈低铁素体量愈多，加工铁素体量就增加，使变形抗力提高。（A+F）两相区轧制时的变形抗力可以认为两相区中进行轧制的铁素体和单相轧制的铁素体是一样的。因此可以认为在两相区的高温阶段变形抗力是低于奥氏体低温区变形抗力的，在该区实施控制轧制工艺可以不必担心轧制压力的升高。但如果在两相区的低温阶段轧制，那么轧制压力就可能会高于奥氏体低温区轧制时的轧制压力。（A+F）两相区轧制时的变形抗力在两相区的低温区中，轧制温度的降低使加工铁素体量加大，因而使变形抗力增大。除轧制温度外，诸如奥氏体晶粒尺寸，进入两相区轧制前的变形过程等因素都会使Ar3温度发生很太变化，从而影响两相区中的铁素体加工量。在两相区中受到加工的铁素体组织在道次之间的停留时间里发生软化，因而使变形抗力降低(类似于奥氏体未再结晶区中多道次轧制的情况)。保温中软化组织的变化受温度、加工前的组织(如晶粒度)和保温时间的影响。含铌、钒、钛等微合金元素钢在两相区多道次轧制时，认为在该区轧制时强度的提高不是因为析出强化量的增加，而是由于析出抑制了铁素体的回复所产生的结果。