9月材料工程基础塑性加工.pptx

5.3-25.3 金属塑性加工物理基础5.3.1.2 冷塑性变形的特点由于组成多晶体的各个晶粒位向不同，塑性变形不是在所有的晶粒内同时发生，而是首先在那些位向有利、滑移系上的切应力分量已优先达到临界值的晶粒内进行。要求每个晶粒进行多系滑移，即除了在取向有利的滑移系中进行滑移外，还要求其他取向并非很有利的滑移系也参与滑移。多晶体变形的另一特点是变形的不均匀性。5.3-35.3 金属塑性加工物理基础5.3.1.3 冷塑性变形对金属组织和性能的影响冷塑性变形对金属组织和性能的影响1、组织的变化1)晶粒形状的变化金属经冷加工变形后，其晶粒形状发生变化，变化趋势大体与金属宏观变形一致。2)晶粒内产生亚结构3)晶粒位向改变(变形织构)多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。5.3-45.3 金属塑性加工物理基础2、性能的变化其中变化最显著的是金属的力学性能，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。对于不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能就显得更为重要。加工硬化对金属塑性成形也有不利的一面。它使金属的塑性下降，变形抗力升高，继续变形越来越困难，特别是对于高硬化速率金属的多道次成形更是如此。5.3-55.3 金属塑性加工物理基础5.3.2 金属热态下的塑性变形在热塑性变形过程中，回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复或再结晶所抵消，而使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态。5.3.2.1 热塑性变形时的软化过程按其性质可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶，亚静态再结晶等。动态回复和动态再结晶是在热塑性变形过程发生的；而静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶则是在热变形的间歇或热变形后，利用金属的高温余热进行的。具体细节在材料科学基础之回复与再结晶中讲解。5.3-65.3 金属塑性加工物理基础5.3.2.2 热塑性变形机理金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。1、晶内滑移和晶内孪生在通常条件下(一般晶粒大于10m以上时)，热变形的只要机理仍然是晶内滑移。滑移系数目少的密排六方金属中晶内孪生是可能的塑性变形机制之一。2、晶界滑移热塑性变形时，由于晶界强度低于晶内，使得晶界滑移易于进行；又由于扩散作用的增强，及时消除了晶界滑动所引起的破坏。5.3-75.3 金属塑性加工物理基础3、扩散性蠕变扩散性蠕变是在应力场作用下，由空位的定向移动所引起的。扩散性蠕变5.3-85.3.2.3 热塑性变形的金属组织和性能的影响1、改善晶粒组织、改善晶粒组织热热塑塑性性变变形形可可以以改改善善晶晶粒粒组组织织。通通常常应应用用动动态态再再结结晶晶图图进进行论述。行论述。GH4037镍基高温合金的动态再结晶图 5.3-92、锻合内部缺陷、锻合内部缺陷如微裂纹、疏松等。如微裂纹、疏松等。3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织、形成纤维组织钢锭锻造过程中纤维组织形成示意5.4-15.4 金属的塑性加工成形性金属的塑性加工成形性5.4.1 金属的热成形性能5.4.1.1 金属的可锻性金 属 在 热 状 态 下 的 成 形 性 能 通 常 用 金 属 的 可 锻 性 (Forgeability)来衡量，它是表示材料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。若材料在热态下很易进行塑性变形，则说明其可锻性好。相反，则可锻性差，因而就不宜用压力加工方法来成形。因此，可锻性是金属热加工的一种重要工艺性能。可锻性的优劣一般常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。金属的塑性愈高，变形抗力愈低，则其可锻性愈好，反之则差。这是因为塑性高、变形抗力低，即使在变形量很大的情情况下也不易产生裂纹，且变形时消耗的能量也小。5.4.1.2 影响可锻性的因素可锻性是金属在热态下进行塑性加工的基础，它主要取决于金属的成分、组织和加工条件成分、组织和加工条件。1、金属的成分不同成分的金属材料的可锻性是不一样的。一般来说，纯金属的可锻性比合金好，低碳钢的可锻性优于高碳钢，低碳低合金钢的可锻性优于高碳高合金钢。原因：纯金属的塑性比合金好，变形抗力低。在钢中，随碳和合金元素含量的增加，不仅固溶强化作用增大，而且还会形成熔点高、硬而脆的合金碳化物，特别是在高碳高合金钢中往往易出现硬而脆的共晶莱氏体，使钢的强度和塑性显著降低，脆性增大，所以高碳高合金钢的可锻性较差。有害杂质元素的存在也会严重影响材料的可锻性，例如钢中含有较高的硫或氢，工业纯铜中含有较高的铅或铋，都会使材料的可锻性显著变坏。5.4-32、金属的组织金属的组织不同，其可锻性有很大的差别。通常单相组织的可锻性比多相组织的可锻性好，这是因为单相组织均匀、塑性高。多相组织易造成组织的不均匀性，且各相的塑性有很大差别，会引起变形的不均匀性，因而可锻性差。例如在高速钢和高碳高铬钢等高合金工具钢中，由于有大量的硬而脆的合金碳化物存在，且常易在晶界上形成连续或不连续的网状组织，使钢变脆，故其可锻性比一般的碳钢、低合金钢要差得多。此外，铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或有共晶莱氏体组织存在，均使塑性变差，易产生不均匀变形，故其可锻性也差。5.4-43、加工条件1)变形温度 一般来说，随变形温度的升高，可提高金属的可锻性。这是因为温度高，原子的热振动增大，使滑移变形的阻力减小，因此使塑性增大、变形抗力减小，从而提高金属的可锻性。但是，对于不同的合金随温度的升高其可锻性有很大的差异，如下图所示。5.4-5不同合金系列不同合金系列8种典型金属的可锻性种典型金属的可锻性纯金属及单相(铅、钼、镁)合金；纯金属及单相合金(晶粒长大敏感者；具有不溶组分的合金；具有可溶组分的合金；加热时形成有塑性第二相的合金；加热时形成低熔点第二相的合金；冷却时形成有塑性第二相的合金；冷却时形成脆性第二相的合金；Tm熔化温度。5.4-6可见，对于晶粒长大很敏感的合金(类型)，其可锻性随温度升高因晶粒急剧长大反而降低，尤其是当晶界形成脆性相时，晶粒尺寸的增大对可锻性的不利影响更为明显。对于具有不溶性化合物的合金(类型)，不管变形温度如何都呈现出脆性，可锻性很差。而对于具有可溶性化合物的合金(类型)，随温度升高化合物可不断溶入基体，因此可改善其可锻性。此外，从图中还可看到，类型到类型合金的可锻性随变形温度的变化规律，这均说明了不同特性的第二相随变形温度的升高对合金的可锻性具有不同的影响。最后还应指出，对于所有的合金，当温度接近熔点时，会引起过烧，使可锻性急剧降低。2)变形速度 变形速度对金属可锻性的影响具有双重性，一方面由于随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，因而不能及时消除加工硬化现象，故使塑性降低，变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，由于随着变形速度的增高，产生热效应，使金属的塑性升高，变形抗力降低，又有利于改善可锻性。这种变化关系如下图示出。可见，a点左侧其可锻性随变形速度的增大而变差，在a点的右侧则相反。必须指出，变形时的热效应，除高速锤锻造和高能成形外，在一般压力加工成形过程中，由于变形速度低故不太显著。变形速度与塑性及抗力的关系 1变形抗力变化的曲线 2塑性变化的曲线3)应力状态应力状态 用用不不同同的的压压力力加加工工方方法法成成形形金金属属时时，所所产产生生的的应应力力状状态态和和变变形形抗抗力力是是不不同同的的。对对相相同同试试件件进进行行拉拉拔拔与与挤挤压压的的对对比比试试验验结结果果表表明明，拉拉拔拔时时变变形形区区内内呈呈现现两两向向压压缩缩和和一一向向拉拉伸伸应应力力状状态态，拉拉拔拔力力P拉拉为为10.5kN。而而挤挤压压时时，则则变变为为三三向向压压应力状态应力状态，挤压力，挤压力P压压为为335kN，如图所示。，如图所示。应力状态条件对可锻性的影响 (a)一试样；(b)一拉拔；(c)一挤压5.4-9由此可见，采用拉拔方法成形省力，但对材料的由此可见，采用拉拔方法成形省力，但对材料的塑性要求较高些；而用挤压方法成形费力，但可塑性要求较高些；而用挤压方法成形费力，但可降低对材料的塑性要求。所以对低塑性材料进行降低对材料的塑性要求。所以对低塑性材料进行压力加工时，应尽可能创造压应力状态的变形条压力加工时，应尽可能创造压应力状态的变形条件。理论和实践都证明，在应力状态图中，压应件。理论和实践都证明，在应力状态图中，压应力成分的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力成分力成分的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力成分的数量愈多，则其塑性愈差。这是因为在金属内的数量愈多，则其塑性愈差。这是因为在金属内部难免会存在程度不同的微小气孔或裂纹等缺陷，部难免会存在程度不同的微小气孔或裂纹等缺陷，在拉应力的作用下，易在缺陷处产生应力集中而在拉应力的作用下，易在缺陷处产生应力集中而破裂，从而损害金属的塑性。而压应力则会增加破裂，从而损害金属的塑性。而压应力则会增加金属的内摩擦，使变形难以产生，从而增大金属金属的内摩擦，使变形难以产生，从而增大金属的变形抗力。的变形抗力。5.4-105.4.1.3 降低变形抗力的途径在热压力加工过程中，为了创造最有利的变形条件，充分地进行变形，而所消耗的能量又最少，必须充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，其主要途径有：(1)降低材料自身的变形抗力最有效的措施是适当提高热变形时的温度。(2)改善变形时的受力状态主要是采用合理的变形方案，设计合理的模膛，减少变形时的摩擦阻力。例如圆筒形零件可采用挤压方法成形。(3)减少加工过程中的接触面积这样可显著减小总变形力，可用小设备加工大零件。例如近年来用的摆动辗压新工艺就是利用这一原则。5.4-115.4.2 金属的冷成形性能5.4.2.1 影响金属冷成形性的主要力学性能参量前已述，金属与合金在冷态下可通过冲压、拉拔、弯曲、轧制、挤压和镦锻等各种成形工艺来生产零件和半成品。金属通过冷成形不仅可获得一定形状尺寸的产品，而且可改善其组织和性能。通常影响金属冷成形性的主要力学性能参量如下：1、屈服强度s为了使冷变形易于进行，而且能均匀地发生变形，一般要求材料有低而均匀的屈服强度。5.4-122、应变硬化指数n在拉伸试验中，对钢的加工硬化行为可用下式表达=kn式中为真实流变应力；为真应变；k为常数；n为应变硬化指数，其大小表示材料发生颈缩前依靠加工硬化使材料发生均匀变形能力的大小。可以证明，n在数值上与均匀变形量u是相等的。因此，n值大，均匀变形量大，这意味着因硬化而使应变均匀分配的能力大，材料在变形过程中不易发生颈缩，这对于深冲压的拉延成形是一个极为重要的性能指标。所以为了保证最佳的拉延成形性，要求材料有大的n值。5.4-133、塑性应变比塑性应变比是材料塑性应变方向性的度量，它可用下式表示=w/t式中 w为宽度真应变；t为厚度真应变。大，表明材料的宽度真应变大，而厚度真应变小，所以它是决定材料深冲性能的关键参量。为了保证材料有良好的深冲性能以及使一般的冷成形工艺得以顺利进行，要求材料的塑性应变比要大于1。4、u均匀变形量和断裂总应变量f通常要求u均匀变形量和断裂总应变量f 尽可能的高，这无论是对于弯曲、拉拔和冷轧等成形工艺的顺利进行都是有好处的。5.4-145.4.2.2 影响金属冷成形性力学性能参量的冶金因素影响金属冷成形性的力学性能参量的冶金因素主要是材料的种类和成分、组织结构以及冶金质量。1、材料的种类和成分不同的金属或合金对上述力学性能参量有不同的影响。通常面心立方金属或合金比体心方金属或合金具有低的屈服强度、更好的塑性和较大的n值，故其冷成形性能比体心立方金属或合金好。在纯金属中加入了合金元素后将形成固溶体，并可能出现第二相，形成多相合金，由于固溶强化和第二相的强化作用将会引起合金屈服强度的升高、塑性和应变硬化指数的降低。因此，一般均降低材料的冷成形性能。5.4-15例如冷压力加工用钢，随钢中碳、锰、硅和磷等含量的增高，其冷成形性能将变坏。为此，对冷压力加工用钢，在满足强度要求的前提下，应尽可能降低碳、硅含量，严格控制有害元素磷的含量。例如冷冲压薄板钢通常都采用低碳沸腾钢08F和10F。2、材料的组织结构 通常细化晶粒不仅可提高材料的屈服强度，而且可改善塑性。在钢中随铁素体的细化，虽然塑性可得到改善，但屈服强度提高，应变硬化指数减小。因此，对冷压力加工用钢而言，为改善其冷成形性能，铁素体晶粒不宜太细。此外，采用适当的合金化与热处理可获得较好的组织状态，来改变材料的力学性能，从而改善其冷成形性能。5.4-16例如：相同含碳量的钢经球化退火后，可获得球状珠光体的组织，它比片状珠光体具有更低的屈服强度和较高的塑性，因而低碳钢和低碳合金钢的冷挤压成形加工及高碳滚动轴承钢的冷镦成形加工都要求具有球状珠光体的原始组织。晶体结构主要影响塑性应变比，研究表明，当111晶面平行于轧制平面时，值就大。在钢中加入少量的钛和铌，可形成特殊的铁素体织构，使它的111晶面和晶向平行于轧制板面，从而可增大。另外，用铝稳定的钢也可提高值(最高可达1.41.8，而通常沸腾钢的值约为1.01.2)。3、材料的冶金质量冶金质量主要影响材料的塑性指标，例如钢中夹杂物过多时，必然会导致塑性降低，使冷成形性能变坏。5.5-15.5 轧制、挤压、拉拔 5.5.1 轧制轧制 5.5.1.1 概述概述轧制是金属坯料在旋转轧辊的间隙中靠摩擦力的作用连续进轧制是金属坯料在旋转轧辊的间隙中靠摩擦力的作用连续进入轧辊而产生塑性变形的一种压力加工方法，大约有入轧辊而产生塑性变形的一种压力加工方法，大约有90左右的钢和大部分有色金属都要经过轧制。左右的钢和大部分有色金属都要经过轧制。轧制的主要形式有纵轧、横轧和斜轧三种，其示意图示于下轧制的主要形式有纵轧、横轧和斜轧三种，其示意图示于下图。图。轧制的主要形式(a)纵轧；(b)横轧；(c)斜轧1一轧辊；2一坯料；3一芯捧5.5-2可可见见，纵纵轧轧时时坯坯料料在在转转向向相相反反的的两两个个轧轧辊辊作作用用下下产产生生变变形形，并并沿沿着着垂垂直直于于轧轧辊辊轴轴线线方方向向移移动动。横横轧轧是是坯坯料料在在转转向向相相同同的的两两个个轧轧辊辊作作用用下下转转动动并并产产生生变变形形，且且坯坯料料与与轧轧辊辊轴轴线线互互相相平平行行。斜斜轧轧是是坯坯料料轴轴线线与与轧轧辊辊轴轴线线相相交交成成一一定定角角度度的的轧轧制制方方法法，在在变变形形过过程程中中坯料既转动，又沿自身的轴线向前移动。坯料既转动，又沿自身的轴线向前移动。纵纵轧轧主主要要用用于于各各种种型型材材、板板材材和和管管材材等等成成形形加加工工，但但在在某某些些情情况况下下也也可可用用于于零零件件的的成成形形加加工工。横横轧轧和和斜斜轧轧主主要要用用于于零零件件成成形形加加工工，而而斜斜轧轧还还可可用用于于无无缝缝管材的成形加工。管材的成形加工。轧轧制制所所用用的的坯坯料料主主要要是是钢钢锭锭或或铜铜、铝铝等等有有色色金金属属及及其合金铸锭。轧材的类型取决于轧辊的种类和形状。其合金铸锭。轧材的类型取决于轧辊的种类和形状。5.5-3 轧 辊(a)平轧辊；(b)带槽轧辊；(c)孔型；(d)4辊机座上的轧辊分布；(e)12辊机座上的轧辊分布 下下图图示示出出了了常常见见轧轧辊辊的的种种类类和和形形状状，其其中中平平轧轧辊辊用用于于板板材材和和带带材材的的轧轧制制，带带槽槽轧轧辊辊用用于于各各种种型型材材的的轧轧制制。在在多多辊辊机机座座中中(d)，(e)，只只有有两两个个为为工工作作辊辊，其其余余均均为为支支承承辊辊，有有了了支支承承辊辊，便便可可使用小直径的工作辊，因而可提高延伸比，降低变形力。使用小直径的工作辊，因而可提高延伸比，降低变形力。5.5-4轧轧机机按按用用途途可可分分为为初初轧轧机机和和成成品品轧轧机机两两大大类类。初初轧轧机机的的作作用用是是将将金金属属铸铸锭锭轧轧制制成成各各种种形形状状和和规规格格的的半半成成品品，为为型型材材、板板材材和和管管材材等等的的轧轧制制提提供供坯坯料料。成成品品轧轧机机有有型型材材轧轧机机、板板材材轧轧机机、管管材材轧轧机机和和特特种种轧轧材材轧轧机机。在在轧轧制制生生产产中中，型型材材轧轧机机的的规规格格都都是是用用轧轧辊辊辊辊身身的的直直径径来来表表示示的的，如如350型型材材轧轧机机。板板材材轧轧机机的的规规格格用用轧轧辊辊辊辊身身的的长长度度来来表表示示，如如3600轧轧机机。管管材轧机的规格用轧制管材的外径来表示。材轧机的规格用轧制管材的外径来表示。轧轧材材生生产产的的一一般般工工艺艺过过程程是是首首先先将将铸铸锭锭经经加加热热后后在在初初轧轧机机上上热热轧轧成成各各种种形形状状和和规规格格的的坯坯料料，然然后后将将初初轧轧坯坯料料再再经经加加热热后后在在不不同同的的成成品品轧轧机机上上热热轧轧成成各各种种型型材材、板板材材和和无无缝缝管管材材等等。对对于于薄薄板板材材(厚厚度度在在1.5mm以以下下)和和冷冷弯弯型型材材，则则通通常常分分别别用用热热轧轧卷卷材材和和热热轧轧板板带带材材作作坯坯料料，经经酸酸洗洗后后进进行行冷冷轧轧并并经经退退火火，得到冷轧薄板和冷轧型材。得到冷轧薄板和冷轧型材。5.5-5现现在在，轧轧制制板板坯坯正正在在被被日日益益广广泛泛使使用用的的连连铸铸板板坯坯所所代代替替，连连铸铸板板坯坯大大多多是是在在连连续续热热轧轧机机上上轧轧制制的的。焊焊管管所所用用坯坯料料为为带带材材或或板板材材，经经热热轧轧或或冷冷轧轧成成管管坯坯后后将将缝缝隙隙焊焊接接而而成成。此此外外，热热轧轧管管经经冷冷轧轧或或拉拉拔拔后后可可生生出出壁壁厚厚更更小小、表表面面质质量量更更好好、尺尺寸寸精度更高的管材。精度更高的管材。5.5-6 5.5.1.2 轧制产品的质量控制轧制产品的质量控制 1、热轧、热轧热热轧轧具具有有塑塑性性好好、变变形形抗抗力力低低、生生产产规规模模大大、效效率率高高、成成本本低低等等优优点点，故故许许多多型型材材、板板材材和和管管材材都都是是通通过过热热轧轧成成材材的的。典型热轧材的一般生产工艺流程如下：典型热轧材的一般生产工艺流程如下：1)热轧型材热轧型材 型材坯料准备型材坯料准备加热加热轧制轧制切断切断冷却冷却矫直矫直清理清理检查检查捆扎捆扎 2)热轧薄板热轧薄板 板坯准备板坯准备加热加热粗轧粗轧精轧精轧冷却冷却卷取卷取松卷松卷剪切剪切热轧薄板热轧薄板 3)热轧无缝管热轧无缝管 实实心心管管坯坯准准备备加加热热斜斜轧轧穿穿孔孔机机穿穿孔孔自自动动轧轧管管机机轧轧制制成成毛毛管管滚滚轧轧制均整轧轧制均整纵轧定径机轧制成要求管径纵轧定径机轧制成要求管径精整精整5.5-7为为控控制制热热轧轧产产品品的的质质量量，在在生生产产过过程程中中应应采采取取如如下下有有关关工工艺艺措施：措施：1)轧轧前前应应对对坯坯料料表表面面结结疤疤、裂裂纹纹、夹夹渣渣、折折叠叠、飞飞刺刺等等各各种种缺缺陷陷进进行行仔仔细细的的清清理理，这这是是保保证证轧轧材材表表面面质质量量的的关关键键，否否则则氧氧化化皮皮被被压压人人表表面面会会产产生生缺缺陷陷，而而原原有有缺缺陷陷在在轧轧制制中中会会进进一一步步扩扩大大，引引起起更更多多的的缺缺陷陷，甚甚至至会会影影响响轧轧材材的的塑塑性性和和成成形形性，降低轧材的表面质量和合格率。性，降低轧材的表面质量和合格率。有有些些坯坯料料(例例如如合合金金钢钢坯坯)在在清清理理前前往往往往还还要要进进行行退退火火处处理理，以以降降低低硬硬度度，便便于于进进行行表表面面清清理理，同同时时还还可可消消除除内内应应力力、均均匀匀成成分分、去去除除有有害害气气体体，以以提提高高轧轧材材塑塑性性，防防止止轧轧制制开开裂裂，提高成品率。提高成品率。5.5-8 2)根根据据坯坯料料的的种种类类、成成分分和和尺尺寸寸确确定定合合适适的的加加热热温温度度、加加热热速速度度和和保保温温时时间间，以以降降低低坯坯料料在在加加热热过过程程中中的的氧氧化化脱脱碳碳倾倾向向，避避免免引引起起过过热热、过过烧烧，降降低低内内应应力力，从从而而使使轧轧材材表表面面不不易易产产生生麻麻点点、氧氧化化皮皮或或发发裂裂等等表表面面缺缺陷陷，防防止止轧轧材材力力学学性性能能的降低和轧制开裂的产生。的降低和轧制开裂的产生。3)正正确确控控制制轧轧制制温温度度、轧轧制制速速度度和和变变形形程程度度是是保保证证轧轧制制产产品品质质量量的的一一个个中中心心环环节节。因因为为它它不不仅仅可可保保证证产产品品的的精精确确成成形形，而而且且可可改改善善其其组组织织性性能能。轧轧制制温温度度主主要要包包括括开开轧轧和和终终轧轧温温度度的的确确定定，终终轧轧温温度度控控制制轧轧材材的的组组织织性性能能，而而开开轧轧温温度度的的确确定定必必须须以以保保证证终终轧轧温温度度为为依依据据。例例如如碳碳钢钢的的开开轧轧温温度度一一般般比比加加热热温温度度低低些些，而而终终轧轧温温度度视视成成分分而而异异。轧轧制制亚亚共共析析钢钢，终终轧轧温温度度一一般般应应高高于于Ar3线线约约50100，以以便便终终轧轧后后迅迅速速冷冷至至相相变变温温度度，获获得得细细晶晶粒粒组组织织。若若终终轧轧温温度度过过高高，则则会会得得到到粗粗晶晶粒粒组组织织和和低低的的力力学学性性能能。反反之之，终终轧轧温温度度低低于于Ar3线线，则则有有加工硬化产生，使强度升高，塑性降低。加工硬化产生，使强度升高，塑性降低。5.5-9对对于于含含铌铌、钛钛、钒钒等等合合金金元元素素的的低低合合金金钢钢，由由于于再再结结晶晶较较困困难难，故故通通常常可可以以提提高高终终轧轧温温度度。轧轧制制过过共共析析钢钢，其其终终轧轧温温度度应应不不高高于于Acm线线，否否则则沿沿奥奥氏氏体体晶晶界界析析出出的的网网状状碳碳化化物物就就不不能能被被破破碎碎，这这会会恶恶化化钢钢材材的的力力学学性性能能。若若终终轧轧温温度度过过低低(低低于于A1线线)，则则会会产产生生加加工工硬硬化化，且且易易析析出出石石墨墨。因因此此过过共共析析钢钢的的终终轧轧温温度度应应比比A1高高100150。轧轧制制速速度度和和变变形形程程度度不不仅仅影影响响产产品品的的组组织织性性能能，而而且且还还影影响响产产量量，所所以以在在设设备备和和工工艺艺允允许许的的条条件件下下，应应提提高高轧轧制制速速度度和和采采用用大大的的变变形形量量，并并尽尽可可能能保保持持轧轧制制变变形形条条件件的的稳稳定定以以及及控控制制好好适适当当的的终终轧轧压压下下量量。(Ar3 等的意义见等的意义见293页页)5.5-104)轧轧后后冷冷却却制制度度应应根根据据轧轧材材的的特特性性和和技技术术要要求求来来确确定定，不不仅仅要要控控制制冷冷却却速速度度，而而且且要要力力求求均均匀匀地地冷冷却却，否否则则容容易易引引起起轧轧材材的的扭扭曲曲变变形形、组组织织性性能能的的不不均均匀匀性性，增增大大内内应应力力，甚甚至至形形成成裂裂纹纹等等缺缺陷陷。例例如如轧轧制制亚亚共共折折钢钢时时，为为获获得得均均匀匀细细小小的的组组织织和和良良好好的的力力学学性性能能，轧轧后后应应进进行行喷喷水水急急冷冷。而而轧轧制制高高碳碳工工具具钢钢时时，为为避避免免轧轧后后形形成成网网状状碳碳化化物物，轧轧后后需需快快速速冷冷到到相相变变温温度度以以下下，随随后后应应进进行行缓缓冷冷，以以减减小小内内应应力力，避避免免发发生生冷冷裂裂。对对于于塑塑性性和和导导热热性性差差的的轧轧材材，如如高高速速钢钢、高高碳碳高高铬铬钢钢等等，轧轧后后即即使使在在空空气气中中冷冷却却或或堆堆放放也也会会产产生生裂裂纹纹，故故必必须须采采用用极极缓缓慢慢的的冷冷却却速速度度，例例如如在在缓缓冷冷坑坑或或保保温温炉炉中中冷冷却却，以以减减小小内内应应力力，防防止止裂裂纹纹的的产产生生，同同时时可可降降低低硬硬度度，提提高高塑塑性性，有有利利于对表面缺陷的清理。于对表面缺陷的清理。5.5-112、轧制控制、轧制控制控控制制轧轧制制是是指指在在热热轧轧过过程程中中通通过过对对金金属属的的加加热热制制度度、变变形形制制度度和和温温度度制制度度的的合合理理控控制制，使使塑塑性性变变形形与与固固态态相相变变相相结结合合，以以获获得得细细小小晶晶粒粒组组织织，使使钢钢材材具具有有优优异异的的综综合合力力学学性性能能的的一一种轧制方法。种轧制方法。按按钢钢材材轧轧制制时时所所处处的的温温度度和和组组成成相相条条件件的的不不同同，目目前前一一般般将将控控制制轧轧制制分分为为奥奥氏氏体体再再结结晶晶区区控控制制轧轧制制(又又称称为为型型控控制制轧轧制制)、奥奥氏氏体体未未再再结结晶晶区区控控制制轧轧制制(又又称称为为型型控控制制轧轧制制)和和奥奥氏体铁素体两相区控制轧制三种方式，如图所示。氏体铁素体两相区控制轧制三种方式，如图所示。5.5-11 控制轧制方式示意图(a)奥氏体再结晶区控轧；(b)奥氏体未再结晶区控轧；(c)奥氏体铁素体两相区控轧5.5-12奥奥氏氏体体再再结结晶晶区区控控制制轧轧制制通通常常是是在在950以以上上温温度度范范围围进进行行的的，其其目目的的是是通通过过对对加加热热时时粗粗化化的的初初始始奥奥氏氏体体晶晶粒粒反反复复进进行行轧轧制制再再结结晶晶使使之之得得到到细细化化，相相变变后后得得到到细细小小的的铁铁素素体体晶晶粒粒。而而且且相相变变前前的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越细细，相相变变后后的的铁铁素素体体晶晶粒粒的的也也就就越越细细。很很显显然然，仅仅靠靠通通过过奥奥氏氏体体多多次次变变形形和和再再结结晶晶使使奥奥氏氏体体晶粒得到细化，从而来细化铁素体晶粒是有限的。晶粒得到细化，从而来细化铁素体晶粒是有限的。奥奥氏氏体体未未再再结结晶晶区区控控制制轧轧制制的的温温度度区区间间一一般般为为950Ar3，由由于于轧轧制制是是在在奥奥氏氏体体的的再再结结晶晶温温度度以以下下进进行行的的，因因此此奥奥氏氏体体晶晶粒粒不不仅仅沿沿轧轧制制方方向向伸伸长长，使使晶晶界界面面积积增增加加，而而且且在在奥奥氏氏体体晶晶粒粒内内部部产产生生变变形形带带，随随后后相相变变时时铁铁素素体体可可同同时时在在奥奥氏氏体体晶晶界界上上和和变变形形带带上上形形核核，提提高高了了铁铁素素体体的的形形核核率率，从从而而进进一一步步促促进进了了铁铁素素体体晶晶粒粒的的细细化化，而而且且相相变变后后的的铁铁素素体体晶晶粒粒随随未未再再结晶区总压下率的增加而变细。结晶区总压下率的增加而变细。5.5-13在在Ar3以以下下的的奥奥氏氏体体铁铁素素体体两两相相区区控控制制轧轧制制时时，未未相相变变的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒进进一一步步伸伸长长，在在晶晶内内形形成成更更多多的的变变形形带带，已已相相变变的的铁铁素素体体晶晶粒粒在在受受到到压压下下时时也也发发生生变变形形，在在晶晶内内形形成成亚亚结结构构，在在轧轧后后的的冷冷却却过过程程中中，未未再再结结晶晶的的奥奥氏氏体体发发生生相相变变，形形成成细细小小的的等等轴轴铁铁素素体体晶晶粒粒，而而变变形形的的铁铁素素体体因因回回复复在在晶晶内内形形成成了了亚亚晶晶粒粒，亚亚晶晶的的出出现现可可使使钢钢材材的的强强度度升升高高，脆脆性性转转变变温温度度降降低。低。在在控控制制轧轧制制的的生生产产实实践践中中，常常常常把把上上述述三三种种轧轧制制方方式式联联系系在在一起而进行连续轧制，并称之为控制轧制三阶段。一起而进行连续轧制，并称之为控制轧制三阶段。5.5-14下图示出了控制轧制三阶段及其显微组织变化示意图。下图示出了控制轧制三阶段及其显微组织变化示意图。控制轧制三个阶段及每个阶段变形时显微组织的变化示意图 5.5-15控控制制轧轧制制工工艺艺是是在在保保证证产产品品成成形形的的基基础础上上根根据据产产品品的的性性能能要要求求而而制制定定的的。因因此此，为为确确保保控控制制轧轧制制产产品品的的质质量量，其其轧轧制制工工艺与一般热轧工艺相比有以下主要特点：艺与一般热轧工艺相比有以下主要特点：1)控制加热温度控制加热温度 控控制制轧轧制制钢钢的的加加热热温温度度比比常常规规热热轧轧钢钢的的加加热热温温度度(一一般般为为1250)低低，例例如如对对含含铌铌和和钛钛的的钢钢，加加热热温温度度以以1150为为宜宜，若若低低于于此此温温度度，奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小不不均均，加加工工后后易易产产生生混混晶晶。相相反反，会会使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒过过分分长长大大，加加工工后后晶晶粒粒难难以以细细化化。对对于于不不含含特特殊殊元元素素的的普普通通钢钢，其其加加热热温温度度可可降降至至1050以以下下，以获得细而均匀的奥氏体晶粒。以获得细而均匀的奥氏体晶粒。5.5-16 2)控制轧制温度控制轧制温度 在在控控制制轧轧制制中中所所采采用用的的轧轧制制温温度度随随控控制制轧轧制制的的阶阶段段而而异异。当当在在奥奥氏氏体体区区轧轧制制时时，终终轧轧温温度度越越高高，奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越粗粗大大，转转变变后后的的铁铁素素体体晶晶粒粒也也就就越越粗粗大大，并并易易出出现现魏魏氏氏组组织织，对对钢钢性性能能不不利利。因因此此要要求求最最后后几几道道次次的的轧轧制制温温度度要要低低，一一般般要要求求终终轧轧温温度度尽尽可可能能接接近近奥奥氏氏体体开开始始转转变变温温度度，这这样样可可起起到到相相似似于于正火的作用。正火的作用。对对轧轧制制含含铌铌钢钢，其其Ar3为为720左左右右，故故终终轧轧温温度度可可控控制制在在750。而而一一般般的的低低碳碳结结构构钢钢约约为为830或或更更低低些些。当当进进入入奥奥氏氏体体铁铁素素体体两两相相区区控控制制轧轧制制时时，也也应应根根据据对对钢钢材材性性能能的的不同要求确定其终轧温度。不同要求确定其终轧温度。5.5-17例例如如对对于于16Mn钢钢，为为获获得得一一定定的的强强度度、较较高高的的塑塑钢钢韧韧性性和和较较低低的的韧韧脆脆转转变变温温度度，其其两两相相区区的的终终轧轧温温度度不不宜宜太太低低，一一般般当当压压下下量量为为2030时时，终终轧轧温温度度应应控控制制在在740左左右右，这这是是由由于于在在该该轧轧制制条条件件下下形形变变的的铁铁素素体体发发生生了了再再结结晶晶，形形成成了了细细小小的的铁铁素素体体晶晶粒粒和和大大量量细细小小的的亚亚晶晶粒粒，且且晶晶内内位位错错密密度度较低。较低。若若终终轧轧温温度度过过高高，则则形形变变铁铁素素体体将将发发生生过过度度再再结结晶晶，晶晶粒粒长长大大，亚亚晶晶数数量量减减少少，必必然然会会引引起起强强度度显显著著降降低低。反反之之，过过低低的的终终轧轧温温度度会会使使形形变变铁铁素素体体处处于于回回复复或或变变形形状状态态，晶晶内内位位错错密度高，因而必然会使塑韧性降低，而强度升高。密度高，因而必然会使塑韧性降低，而强度升高。5.5-18 3)控制变形程度控制变形程度 为为保保证证轧轧材材的的强强度度和和韧韧性性，在在各各轧轧制制区区要要求求有有一一定定大大小小的的变变形形程度。程度。在在奥奥氏氏体体再再结结晶晶区区轧轧制制时时，道道次次变变形形量量应应大大于于临临界界变变形形量量，且且要要连连续续轧轧制制，使使全全部部晶晶粒粒进进行行再再结结晶晶，这这样样就就能能使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒逐逐道道细细化化，最最后后得得到到非非常常细细小小的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒，相相变变后后便便可可得得到到细细小小的的铁铁素素体体晶晶粒粒。否否则则将将会会产产生生混混晶晶。在在奥奥氏氏体体未未再再结结晶晶区区多多道道次次轧轧制制时时，变变形形量量对对细细化化晶晶粒粒能能起起到到叠叠加加效效应应。因因此此可可以以不不必必过过分分强强调调道道次次变变形形量量，而而只只要要有有足足够够的的总总变变形形量量。例例如如轧轧制制含含铌铌钢钢时时，在在950750的的未未再再结结晶晶区区的的总总变变形形量量一一般般要要求求大大于于等等于于，最最好好接接近近70，否否则则易易产产生生贝贝氏氏体体和和粗粗大大铁铁素素体体混混合合组组织织。在在奥奥氏氏体体铁铁素素体体两两相相区区轧轧制制时时，随随变变形形量量的的增增大大，会会使使铁铁素素体体晶晶粒粒变变细细、位位错错密密度度增增大大、亚亚晶晶发发达达，从从而而使使轧轧材材的的强强度度升升高高，低低温温韧韧性性得得到到改改善善。具具体体变变形形量量大大小小应应视视对对产产品品性能要求和生产条件而定。性能要求和生产条件而定。5.5-19 4)控制轧后冷却速度控制轧后冷却速度轧轧后后可可以以来来用用空空冷冷、吹吹风风、喷喷水水等等冷冷却却方方式式来来控控制制轧轧材材具具有有不同的冷却速度，因而可以得到不同的组织和性能。不同的冷却速度，因而可以得到不同的组织和性能。例例如如对对于于低低碳碳铬铬钼钼钢钢在在奥奥氏氏体体区区控控轧轧后后的的连连续续冷冷却却过过程程中中先先析析出出一一定定量量的的铁铁素素体体(约约8090)，使使碳碳在在奥奥氏氏体体中中富富集集，因因而而使使未未转转变变的的奥奥氏氏体体变变得得很很稳稳定定，此此时时进进行行卷卷板板，最最后后再再采采用用快快速速冷冷却却，使使奥奥氏氏体体发发生生马马氏氏体体相相变变，这这样样通通过过控控制制轧轧制制和和控控制制冷冷却却工工艺艺可可以以直直接接生生产产出出铁铁素素体体马马氏氏体体双双相相钢钢，由由于于它它具具有有连连续续屈屈服服的的特特点点、低低的的屈屈强强比比(一一般般为为0.5左左右右)、较较大大的的加加工工硬硬化化指指数数(一一般般为为0.2)和和良良好好的的塑塑性性，因因而而比比一一般般的的高高强强度度低低合合金金钢钢具具有有更更好好的的冷冷成成形形性性。目目前前控控制制轧轧制制后后的的控控制制冷冷却却已已在在钢钢板板生生产产、型型钢钢生生产产和和钢钢管管生生产产中中得得到到越越来越广泛的应用。来越广泛的应用。5.5-20控控制制轧轧制制的的主主要要优优点点是是可可使使钢钢材材的的强强度度和和低低温温韧韧性性有有较较大大幅幅度度的的改改善善。例例如如厚厚度度为为12mm的的09MnNb钢钢板板，当当用用一一般般热热轧轧方方法法生生产产时时，其其s=3900MPa，-40时时的的ak 63J/m2；而而采采用用控控制制轧轧制制方方法法生生产产时时，-40的的ak可可达达120J/m2，这这主主要要与与铁铁素素体体晶晶粒粒明明显显细细化化有有关关，其其晶晶粒粒可可达达12级级，而而常常规热轧后铁素体晶粒仅为规热轧后铁素体晶粒仅为78级。级。此此外外，控控制制轧轧制制可可充充分分发发挥挥微微量量元元素素的的作作用用，从从而而可可获获得得更更优优良良的的综综合合力力学学性性能能。例例如如在在普普通通低低碳碳钢钢中中加加入入微微量量铌铌、钒钒、钛钛等等元元素素后后，当当采采用用控控制制轧轧制制工工艺艺时时，可可以以同同时时发发挥挥细细化化奥奥氏氏体体和和铁铁素素体体晶晶粒粒以以及及碳碳氮氮化化合合物物的的沉沉淀淀强强化化作作用用，从从而而可可综合提高轧材的强韧性。综合提高轧材的强韧性。5.5-21最最后后，控控制制轧轧制制可可节节省省能能源源和和简简化化生生产产工工艺艺，这这是是由由于于降降低低了了坯坯料料的的加加热热温温度度，同同时时在在一一定定条条件件下下可可以以取取代代一一般般热热轧轧后后的的正正火火处处理理或或淬淬火火回回火火处处理理。正正由由于于此此，用用控控制制轧轧制制方方法法生生产产出出来来的的低低合合金金高高强强度度、高高韧韧性性并并具具有有良良好好焊焊接接性性能能的的钢钢已已在在建建筑筑、桥桥梁梁、船船舶舶、汽汽车车、机机车车、农农机机、重重型型矿矿山山机机械械、管管道道以以及及海海上上采采油油平平台台等等方方面面都都获获得得了了广广泛泛的的应应用用。在在其其它它合合金金钢钢和和合合金金的生产中，控制轧制也越来越多地得到了应用。的生产中，控制轧制也越来越多地得到了应用。但但在在采采用用控控制制轧轧制制工工艺艺时时需需考考虑虑轧轧机机的的