形变终止温度对钢组织的影响及控制方法

热加工过程中，变形终止温度对钢的组织有重要的影响，变形终止温度越高，晶粒聚集长大的趋势越强，获得的奥氏体晶粒越粗大。因此，成品过程中的变形终止温度应尽可能降低，但一般不低于Ar3，即通过控轧、控冷等措施，可以细化晶粒，提高产品质量。

低碳钢的变形终止温度应接近800℃，最低不应低于750℃。

对于高碳钢，为防止网状渗碳体的形成，成形过程中变形终止温度应控制在850℃左右，如果变形终止温度与轧后快速冷却配合得好，可以完全抑制先共析渗碳体的析出，而不出现网状渗碳体，即使形成，也很薄，容易消除，不需要增加任何附加工序。

过共析碳钢和合金钢在轧制后，过剩的渗碳体会形成沿晶界分布的渗碳体（碳化物）网状结构。存在渗碳体网状结构的钢，冷变形能力降低，产生淬火裂纹的倾向增大。为了消除渗碳体网状结构，钢必须经过复杂的热处理，而热处理并不是随时都能达到目的的。因此，必须创造钢在轧制后不形成渗碳体网状结构的条件。通过在低温下终轧和轧后对钢进行较快速的冷却，可以达到目的。

例如：GCr15在精轧机组前设有水冷装置，用于在最终轧制前降低温度，轧后若需快速冷却，可吹压缩空气，然后进入缓冷坑。

轧后缓冷会产生粗大的铁素体晶粒，同时屈服点降低，脆性转变温度升高。冷却速度与钢材的截面尺寸有关，大截面钢材很难实现快速冷却，因此，对于同一牌号的钢材，大截面钢材的力学性能较低。国外圆钢通常采用轧后空冷，这与国外钢材中气体含量低有直接关系，在线水冷的效果会更好，水冷圆钢的规格都在Ф75mm以下。采用水冷技术往往造成水冷线过长，投资增加，但快速冷却有利于减少二次带状组织。但当奥氏体晶粒粗大，特别是钢中锰含量较高时，快速冷却可能形成魏氏铁素体。因此，轧后快速冷却应与较低的变形终止温度相协调。 当变形终止温度较低、奥氏体晶粒较小时，即使快速冷却也不会形成魏氏铁素体。

合金结构钢在中型轧机上轧制后，直径小于60mm的钢采用在空气中堆冷，直径大于60mm的钢采用不加热的缓冷坑冷却，钢在坑中冷却至100～150℃的时间应不少于30小时。

滚针轴承钢有产生白点的倾向，因此滚针轴承钢轧后应缓慢冷却，或按规定制度进行热处理。装坯时温度不得低于700℃，坯料应在温度不高于100-200℃的坑内放置，平均放置72h。即使终轧温度较低时，钢材也会缓慢冷却，使钢中产生渗碳体网。缓冷时温度低于650℃时，不会形成渗碳体网。因此，为避免得到渗碳体网，应将每根棒材轧后分别冷却至650℃以下，并尽可能快地冷却。保证得到无渗碳体网的滚针轴承钢的冷却速度取决于终轧变形温度。当终轧温度为900-950℃时，冷却速度必须不低于45-50℃/min。随着终轧温度的降低，冷却速度可减小。

通过在精轧机上控制适当的最终精轧温度（Ac3附近的温度）并匹配适当的压缩率（40％左右），低、中碳钢以及合金钢、弹簧钢、轴承钢等中合金钢可以获得理想的金相组织和最佳的力学性能。为此，在棒材精轧机的最后两个机架前设置了水冷箱，为了使轧件快速冷却后内外温度均匀，在棒材精轧机前设置了均温段。

钢材轧制后，冷却方法有以下几种：

1. 在空中。

2.热导率低的材料。

3. 放入孵化器中。

4.在无加热设备的保温坑内。

5、预热保温坑和炉子。

6. 带有加热设备的保温坑和加热炉内。

7. 在水中。

以下为具有代表性的钢种的控制轧制和控制冷却方法：

1.轴承钢、弹簧钢

精轧要求在低温下完成，轧后要求保温、缓慢冷却。为防止网状碳化物的析出，轴承钢轧后采用先快冷后慢冷的冷却方式。轴承钢的终轧温度严格控制在800～850℃，以利于网状碳化物的破碎。当终轧温度大于900℃时，可采用喷水方式使钢材快速冷却至600～650℃（以防止网状碳化物的继续析出），然后再缓慢冷却。为此，在精轧机前设置冷却水槽，以控制进入精轧机的轧件温度。

2.调质钢（淬火+高温回火双重处理）

调质钢组织为回火屈氏体，调质钢具有较高的强度极限和屈服极限，并具有足够的塑性和韧性，因而具有较高的综合力学性能。调质钢主要用于强度较高、承受冲击或交变载荷的重要工件，如连杆、轴等。

按照连轧产品大纲定位：优质碳素结构钢：22.5万吨，合金结构钢：22.5万吨，占总产量的90%，如此大的产量对钢材温度控制有增加竞争力的优势。

3.优质碳素结构钢、合金结构钢

优质碳素结构钢和合金结构钢均属亚共析钢，亚共析钢淬火温度在AC3以上30-50℃。规格小于40mm的圆钢，在精轧机前设冷却水槽，使淬火后晶粒细化，获得马氏体组织，然后进行高温回火。回火是将淬火后的钢加热到A1以下，使其转变为稳定的回火组织。

较大圆钢在线控温生产厂家：意大利乌迪内ABS LUNA工厂，生产规格：∮20----∮100mm圆钢，钢材种类：碳钢、渗碳钢、调质钢、微合金钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢，∮20----∮90mm圆钢在线控温。

根据石钢目前的产品定位，随着钢材用户的变化，提供汽车用钢，向高端市场发展已成为必然，为用户提供理想的金相组织和最优的力学性能，具有竞争优势。在考虑冷却系统时，精轧机前后应安装水冷箱，主要针对40mm以下的圆钢，进行在线控温。

在精轧机组后设置水冷箱，国外认为，对于大规格圆钢，它只能去除氧化铁皮，改善表面质量，对细化晶粒作用不大，相反会使圆钢内部晶粒大小不均匀，在线控温无疑会延长轧制生产线，增加投资。

精轧机后的水冷箱长度应该多长，厂家提供的参考不多，只有意大利ABSLUNA厂的长度为55米。

从长远发展和质量要求考虑，应考虑在线控温，精轧机后应加装水冷器，至少可以清除氧化铁皮，提高表面质量。

各类钢材的加热、终轧及冷却制度如表1所示：

1. 控制轧制

1 控制滚动理论

热轧过程中，通过合理控制金属加热制度、变形制度和温度制度，使固态相变与热塑性变形相结合，获得细小的晶粒组织，使钢材具有优良的综合力学性能。对于低碳钢和低合金钢，控轧工艺主要是通过控制轧制工艺参数，细化变形奥氏体晶粒，通过奥氏体向铁素体+珠光体的相变，形成细小的铁素体晶粒和较细小的珠光体球晶，达到提高钢材强度、韧性和焊接性能的目的；对于高碳钢和过共析钢，采用控温轧制技术，细化变形奥氏体晶粒，在奥氏体相变点附近进行终轧。

2. 热机械轧制

目前热轧圆钢规格在∮40以下，以低碳钢、低合金钢为主，主要目的是细化铁素体晶粒。终轧温度在750℃-790℃，精轧前后需水冷。对于大规格圆钢，水冷后表面和心部温度不均匀，轧后表面易产生细小裂纹；轧后再结晶时心部和表面晶粒大小不一，造成棒材断面上组织不均匀。

3.正火轧制

∮40-∮80圆钢可采用正常轧制，后四道次总变形量为50-60%，进精轧机前应等温，终轧温度为800℃-850℃，轧后快速冷却。

4.控温轧制

终轧温度为850℃～900℃，轧后控制冷却，以提高表面质量。对于高碳钢，可获得较细小的珠光体球状组织；对于过共析钢，可减少网状碳化物的析出。

2.石钢采用轧制工艺

采用正火轧制工艺，可生产20#、45#、20CrMo、20CrMnTi、40Cr、40MnB等钢种的∮50-∮80圆钢，但进精轧机前需进行等温轧制，增加了工序距离，降低了产量。后4道次的变形量增大，为保证较高的产品精度和轧件断面变形均匀，最好增加定径机，增加了投资。∮80以上规格需进行控温轧制； 对于弹簧扁钢的生产，可采用热机轧制工艺，在铁素体和奥氏体双相区进行终轧，细化变形奥氏体晶粒，通过奥氏体向铁素体和珠光体的相变，形成细小的铁素体晶粒和较细小的珠光体球晶，从而达到提高钢材强韧性的目的，但终轧前后需水冷，增加了投资，延长了轧制区的工序距离；对于轴承钢，需采用控温轧制，以防止网状碳化物的析出，提高表面质量。

从投资、工序定位等角度考虑，石钢采用控温轧制技术，降低开轧温度、控制终轧温度、控制轧后冷却，以获得良好的表面质量和相对较优的内部组织。

不同钢种及规格的轧制工艺流程：

各类钢材的加热、终轧和冷却系统：

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