内蒙古科技大学本科生 题 目：热轧
综合实验报告 Q235钢40%压下率水冷和空冷后的组织和硬度的分析报告 学 院：国际学院 专 业：材料成型及控制工程
姓 名：丁鹏飞
学 号：1276806619
指导老师：郭瑞华
题目：热轧Q235中不同冷却方式对材料组织的影响
一、实验目的：
1．通过实验室二辊可逆轧机对Q235钢进行轧制实验，分析其在相同加热温度、轧制温度、压下量的条件下，冷却方式对材料组织的影响。
2. 通过在实验室对Q235钢进行加热来熟悉加热炉的使用。
3. 通过实验对Q235钢进行打磨，抛光，腐蚀，了解试样的加工过程。
4. 通过观察金相组织，熟悉仪器的使用，分析不同加工条件下的金相组织。
二、实验材料：
本实验材料所用试样为普通碳素结构钢Q235，以下是其主要成分。
Q235分A 、B 、C 、D 四级(GB/T 700-2006)
Q235A级含 C ≤0.22% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045
Q235B级含 C ≤0.20% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.045 P ≤0.045
Q235C级含 C ≤0.17% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.040 P ≤0.040
Q235D级含 C ≤0.17% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.035 P ≤0.035[1]
三、实验方案：
把试样放入加热炉中加热，，当炉温达到1050℃时，保温20分钟，在取出试样前调整好二辊可逆式实验轧机。保温完成后取出试样在轧机中进行轧制，压下量为40％，轧制完成后空冷至室温，图一是轧件空冷温度和时间的变化曲线。
图一 轧件空冷温度和时间的变化曲线
之后将试样切割，打磨，抛光，腐蚀。然后把经过一系列处理之后的试样放在金相显微镜下观察，如果有清晰的组织就可以进行拍照标注[2]。
四、实验设备及器材：
1、金相切割机：
QG-2金相试样切割机（以下简称切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割
时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织，图表二是金相切割机的技术指标。
图表二 金相切割机的技术指标
ZEZSS 专业金相显微镜，可以进行100-1000倍明场、暗场、偏相等金相组织观察。同时装备了PyogResC73高端摄像头，可以实时获得数字图像，并装Micro-image Analysis and Process金相图像分析系统，可以进行计算机图像处理，定量金相图像处理，定量金相测定等工作。
五、实验步骤:
1、样品切割:
将试样切割成长约40mm ，宽约30mm 的试件。
2、加热:
（1）将加热炉手动控制，预设炉内温度为1050℃。
（2）将加热炉设置成自动控制进行加热。
（3）安排两人随时观察加热炉，保证电流不超过25A ，若有异常则立即关闭加热炉，改为手动控制，电流正常以后再改为自动控制。
（4）当炉温达到预设温度并保温完成后，取出试样在轧机上进行轧制。
（5）轧制完成后，轧件空冷。
3、轧制:
图表五 轧制参数表
（4）当一张砂纸打磨的只有一个方向上的划痕时，换较细的砂纸打磨，此时方向必须旋转90°，当将前面的划痕完全盖住时，即可换另一张较细的砂纸打磨，以下操作依次进行。
（5）用最后一张砂纸打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整无划痕方可。
（6）用抛光机进行抛光，在抛光时，一边抛光，一边向抛光机上加水和抛光液，加水防止试样表面温度过高而氧化，抛光液中有小颗粒，有助于试样抛光。
（7）试样抛光以后表面光滑如镜且无划痕即可。
5、腐蚀与拍照:
（1) 将抛光后的试样用酒精溶液清洗干净，然后用吹风机吹干；
(2)把4％的硝酸酒精溶液滴在试样表面，晃动使溶液均匀，便于腐蚀；
(3)5--10分钟后用酒精溶液清洗试样，迅速用吹风机吹干；
(4)将试样置于光学显微镜镜头上方，调整焦距，便可以在电脑上清晰地观察到试样的显微组织；
(5)调整显微镜，使镜头上下左右移动，观察显微组织，选出
(6)效果好的部分显微组织进行拍照；
选出不同的放大倍数进行拍照，分别为200、500、1000倍；
(7)拍完以后进行标注。
六、实验结果分析：
1. 观察和分析相同压下，不同冷却方式的金相组织 采用相同的压下，通过不同的冷却方式（空冷和水冷两种方式）来观察所获得的组织，分析组织不同的原因。图1为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数200倍，图2为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数500倍，图3为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金
相组织对比，放大倍数1000倍。
图（c ）空冷组织放大500倍 图(d)水冷组织放大500倍
图（e ）空冷组织放大1000倍 图（f ）水冷组织放大1000倍
由(a)(c)(e)图可以观察到黑色的珠光体和白色的铁素体。对
于Q235钢来说，空冷属于正火，空冷后的组织就为珠光体和少量的铁素体。由于冷却的速度较快，所以组织中铁素体较少，珠光体组织较细。
由图(b)(d)(f)可以观察到马氏体组织。对于Q235钢来说，水冷属于淬火。对淬火工艺而言，在钢加热到1050℃后，组织完全奥氏体化。其后冷却速度大于临界淬火速度，得到马氏体和残留奥氏体组织[3]。
2. 分析造成金相组织不同的原因
轧后冷却速度对轧后组织的影响：
图表六 普通碳素结构钢冷却曲线
由冷却曲线可知，不同的冷却速度对轧后组织有很大的影响。 1号样为水冷，2号样为空冷。由于水冷冷却速度大于空冷冷却速度。根据冷却曲线图可看出水冷冷却曲线不经过珠光体转变区和贝氏体转变区，直接降低到Ms 点以下发生马氏体转变，得到淬火马氏体组织。2号样为空冷，空冷冷却曲线经过珠光体转变区，发生珠光体转变得到珠光体组织。
3. 分析不同冷却速度对硬度的影响
相同压下，不同冷却速度的硬度如图表七所示。
图表七 相同压下不同冷速的硬度
由图表七数据可知，相同压下量，水冷后得到的组织硬度比空冷的硬度高，冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快 ，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高。主要是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细，比如珠光体型组织的层片间距就随形成温度的降低而变小，如果冷却速度足够大就可以发生马氏体转变而得到马氏体，它的硬度会更高[4]。
七、实验误差分析
（1）实验时轧制温度不够精确；
（2）金相组织有黑点，腐蚀工作没有做好；
（3）组织及晶界不太清楚，磨得不到位；
（4）压下不够用精确导致误差；
（5）从加热炉中取出时，可能有温降；
八、总结
三周的综合实验即将结束，从坯料加热到最后的观察组织，整个过程都使我受益匪浅，首先是制定实验的方案，通过查找书籍和搜索相关资料，整合优化，去伪存真，终于找到了适合的方
案，然后又切身体会了制作样品的过程，亲自加热冷却，结合书本的知识懂得了更多，了解的更深入，理论结合实际不断丰富了我的实践经验。在这三周里不仅巩固了知识，也提高了动手能力，并且让我懂得了做事情要有足够的耐心和细心。
通过这三周的实验，我了解到了轧制的一般过程，学会了如何制备金相试样，以及如何观察金相组织。我自己也动手制备了金相试样，亲自操作金相显微镜观察金相组织并取得照片在实验的过程中，从磨样到观察组织，我反复做了好几次，特别是磨样时，总是出现划痕，而且腐蚀时总是掌握不好分寸。不过，最终还是成功的做出了试样。得到了正确的组织。实验的过程中，通过实际动手，我学会了使用加热炉、砂轮机、轧机、切割机、显微镜等设备。
这次综合实验是我们将课本所学知识运用到实际中的大好机会，也确实获得了非常宝贵的实践经验，增强了自身的动手能力。
最后，感谢郭瑞华老师在这三周里的指导和帮助，也感谢小组内其他成员的帮助。
九、参考文献：
[1].杨淞波, 王国文.Q235钢的特点分析与生产控制[J].河南 冶金2006,14:110~111
[2].崔忠圻, 谭耀春. 金属学与热处理[M].哈尔滨工业大学, 机械工业出版社,20010.10;
[3].刘宗昌等. 材料组织结构转变原理[M].北京:冶金工业出 版社,2006. 9
[4].颜飞 ,余驰斌 ,胡敏，等.Q235钢冷却过程中相变的研究
[J]. 湖北：武汉科技大学材料与冶金学院，2005,2:5~8；
内蒙古科技大学本科生 题 目：热轧
综合实验报告 Q235钢40%压下率水冷和空冷后的组织和硬度的分析报告 学 院：国际学院 专 业：材料成型及控制工程
姓 名：丁鹏飞
学 号：1276806619
指导老师：郭瑞华
题目：热轧Q235中不同冷却方式对材料组织的影响
一、实验目的：
1．通过实验室二辊可逆轧机对Q235钢进行轧制实验，分析其在相同加热温度、轧制温度、压下量的条件下，冷却方式对材料组织的影响。
2. 通过在实验室对Q235钢进行加热来熟悉加热炉的使用。
3. 通过实验对Q235钢进行打磨，抛光，腐蚀，了解试样的加工过程。
4. 通过观察金相组织，熟悉仪器的使用，分析不同加工条件下的金相组织。
二、实验材料：
本实验材料所用试样为普通碳素结构钢Q235，以下是其主要成分。
Q235分A 、B 、C 、D 四级(GB/T 700-2006)
Q235A级含 C ≤0.22% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045
Q235B级含 C ≤0.20% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.045 P ≤0.045
Q235C级含 C ≤0.17% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.040 P ≤0.040
Q235D级含 C ≤0.17% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.035 P ≤0.035[1]
三、实验方案：
把试样放入加热炉中加热，，当炉温达到1050℃时，保温20分钟，在取出试样前调整好二辊可逆式实验轧机。保温完成后取出试样在轧机中进行轧制，压下量为40％，轧制完成后空冷至室温，图一是轧件空冷温度和时间的变化曲线。
图一 轧件空冷温度和时间的变化曲线
之后将试样切割，打磨，抛光，腐蚀。然后把经过一系列处理之后的试样放在金相显微镜下观察，如果有清晰的组织就可以进行拍照标注[2]。
四、实验设备及器材：
1、金相切割机：
QG-2金相试样切割机（以下简称切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割
时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织，图表二是金相切割机的技术指标。
图表二 金相切割机的技术指标
ZEZSS 专业金相显微镜，可以进行100-1000倍明场、暗场、偏相等金相组织观察。同时装备了PyogResC73高端摄像头，可以实时获得数字图像，并装Micro-image Analysis and Process金相图像分析系统，可以进行计算机图像处理，定量金相图像处理，定量金相测定等工作。
五、实验步骤:
1、样品切割:
将试样切割成长约40mm ，宽约30mm 的试件。
2、加热:
（1）将加热炉手动控制，预设炉内温度为1050℃。
（2）将加热炉设置成自动控制进行加热。
（3）安排两人随时观察加热炉，保证电流不超过25A ，若有异常则立即关闭加热炉，改为手动控制，电流正常以后再改为自动控制。
（4）当炉温达到预设温度并保温完成后，取出试样在轧机上进行轧制。
（5）轧制完成后，轧件空冷。
3、轧制:
图表五 轧制参数表
（4）当一张砂纸打磨的只有一个方向上的划痕时，换较细的砂纸打磨，此时方向必须旋转90°，当将前面的划痕完全盖住时，即可换另一张较细的砂纸打磨，以下操作依次进行。
（5）用最后一张砂纸打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整无划痕方可。
（6）用抛光机进行抛光，在抛光时，一边抛光，一边向抛光机上加水和抛光液，加水防止试样表面温度过高而氧化，抛光液中有小颗粒，有助于试样抛光。
（7）试样抛光以后表面光滑如镜且无划痕即可。
5、腐蚀与拍照:
（1) 将抛光后的试样用酒精溶液清洗干净，然后用吹风机吹干；
(2)把4％的硝酸酒精溶液滴在试样表面，晃动使溶液均匀，便于腐蚀；
(3)5--10分钟后用酒精溶液清洗试样，迅速用吹风机吹干；
(4)将试样置于光学显微镜镜头上方，调整焦距，便可以在电脑上清晰地观察到试样的显微组织；
(5)调整显微镜，使镜头上下左右移动，观察显微组织，选出
(6)效果好的部分显微组织进行拍照；
选出不同的放大倍数进行拍照，分别为200、500、1000倍；
(7)拍完以后进行标注。
六、实验结果分析：
1. 观察和分析相同压下，不同冷却方式的金相组织 采用相同的压下，通过不同的冷却方式（空冷和水冷两种方式）来观察所获得的组织，分析组织不同的原因。图1为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数200倍，图2为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数500倍，图3为Q235钢1050℃加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金
相组织对比，放大倍数1000倍。
图（c ）空冷组织放大500倍 图(d)水冷组织放大500倍
图（e ）空冷组织放大1000倍 图（f ）水冷组织放大1000倍
由(a)(c)(e)图可以观察到黑色的珠光体和白色的铁素体。对
于Q235钢来说，空冷属于正火，空冷后的组织就为珠光体和少量的铁素体。由于冷却的速度较快，所以组织中铁素体较少，珠光体组织较细。
由图(b)(d)(f)可以观察到马氏体组织。对于Q235钢来说，水冷属于淬火。对淬火工艺而言，在钢加热到1050℃后，组织完全奥氏体化。其后冷却速度大于临界淬火速度，得到马氏体和残留奥氏体组织[3]。
2. 分析造成金相组织不同的原因
轧后冷却速度对轧后组织的影响：
图表六 普通碳素结构钢冷却曲线
由冷却曲线可知，不同的冷却速度对轧后组织有很大的影响。 1号样为水冷，2号样为空冷。由于水冷冷却速度大于空冷冷却速度。根据冷却曲线图可看出水冷冷却曲线不经过珠光体转变区和贝氏体转变区，直接降低到Ms 点以下发生马氏体转变，得到淬火马氏体组织。2号样为空冷，空冷冷却曲线经过珠光体转变区，发生珠光体转变得到珠光体组织。
3. 分析不同冷却速度对硬度的影响
相同压下，不同冷却速度的硬度如图表七所示。
图表七 相同压下不同冷速的硬度
由图表七数据可知，相同压下量，水冷后得到的组织硬度比空冷的硬度高，冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快 ，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高。主要是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细，比如珠光体型组织的层片间距就随形成温度的降低而变小，如果冷却速度足够大就可以发生马氏体转变而得到马氏体，它的硬度会更高[4]。
七、实验误差分析
（1）实验时轧制温度不够精确；
（2）金相组织有黑点，腐蚀工作没有做好；
（3）组织及晶界不太清楚，磨得不到位；
（4）压下不够用精确导致误差；
（5）从加热炉中取出时，可能有温降；
八、总结
三周的综合实验即将结束，从坯料加热到最后的观察组织，整个过程都使我受益匪浅，首先是制定实验的方案，通过查找书籍和搜索相关资料，整合优化，去伪存真，终于找到了适合的方
案，然后又切身体会了制作样品的过程，亲自加热冷却，结合书本的知识懂得了更多，了解的更深入，理论结合实际不断丰富了我的实践经验。在这三周里不仅巩固了知识，也提高了动手能力，并且让我懂得了做事情要有足够的耐心和细心。
通过这三周的实验，我了解到了轧制的一般过程，学会了如何制备金相试样，以及如何观察金相组织。我自己也动手制备了金相试样，亲自操作金相显微镜观察金相组织并取得照片在实验的过程中，从磨样到观察组织，我反复做了好几次，特别是磨样时，总是出现划痕，而且腐蚀时总是掌握不好分寸。不过，最终还是成功的做出了试样。得到了正确的组织。实验的过程中，通过实际动手，我学会了使用加热炉、砂轮机、轧机、切割机、显微镜等设备。
这次综合实验是我们将课本所学知识运用到实际中的大好机会，也确实获得了非常宝贵的实践经验，增强了自身的动手能力。
最后，感谢郭瑞华老师在这三周里的指导和帮助，也感谢小组内其他成员的帮助。
九、参考文献：
[1].杨淞波, 王国文.Q235钢的特点分析与生产控制[J].河南 冶金2006,14:110~111
[2].崔忠圻, 谭耀春. 金属学与热处理[M].哈尔滨工业大学, 机械工业出版社,20010.10;
[3].刘宗昌等. 材料组织结构转变原理[M].北京:冶金工业出 版社,2006. 9
[4].颜飞 ,余驰斌 ,胡敏，等.Q235钢冷却过程中相变的研究
[J]. 湖北：武汉科技大学材料与冶金学院，2005,2:5~8；