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1、新一代TMCP技术的原理 新一代TMCP出现的背景 v社会的高速发展和人口急剧膨胀，使人类面临越来越 严重的资源、能源短缺问题，承受着越来越大的环境压力。 人类必须解决这些问题，才能与自然和谐发展，保持人类社 会的长治久安和子孙后代的幸福安康。 v针对这样的问题，在制造业领域，人们提出了4R原则 ，即减量化、再循环、再利用、再制造。 新一代TMCP出现的背景 v具体到TMCP技术本身，我们必须坚持减量化的原则， 即采用节约型的成分设计和减量化的生产方法，获得高附加 值、可循环的钢铁产品。这种TMCP技术就是以超快冷技术 为核心的新一代TMCP技术。 现代连续轧制过程 高速连续大变形和应变积累
2、终轧速度100m/s 现代连续轧制过程 高速连续大变形和应变积累 目前，实现新一代TMCP技术的条件已经具备。首先，热 轧带钢过程采用高速连续大变形的轧制过程，即使在较高的温 度下，也可以通过连续大变形和应变积累，得到硬化的充满缺 陷的奥氏体。换言之，在现代的热连轧机，即使不用“低温大 压下”，也可以实现奥氏体的硬化。 现代连续轧制过程 高速连续大变形和应变积累 对于棒线材轧机，横列式布置已经逐步被淘汰，高速连轧 机已经取而代之。由于连轧中的连续大变形和应变积累，硬化 的获得不仅不需要低温大压下，甚至也不一定必须合金和微合 金元素添加。 u加工强化 累积应变及未 再结晶强化 细化晶粒软化 Fm
3、/Fc 123456 精轧机组 机架序号 控制冷却组织变化 （细晶与相变强化） 初始 奥氏体 硬化奥氏体 力学性能可以通过 控制成分、轧制压下量 和奥氏体晶粒尺寸改变 冷却模式可以 通过水流量控 制和钢板厚度 改变 水冷空冷 铁素体回火贝氏体 通过控制组织 控制性能 优化品种 板坯加热 控制轧制 回火马氏体 （包括沉淀硬化） 温度 时间 冷却速度与贝氏体相变强化 K223 0.01C1.5Mn0.04Nb 0.09V Sv有效奥氏体晶界面积（ 代表变形量的大小） 通过加速冷却，抑制铁素体 相变，促进贝氏体相变，实 现相变强化。 硬化奥氏体的“冻结” 在这种情况下，我们考虑的第一个问题是轧件的温
4、度 。由于采用常规轧制，终轧温度较高，如果不加控制，材料会 由于再结晶而迅速软化，失去硬化状态。因此，在终轧温度和 相变开始温度之间的冷却过程中，应努力设法避免硬化奥氏体 的软化，即设法将奥氏体的硬化状态保持到动态相变点。近年 出现的超快速冷却技术，可以对钢材实现每秒几百度的超快速 冷却，因此可以使材料在极短的时间内，迅速通过奥氏体相区 ，将硬化奥氏体“冻结”到动态相变点。这就为保持奥氏体的硬 化状态和进一步进行相变控制提供了重要基础条件。 新一代TMCP的变形和冷却特征 低温大压下 常温热轧 快速冷却 动态相变点 冷却路 径控制 温度 时间 新一代热带轧机的控制冷却系统 10 11 12 5
5、2 m F1 F2 F3 F4 F5 F6 卷取机 DC1 DC2 CT FDT FET 94 m 精轧六机架 1 6 2 3 4 5 7 8 9 5.6m MT 18 m 510 m 超快速冷却装置的配置 Ti=f (v,h,p,T) V带钢速度 h带钢厚度 p冷却水压力 T带钢温度 i 控制冷却过程自动化系统控制功能关联 冷却速度 国外，比利时的CRM率先开发了超快速冷却（UFC） 系统，可对4mm的热轧带钢实现400/s的超快速冷却。日本 的JFE-福山厂开发的Super OLACH系统，可以对3mm的热轧 带钢实现700/s的超快速冷却。 国内，东北大学RAL开发的高冷速系统也可以达到
6、相似 的冷却效果。RAL开发的棒材超快速冷却系统对20mm直径的 棒材，可以实现1000/s的超高速冷却 精细控制的、均匀化的超快速冷却 轧后钢材超快速冷却，迅速穿过奥氏体区，达到快 速冷却条件下的动态相变点。立即停止冷却。所以，这种超快 速冷却不同于淬火，准确的超快冷却停止温度是十分重要的。 采用高冷却速率时，会由于钢板冷却不均会造成钢板的翘曲， 这些问题需要解决。 精细控制的、均匀化的超快速冷却 超快速冷却技术应当具有下面3个特点： （1）具有超快速冷却能力，即其冷却速度可以达到水冷 的极限速度 （2）板面内温度分布均匀 （3）可以实现高精度的冷却终止温度控制。 超快冷却后的相变控制 超快
7、速后的后续相变过程的控制。这方面，现代的控 制冷却技术已经可以提供良好的控制手段，实现冷却路径的精 确控制。对新一代TMCP而言，相变强化仍然是可以利用的重 要强化手段。同样，也可以根据需要，适量加入微合金元素， 实现析出强化。因此，新一代的TMCP将充分调动各种强化手 段，提高材料的强度，改善综合性能。 高速连轧的温度制度“趁热打铁” 新一代的TMCP采用适宜的正常轧制温度进行连续大 变形，在轧制温度制度上不再坚持“低温大压下”的原则。与“ 低温大压下”过程相比，轧制负荷可大幅度降低，设备条件的 限制可放松。轧机建设不必追求高强化，大幅度降低建设投资 。 高速连轧的温度制度“趁热打铁” 适宜
8、的轧制温度，大大提高轧制的可操作性，避免 轧制工艺事故，例如卡钢、堆钢等，同时也延长了轧辊、导 卫等轧制工具的寿命。提高产量、降低成本 对于一些原来需要在粗轧和精轧之间实施待温的材 料，可以直接轧制 “趁热打铁”及其优点 由于新一代的TMCP避免了“低温大压下”，使得传统 的“趁热打铁”的思想得以贯彻实行，这对于减轻生产设备负荷 、确保轧制过程稳定、改善加工过程的可操作性、提高材料的 可加工性、降低轧制能耗等具有十分重要的意义。由于可以少 加或者不加微合金元素和合金元素，所以可以节省大量的资源 和能源，实现减量化的轧制，降低钢材生产成本，这对于钢铁 工业的可持续发展和协调发展具有重要的作用。
9、低成本、减量化的成分设计 采用常规的TMCP工艺时，为了提高钢的强度，除了 适当提高碳和锰的含量外，要增加一定量的微合金元素和合金 元素，这必然要提高钢的碳当量。但是，由于新一代的TMCP 技术充分利用高速连续轧制实现奥氏体的硬化，所以可以大大 降低对微合金和合金元素的依赖，在材料设计上实现低成本、 减量化。这对于节省资源和能源，以及钢铁材料的再循环利用 ，实现社会的可持续发展，具有重要意义。 超快速冷却后的冷却路径控制 实施超快速冷却后的钢材还要依据所需要的组织 和性能要求，进行冷却路径控制，从而得到多样化的相变组织 和多样化的材料性能。这对于利用简单的成分设计获得不同性 能的材料，实现柔性
10、化的轧制生产，提高炼钢和连铸的生产效 率，具有重要的意义。 产品组织、性能特点 1、由于新一代的TMCP技术仍然坚持传统TMCP的 两条原则，即奥氏体硬化的控制和硬化奥氏体相变过程的控制 ，所以NG-TMCP可以实现材料晶粒细化，发挥细晶强化的作 用，材料的强度、塑性、韧性、卷边成形性等性能可以大为改 善。（如兼有强度、延伸、韧性、扩孔性能、低屈强比） 产品组织、性能特点（1） 2、如果存在碳氮化物析出的问题，由于采用超快 速冷却，迅速通过奥氏体区，碳氮化物多处大量形核，同 时限制析出物的长大，所以碳氮化物析出细小、均匀，这 有利于提高材料的强度水平，开发高强钢。 产品组织、性能特点 3、由于采用特殊设计的冷却装置，可以避开过渡沸 腾区，实现全板面的均匀、快速核沸腾冷却，故冷却过程中材 料温度均匀，因而最终组织、性能均匀，大大减少材料中的残 余应力。 产品组织、性能特点 4、由于材料设计尽量不使用或者少使用微合金元素 和合金元素，材料的碳当量低，裂纹敏感性也低。所以，材料 具有良好的焊接性能，传统材料设计带来的焊接问题可以得到 满意的解决。对某些需要预热的钢材而言，焊接过程中可能不 需要预热或者降低预热温度，这有利于节约预热用的能源。
