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1、新一代TMCP技术的原理,新一代TMCP出现的背景,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。 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,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,终轧速度100m/s
2、,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。,控制冷却组织变化 （细晶与相变强化）,冷却速度与贝氏体相变强化,K223,0.01C1.5
3、Mn0.04Nb0.09V 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
4、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,新一代热带轧机的控制冷却系统,超快速冷却装置的配置,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
5、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
6、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
7、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。,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
8、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
9、、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。,
