控轧控冷

《控轧控冷》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控轧控冷（117页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、控轧控冷技术,东北大学 轧制技术及连轧自动化 国家重点实验室 http:/,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,讲 座 内 容,1 概 述 2 控轧控冷的基本原理 3 中厚板控轧控冷的特点和关键技术 4 控轧控冷的数学模型与自动控制 5 国外典型厚板轧机的控轧控冷介绍 6 结 语,概 述,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,1 概 述 定义,控制轧制：是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的 控制冷却：是通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制奥氏体组织状态、控制相变条件、控制碳化物析出行为、控制相

2、变后钢的组织和性能。 TMCP：控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。与普通生产工艺相比，通过控轧控冷生产工艺可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约4060MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。因此，日本、美国、欧洲等广泛采用控轧控冷生产工艺生产各种高强结构板、船用钢板、压力容器钢板。,1 概 述 - 控冷的意义,两个通俗说法: 1 水是最廉价的合金元素 (可以用水替代合金元素来改变钢材的性能) 2 中国的多数

3、中板轧机是世界上最干旱的轧机 (目前我们还没有充分利用好水的作用) 川崎水岛：12000 m3/h，迪林根：14000 m3/h 宝钢2050：14000 m3/h， 1580: 13000 m3/h,1.1 控轧控冷的必要性,用户要求：产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能） 决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数） 决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）材料加工过程是冶金过程柔性制造技术,急需通过控轧控冷改变性能的钢种 管线钢：开发西部，西气东输工程 高级别船板 高强度工程机械用钢 抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出） 新一代钢铁材料：超级钢,1.1 控轧控冷的必要性产

4、品开发,新一代钢铁材料：超级钢简介 思路：超洁净、超细晶、超均匀，实现强度翻番 国家重大基础研究项目(973)，参与国际竞争（日、美、韩） RAL承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能 经过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产 工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度 效果：Q235屈服强度400MPa， 抗拉强度510MPa 延伸率28，宽冷弯合格，晶粒尺寸：3.9微米,1.1 控轧控冷的必要性产品开发,超级钢实验情况：Super-SS400 宝钢首批试制200吨，为一汽供货 投料冲压作发动机前置横梁4000件，成品率100 2001年千吨级供货，2002年万吨级； 500M

5、Pa级超级钢研究工作已经取得良好进展； 预期效果： 第一步:通过控轧控冷，节省合金元素，降成本(200元/吨) 第二步:减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗 第三步:改进车型设计，远景：3升车（宝钢参加国际行动）,1.1 控轧控冷的必要性产品开发,1.1 控轧控冷的必要性产品开发,1000，保温3min，900、20% 变形850、25% 变形770、67% 变形 道次间10 /s冷却 变形后 7 /s冷却,超级钢Super-SS400 工业生产条件下显微组织 晶粒3.9卷取温度400，抗拉强度500,实验室实验结果,工业生产结果,国外厚板控轧设备发展情况 - 淘汰第一代中板轧机，建设强力型轧机板

6、凸度控制功能 * 德国迪林根：10000kW2，10000吨 *瑞典SSAB：4000mm，10000kW2，10000吨 - 特点各异的待温冷却工艺和装置 * 侧辊道 * 中间喷淋 * 交叉轧制工艺 - 强力型矫直机,1 概 述 - 国外控制轧制技术发展情况,国外厚板控冷设备发展情况 - 控冷已经成为提高钢材性能的基本手段 * TMCP率：住友鹿岛：52，曼海姆：80 - 很多公司形成了自己独特的技术 * 新日铁的CLC技术 * 川崎制铁的MACS技术 * 住友金属的DAC技术 * 欧洲：MACOS(曼海姆)， ISC(蒂森)， ADCO(法国) - DQ的研究和应用取得良好效果,1 概 述

7、 - 国外发展控制冷却设备情况,现代中厚板轧机外观,中厚板轧机侧视,轧制中的中厚板轧机,1 概 述 - 国外厚板轧机的控冷系统,控制轧制的雏形（20世纪20年代） 为了提高钢的屈服强度 高比例极限钢(英国海军):高锰系 正火处理低温轧制 造船板的低温控制轧制（20世纪40年代50年代） 提高韧性 控制轧制技术在欧美的普及（20世纪60年代70年代） 管线钢 控制轧制机理的研究-BISRA Nb微合金化技术的应用 管线钢的高性能化和采用控制轧制的生产 控制轧制技术在日本的普及 1969年（TAPS订货）X65管线钢 控制轧制技术在世界范围的普及（1975-1985） 轧后控制冷却技术（20世纪7

8、0年代）日本大力发展 1980年，日本NKK福山制铁所的厚板厂的OLAC（在线加速冷却）系统 1985年，美国匹兹堡召开“钢的快速冷却” 至1992年，几乎所有的主要中厚板厂都装备了控制冷却设备 控制冷却机理的研究,控制轧制和控制冷却的发展,强力型轧机 -济钢3500mm，7000吨，7000kW2 -首钢3500mm，7000吨，7000kW2 -鞍钢4300mm， 8000吨，6000kW2 -宝钢5000mm，10000吨，10000 kW2 强力型矫直机 -鞍钢3000mm -首钢2100吨,1 概 述 - 国内轧机发展情况,对控轧控冷的重要作用已有认识 很多厂家利用国内力量装备控轧控

9、冷设备(强力轧机ACC) -鞍钢，首钢，济钢，南钢，舞阳，新余 一些厂家在观望， 有矛盾心情: - 引进国外技术， 价格昂贵， 难以承受 - 使用国内技术， 担心可靠性， 承担责任 “ 狭路相逢勇者胜”， 敢于抓住机遇， 迈出第一步者， 将在产品竞争中走在前面,1 概 述 - 国内控制冷却设备发展情况,国内中厚板控轧控冷研究状况: - 中厚板轧制及冷却过程温度场的FEM模拟 - 中厚板组织性能演变与控制的模拟研究 - 组织性能预报数学模型与软件开发 - 中厚板新钢种的开发(高强钢、耐火钢、桥梁钢.) - 轧制与冷却实验设备开发（鞍钢、酒泉、宝钢） - 控冷设备开发研制（RAL + 营口流体设备

10、集团） * 水幕装置，管层流装置（ 直管式， U型管式，气雾式） * 快速响应阀（气动薄膜阀） * 水处理系统 （大流量反冲洗过滤器）,1 概 述 - 国内发展情况,控轧控冷的基本原理,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,2.1 控轧控冷机理 2.2 控制轧制 轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温） 轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向） 液压弯辊等板凸度控制制度 2.3 控制冷却ACC 冷却模式，冷却温度制度 2.4 直接淬火DQ 淬火温度，回火制度（温度、时间）,2 控轧控冷的基本原理,控轧控冷工艺图示,K2.1,(DQ),(DQ),(ACC),组织、成分、性能、TMCP条件的关系,K2.2

11、4,控轧控冷的组织变化,K2.2,加热温度（碳氮化物溶解，晶粒长大） 粗轧变形制度：粗轧压下量（变形深入，RCR） 精轧阶段轧制温度控制 进入未再结晶区 合理的精轧温度 待温制度的确定 精轧阶段轧制变形控制 未再结晶区总变形量 精轧道次压下量,控轧控冷中工艺制度制订原则,三种控制轧制的策略、参数和机理,轧制后奥 氏体晶粒,铁素体 形核,相变后,控冷后,形变硬化的铁素体,2.1 控制轧制和控制冷却机理示意,变形前奥氏体晶粒,变形后晶粒被拉长,铁素体形核,相变完成,冷却,轧制,变形带与其上的析出,T4.10,变形带,变形带上 的析出,珠光体的不同形核地点,T4.15,变形工具钢 a) 晶界 b)

12、退火孪晶 c) 变形带 d)晶内,奥氏体晶粒尺寸与铁素体晶粒尺寸的关系,试样为7mm厚的空冷钢板 空心符号：无变形 实心符号：热变形后空冷,三种控制轧制的策略、参数和机理,再结晶区控轧： 微合金钢950，普碳钢基本在再结晶区轧制 总变形量60% 机 理： 变形区内有动态恢复和动态再结晶 道次间歇期间完成再结晶 反复轧制再结晶使晶粒变细 低温再结晶区晶粒细化明显。,三种控制轧制的策略、参数和机理,未再结晶区控轧： 空冷或喷淋控制轧制温度到奥氏体未再结晶区 温度范围通常为Ar3900（950） 总变形量大于一定数值（70） 道次变形量大于一定的数值 机 理： 变形奥氏体晶粒被拉长 形成大量变形带、

13、孪晶和位错 增加形核点，相变后细化晶粒,未再结晶区变形量与奥氏体晶界面积和变形带密度的关系,T4.11,含铌钢，Nb: 0.03% 低于30：变形带密度增加缓慢 高于30：迅速增加,铁素体晶粒尺寸与奥氏体界面面积的关系,T4.12,为什么要低温轧制,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,轧制温度对组织和力学性能的影响,K23,0.18C1.36Mn钢 各道次压下量20 总计9道次轧制到20mm 轧制温度变化范围200,热变形奥氏体的温度压下量再结晶图,K213,CMn钢轧制后1s水冷,含铌钢轧制后3s水冷,900以下变形量与韧脆转变温度的关系,K52,钢板厚度10mm 2mm切口夏氏值 横向,轧制

14、温度对晶粒尺寸和性能的影响,K24,130,50MPa,三种控制轧制的策略、参数和机理,两相区控轧： 如需进一步的提高强度，可降低终轧温度750 在奥氏体和铁素体两相区轧制 机 理： 奥氏体继续被拉长，晶粒内形成变形带及位错 在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒 先析出铁素体变形后内部形成亚晶，使强度提高,为什么进行两相区轧制,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,Ar3以下压下量与力学性能关系,实验室数据（）： 0.17C1.6Mn钢，1150加热，Ar3为730 两相区轧制，利用铁素体的位错亚结构强化,K2.7,两相区轧制对组织和性能的影响,K62,Nb钢在1070、1020 进行62.5的

15、轧制，在850 进行50的轧制后，以710 进行轧制。 YS提高60MPa（30）; FATT降低70 。,为什么需要强力轧机 低温大压下,中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座,不同钢种的变形抗力,T6.10,温度降低,变形抗力与含碳量的关系,T6.6,Si0.25%, Mn1.10%,温度低于900时，由于碳含量引起的变形抗力发生明显变化。 1000 时，碳含量的变化对变形抗力不产生影响。,附带说明：氮通过形成氮化钛和氮化铝等氮化物，细化晶粒而影响变形抗力,温度降低,变形抗力与固溶合金元素含量的关系,T6.7,C0.10%, Si0.25%, Mn1.10%,MoSiCrCuNiMn,提高变形抗力,变形抗力与微合金元素含量的关系,T6.8,变形条件 Tr加热温度1250 T1第一阶段变形温度1050 T2第二阶段变形温度900 NbTiV,变形抗力增大,控轧控冷中轧制温度控制措施,粗轧机架 交叉轧制 精轧机架,实