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1、高速线材的控轧控冷技术分析系 别： 专 业： 学 号： 姓 名： 论文题目：高速线材的控轧控冷技术分析 校内指导教师： 完成日期： 年 月 日高速线材的控轧控冷技术分析 目录摘 要I引 言1一 控制轧制和控制冷却的特点及其工艺21.控制轧制的特点3（1）再结晶区变形4（2）未再结晶区变形5（3）(+)两相区变形52.控制冷却的特点6（1）节约能源、降低生产成本：6（2）可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织6（3）可以降低钢的碳当量7（4）道次间控制冷却73.线材轧后控制冷却过程分为3个阶段8（1）一次冷却8（2）二次冷却8（3）三次冷却84.控制轧制、控制冷却的工艺10（1）控制钢坯加热温度1
2、0（2）控制最后几个轧制道次的轧制温度11（3）在奥氏体未再结晶区内给予的变形量11（4）控制轧后的钢材冷却速度11二 控制冷却工艺参数131.工艺参数的设定13（1）终轧温度的设定13（2）吐丝温度的设定14（3）相变区冷却速度的设定18（4）集卷温度192.控制轧制和控制冷却的工艺参数控制19（1）控制钢坯加热温度19（2）控制最后几个轧制道次的轧制温度19（3）在奥氏体末再结晶区域内给予足够的变形20（4）对轧制后的钢材的要求20三 控制冷却工艺应用201.低碳钢202.高碳钢213.冷镦钢22四 控制轧制、控制冷却在线材生产中的应用231.线材控温轧制和控制冷却的目的232.控温轧制有
3、如下几种变形制度24（1）二阶段变形制度24（2）三阶段变形制度243.现代高速线材轧机控温轧制及控制冷却的特点26（1）实现了全轧制过程的控制轧制26（2）精度较高的水冷闭环控制系统26（3）多种用途的控冷运输机系统27结 论29参考文献30高速线材的控轧控冷技术分析4 摘 要介绍了控轧控冷的机理,控制轧制的优缺点。由于各种钢种以及用户对产品性能的要求越来越高,使得控制轧制应用的必要性逐渐增大。 高速线材轧制中应用的主要是控制冷却工艺,该技术的核心是通过对加热温度控制、轧前水冷、精轧机内水冷、精轧机组后水冷、风冷线温控等参数实现控制轧制。由于线材的轧制速度相比其它都较高，在生产中产生的变形热
4、也相对较高,实现控制冷却尤为重要,控制加热温度,在轧制的道次间使用间断冷却,保证产品的综合性能（抗拉强度,硬度等等）。关键词: 控制轧制；控制冷却；工艺参数；斯太尔摩控冷I 引 言自21世纪80年代以来,高速线材的轧制速度已经突破100m/s,由于轧制速度的提高导致轧件的温升增加,使终轧温度高于1000,线材成品表面的氧化铁皮增多、晶粒粗大、钢材的显微组织和机械性能极不均1。控轧控冷就显得至关重要,它是通过工艺手段充分挖掘钢材潜力,大幅提高钢材的综合性能,它具有节约合金、简化工序、节约能源消耗等优点,由于它具有形变化和相变强化的综合作用所以,它既能提高钢材的强度,又能改善钢材的韧性和塑性。能够
5、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。因此，合适的控轧控冷工艺调节参数是轧制生产线水平高低的重要标志之一。1高速线材的控轧控冷技术分析一 控制轧制和控制冷却的特点及其工艺控制轧制:是在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制,使热塑性变形与固态相变结合,以获得细小的晶粒组织,使钢材具有优异的综合力学性能的新工艺。对低碳钢、低合金钢来说采用控制轧制的工艺主要是通过控制轧制工艺参数细化变形奥氏体晶粒。经过奥氏体向铁索体和珠光体的相变。形成细化的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团。从而达到提高钢的强度、韧性和焊接
6、性能的目的。控制冷却：是通过控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材的组织和性能的目的。由于热轧变形的作用,促使变形奥氏体向铁素体转变温度(Ar3)提高,相变后的铁素体晶粒容易长大,造成力学性能降低,为了细化铁索体晶粒,减小珠光体片层间距,阻止碳化物在高温下析出,以提高析出强化效果,而采用人为的有目的控制冷却过程的工艺。控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢材的形变强化和相变强化两种强化效果相加，进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合力学性能。1.控制轧制的特点控制轧制广义地解释为从轧前的加热到最终轧制道次为止的整个轧制过程的控制,即通过全部热轧条件的最优化人为地调整奥氏体的状态,使其在后续的冷却过程中
7、相变为期望的细晶组织,得到良好的强度和韧性的加工过程,其操作如图1 所示2。 图1 各种轧制程序的模式线材的控制轧制可以减少脱碳,控制晶粒尺寸,改善钢的冷变形性能,控制抗拉强度及显微组织,取消热处理,减少氧化铁皮。控制轧制技术的工艺要求： 低温变形可以导致晶粒细化,因此尽可能降低加热温度,细化开轧前的奥氏体晶粒,一般线材加热温度为1 0001 150 ； 调整变形温度是控制高温奥氏体的重要手段,线材轧制多为全部机架连续轧制,因此调整空延时间余地很小,最好采用机架间水冷； 在中间温度区(900 以上)的轧制道次实现最优化,通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化；加大奥氏体未再结晶区的累积压下量,增加奥
8、氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。根据变形温度的不同,控制轧制工艺可分为3个阶段：（1）再结晶区变形又称为型控制轧制或常规轧制,轧制温度大于950 ,这种类型是在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制,一般温度较高,在1 000 以上。奥氏体晶粒因重复发生静态再结晶而细化,奥氏体细化导致铁素体细化,晶粒细化有某一极限值( 10 20m) 。IA型：如果热轧后奥氏体发生在结晶，并且在转变前粗化成小雨或等于ASTMNo.5级的奥氏体晶粒，那么转变时容易形成魏氏组织铁素体和珠光体。形成魏氏组织的倾向在含铌钢中最强烈，其次是非合金钢，含铌钢最弱。IB型：如果热轧后奥氏体发生在结
9、晶，在转变前奥氏体晶粒是ASTMNo.6级或更细。铁素体晶核基本上在奥氏体晶界上形成，并获得具有等轴铁素体和珠光体的均匀组织。原始奥氏体越细，转变后的铁素体也越细。（2）未再结晶区变形又称为型控制轧制或常化轧制,轧制温度为950 Ar3 ,在此区间轧制时钢不发生奥氏体再结晶现象,塑性变形使奥氏体晶粒拉长,晶粒内部出现大量变形带、孪晶和位错,增加形核点,促进奥氏体边界及晶粒内部的形核率和形核速度,可以获得细小均匀块状铁素体晶粒(510m) 。转变中，不形成魏氏组织和上贝氏体。（3）(+)两相区变形又称为型控制轧制或热机轧制,轧制温度小于Ar3 ,奥氏体产生加工硬化,铁素体产生亚结构,亚结构使强度
10、提高,脆性转变温度降低,晶粒细化(35m) 。摩根型精轧机为顶角45V型结构,由辊箱、废料防护罩和传动箱组成,传动箱通过串联连接的方式连接在驱动电机上,两根传动轴接近底面基础,机组重心下降,增加了机组的稳定性。轧辊箱包括轧辊、导卫和相关的电气元件、油/气润滑、冷却水和液压系统,在机架间设水冷导卫装置,将控制轧制技术引入设备整体设计,增大了轧机轧制能力。2.控制冷却的特点控制冷却的实质是晶粒细化和相变强化,即在控制轧制之后,对奥氏体分解相变温度区进行某种程度的快速冷却,使相变组织细晶化,甚至相变成新的组织,然后再空冷的工艺。线材轧后的冷却方式分为自然冷却和控制冷却。（1）节约能源、降低生产成本：
11、利用轧后钢材余热，给予一定的冷却速度控制其相变过程，从而可以取代轧后正火处理和淬火加回火处理，节省了二次加热的能耗，减少了工序， 缩短了生产周期，从而减低了成本。（2）可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织轧后控制冷却能够降低奥氏体相变温度，对同一晶粒级别的奥氏体，低温相变后会使晶粒明显细化，使珠光体片层间隔明显变薄。例如，在800终轧的16Mn钢材，当轧后冷却温度从0.5/s提高到9.5/s时晶粒平均直径从12m细化到7.5m，s从360Pa增加到420Pa。（3）可以降低钢的碳当量采用轧后控制冷却工艺有可能减少钢中碳含量及合金元素加入量，达到降低碳当量的效果。低的碳当量有利于焊接性能、低温韧
12、性和冷成型性能，这是当前各国所追求的大规模生产工业用钢材的最经济工艺路线。（4）道次间控制冷却可以减少待温时间，提高轧机的小时产量在道次间采用控制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。在控制轧制时，为了保证能在奥氏体未再结晶区轧制，一般均采用待温轧制的工艺，待温轧制延长轧制节奏，降低产量。为了少影响产量，采用多块钢坯循环交叉轧制的方法，虽然补救了一些，但需要增建离线旁路辊道及移送设备，增加了场地和设备。采用道次间控制冷却，在保证冷却均匀的条件下，可以取消待温和循环轧制。从而提高产量。如生产3.0mm厚、1000mm宽热轧板卷时，开动连轧机架间的冷却装置可以使轧机小时产量从
13、550t增加到720t。3.线材轧后控制冷却过程分为3个阶段（1）一次冷却从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Ac 范围内的冷却,其目的是控制热变形后的奥氏体状态,阻止奥氏体晶粒长大或碳化物析出,固定由于变形而引起的位错,加大过冷度,降低相变温度,为相变做组织上的准备。一般来说，一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度,细化变形奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。（2）二次冷却热轧钢材经过一次冷却后,立即进入由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段。二次冷却的目的就是在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止冷却温度等参数,来控制相变过程,从而达到控制相变
14、产物形态、结构。（3）三次冷却相变之后直到室温这一温度区间的冷却。一般钢材相变后多采用空冷,冷却均匀,形成铁素体和珠光体。此外,固溶在铁素体中的过饱和碳化物在慢冷中不断弥散析出,使其沉淀强化。对一些微合金化钢,在相变完成之后仍采用快冷工艺,以阻止碳化物析出,保持碳化物固溶状态,达到固溶强化的目的。轧后温度和冷却速度是线材生产质量控制的关键。钢种成分不同,转变温度、转变时间和组织特征各不相同,即使是同一钢种只要最终用途不同,所要求的组织和性能也不尽相同,因此,工艺上对线材控制冷却提出的基本要求是能够严格控制轧件冷却过程中各阶段的冷却速度和相变温度,使线材产品既保证性能要求,又尽可能地减少氧化烧损。其技术关键：线材产品要求通条性能好,对控制冷却装置要求较高；对再结晶奥氏体进行水冷效果并不明显；对未再结晶奥氏体进行水冷,在变形后的奥氏体晶界面或变形带产生晶核,在奥氏体晶粒内也会生成铁素体核,产生明显的晶粒细化效果；超级钢线材控冷后的组织,为细晶铁素体+分散的贝氏体的混 合组织,强度提高明显；线材以10/ s的冷却速度进行冷却,强度可以明显提高,如图2所示 ,韧性可以保持不变。 图2 控制冷却速度对线材性能的影响4.控制轧制、控制冷却的工艺 控制轧制和控制冷却的工艺参数控制与普通热轧工艺相比具有如下特点
