《控制轧制和控制冷却技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制轧制和控制冷却技术（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、控制轧制和控制冷却技术及生产工艺应用姓名:班级:学号：控制轧制和控制冷却技术及生产工艺应用臧简(辽宁科技大学)摘要阐述了控轧控冷工艺的原理理和工艺特点，控制轧制(TMCP)技术是取代 离线热处理生产高性能钢材的一种生产技术，它的核心包括：(1)控制轧制温度和 轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度；(2)轧制变形量的控制；(3)钢材的 成分设计和调整。指出TMCP技术可以充分挖掘钢铁材料的潜力，节省资源和能 源,优化现有的轧制过程，有利于钢铁工业的可持续发展。最后给出了以新一代 TMCP为特征的创新轧制过程的案例，展示了该技术的广阔的应用前景。关键词控制轧制；控制冷却；轧制工艺；生产工艺Abs
2、tract： The principle and technological characteristics of controlled rolling and controlled cooling process are described. The control rolling (TMCP) technology is a kind of production technology, which is the core of the production of high performance steel. (1) controlling the rolling temperature
3、and cooling rate, cooling the starting temperature and ending temperature; (2) rolling deformation quantity control; (3) the steel composition design and adjustment. It is pointed out that TMCP technology can fully tap the potential of steel materials, save resources and energy, optimize the existin
4、g rolling process, is conducive to the sustainable development of iron and steel industry. In the end, a case study is given to demonstrate the broad application of the technology in the new generation of TMCP.Key Words： controlled rolling;controlled cooling; rolling technology; production engineeri
5、ng1引言控制轧制和控制冷却技术，即TMCP,是20世纪钢铁业最伟大的 成就之一。正是因为有了 TMCP技术，钢铁业才能源源不断地向社会 提供越来越优良的钢铁材料,支撑人类社会的发展和进步。在控制轧 制和控制冷却技术的发展历程中，人们首先认识到的是控制轧制。控 制轧制和控制冷却技术的核心是晶粒细化和细晶强化川。钢材的成 分设计和调整、轧制温度、轧制程序、轧制变形量的控制、冷却速 度的控制等；在装备上主要是采用高刚度、大功率的轧机，以及高 效的快速冷却系统和相关的控制数学模型。所谓控制轧制，是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在奥氏 体中积累大量的能量，在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体,为
6、后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。硬化的奥氏体内存在大量 的“缺陷”，例如变形带、位错、挛晶等，它们是相变时铁素体形核 的核心。增加微合金元素，例如Nb,可以提高奥氏体的再结晶温度， 使奥氏体在比较高的温度即处于未再结晶区，因而便于利用常规的轧 制（温度）制度实现奥氏体的硬化。近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高，除了具有 高强度外,还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上 许多国家都利用控轧和控冷工艺生产高寒地区使用的输油、输气管 道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板,以及造船 板、桥梁钢板、压力容器用钢板等。2控轧和控冷工艺原理及特点2.1工艺原理控制轧制
7、工艺是指钢坯在稳定的奥氏体区域（Ar3）或在亚稳定区 域（Ar3Ar1）内进行轧制,然后空冷或控制冷却速度，以获得铁素体 与珠光体组织，某些情况下可获得贝氏体组织。现代控制轧制工艺应 用了奥氏体的再结晶和未再结晶两方面的理论,通过降低板坯的加热 温度、控制变形量和终轧温度，充分利用固溶强化、沉淀强化、位错 强化和晶粒细化机理，使钢板内部晶粒达到最大细化从而改变低温韧 性,增加强度，提高焊接性能和成型性能。所以说，控制轧制工艺实际 上是将形变与相变结合起来的一种综合强化工艺1。控轧的目的是在热轧条件下，通过细化铁素体晶粒，生产出韧性 好、强度高的钢材。例如，正常轧制工艺铁素体晶粒最好的情况是 7
8、8级，直径大于20pm,而控制轧制工艺得到的铁素体晶粒为12级, 其直径为5pm,这样细的晶粒是控制轧制最突出的优点。控制轧制工 艺还可以充分发挥微量元素的作用，含有微量Nb、V、Ti等元素的 普通低碳钢采用控制轧制工艺，能获得更好的综合性能2。2.2工艺特点2.1.1控制加热温度加热温度，加热温度影响轧前的原始奥氏体晶粒大小,各道次的轧制 温度及终轧温度影响各道次之间及终轧后的奥氏体再结晶程度及再 结晶后晶粒的大小。奥氏体化温度低，控制冷却后的力学性能好。加 热温度影响开轧及终轧温度，但不完个等同。为了降低终轧温度，可 在精轧机组或成品架前设置预冷设备，达到所要求的终轧温度。在没 有预冷设备
9、条件时，可根据终轧温度，推算出加热温度。般应适当降 低坯料的加热温度。例如：在控制轧制工艺中，对Nb钢加热时，当温度达到1050C 时,Nb的化合物Nb(C,N)开始分解和固溶，因此奥氏体开始长大;加 热到1150C时，晶粒长大比较均匀;但若达到1200C以上，则晶粒将 过分长大。由于初始奥氏体晶粒的大小将影响轧后铁素体晶粒的大 小,所以为了使加工后的钢材具有细小而均匀的晶粒，一般认为 1150C的加热温度比较适宜。若加热到1050C,此时奥氏体晶粒大 小不均，加工后的钢材易产生混晶。如果加热到1200C或更高温度, 则晶粒过于粗大，使钢材在加工后晶粒难以细化。也有人认为对于 Nb钢，为使箕具
10、有高韧性和低的脆性转化温度，可将加热温度控制在 950C左右，以免加工前的原始晶粒粗化，同时避免了 Nb(C,N)再次固 溶而增加沉淀强化效果。否则，虽然使钢的强度得到进一步的提高， 但对冲击功和脆性转变温度却不利。对于不含Nb、v、Ti等元素的 普碳钢，从节能的角度出发可采用较低加热温度。由于不存在Nb、v、 Ti的固溶问题，故可把加热温度控制在1050C以下。总之，在确定加 热温度时，禽根据钢种及对强度和韧性的侧重要求给予不同的考虑。2.1.2控制终轧温度终轧温度及变形量决定奥氏体是否发生再结品。在发生充分再 结品的条件下，奥氏体再结品品粒大小主要决定于变形量，与终轧温 度关系较小。降低终
11、轧温度可以减小变形奥氏体的再结品程度，仁 至.J以完全抑制再结品，保持奥氏体的变形状态。终轧温度从 1050C降低到900C使变形热处理效果有所增加。降低终轧温度同 样可使自回火温度降低，这是在同样冷却条件下得到的结果。如果改 变冷却条件,使自回火温度相同而终轧温度不同，此时终轧温度低的 钢筋强度高。轧后钢材由终轧温度急速快冷，迅速穿过奥氏体区，达到快速冷 却条件下的动态相变点。在轧件达到预定的温度控制点后，应当立即 停止超快速冷却。由于超快速冷却的终止点对后续相变过程的类型 和相应的相变产物有重要影响，所以需要精确控制超快速冷却的终止 点。通过控制冷却装置的细分和精细调整手段的配置,以及高精
12、度的 预控数学模型，可以保证终止温度的精确控制。在控制轧制工艺中，需根据所采用的控制轧制类型来确定终轧温 度。在奥氏体区域轧制时,终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大,转变 后的铁素体晶粒也就越粗大，并且容易出现魏氏组织,对钢的性能不 利，因此最后几道次的轧制温度应低一些。一般要求终轧温度应尽可 能的接近奥氏体开始转变的温度,起到相似正火的作用。对一般的低 碳结构钢约为830C或更低一些，对Nb钢由于Ar3更低，相应的终 轧温度也应降低。其他钢种也应采用这一原则确定终轧温度。2.1.3要求有充足的变形量为了更好地通过变形再结晶细化晶粒，应采用比较大的变形量。 但是，孔型系统确定后，变形量变化较小。般
13、在设计孔型时，成品孔 型中为了充满筋部也采用了比较大的变形量。由于终轧温度较高，因 为只能起到变形再结晶细化晶粒作用。对于高强度钢筋，如果要考虑 到变形强化、就要考虑变形量与终轧温度的关系，达到未再结晶的条 件，以便得到变形强化与相变强化相结合的效果。在孔型确定的条件 下,轧制速度决定了变形速度，变形速度影响各道次之间的再结品程 度及终轧后奥氏休的再结晶程度,因而影响形变热处理效果,变形速 率从154/s增加到197/s，使低温形变热处理效果有所增加。在再结晶区及未再结晶区轧制时，变形量都应控制到一定的数值 以上，以防止铁素体出现不均匀现象。热轧材的组织中，有时发现铁 素体晶粒大小不均匀现象（
14、简称混粒），这种混粒组织可能是部分再结 晶的奥氏体组织转变后的产物。这时如果增加变形量,得到完全再结 晶的奥氏体组织，转变后的铁素体晶粒也就比较均匀了。棍粒组织也 可能是在未再结晶区中变形，形变量不够大时,晶内的形变带形成的 极不均匀，因而铁素体形核不均匀造成的。在形变带密度高的形变奥 氏体晶粒中，在形变带边界上形成大量的铁素体晶核，各晶核成长过 程中很快就相互碰撞而停止其长大，因而转变后的铁素体晶粒就比较 细小;在形变带密度比较低的那些部分，少数的铁素体晶核可以接连 不断地长大,因而转变完毕后的铁素体晶粒就是粗大的，结果就造成 了混粒组织。增加形变量，使形变奥氏体晶粒中的形变带分布均匀， 就
15、可以消除混粒组织。不同钢种消除混粒组织所需要的形变量不同, 可以用实验的方法确定。细小且均匀的铁素体晶粒才能保证钢材高 质量的综合性能。3控制轧制和控制冷却在工业上的实现3. 1在棒材中的应用由于连轧棒材生产线中,钢材是在规定的孔型系统中完成的，变 形条件基本固定，不可能进行大范围的变形量调整，因此只能采用控 制开轧温度来调整终轧温度的手段来改善变形钢筋的控制冷却又称 为钢筋轧后余热处理或轧后余热淬火。该工艺是利用钢筋终轧后在 奥氏体状态下直接进行表层淬火，随后由其心部传出余热进行自身回 火，以提高塑性，改善韧性，使钢筋得到良好的综合性能。这种工艺简 单，节约能耗，改善操作环境,钢筋外形美观，
16、条形平直,收到较大的经 济效益，在国内外得到广泛的应用3。3. 2在厚板中的应用采用控轧控冷工艺是生产强度高、韧性好、可焊性优良且成本 低的钢板的最好方法，而且这种方法正在中厚板生产中不断地推广应 用，凡有条件的，都应对现有的中厚板生产线加以改造.使之能应用控 轧控冷的生产方法生产中厚板。4板带钢轧后冷却技术的发展经历了不断的技术更新。从控制冷 却技术的发展来看，主要集中在提高冷却速度（冷却效率）、温度 均匀性、设备可靠性、提高组织均匀性、控冷板形平直度等几个方 面做出努力。按照冷却技术特点可以将板带的冷却技术划分为3代5。近年来，有学者提出以超快速冷却为核心的新一代TMCP技术 （NG-TMCP或UFC-TMCP技术），其要点是：在现代的高温轧制提 供加工硬化奥氏体的基础上，以超快速冷却为核心，对轧后硬化奥 氏体进行超快速冷却，并在动态相变点终止冷却，随后进行冷却路
