改控軋和控冷在中厚板生產中的應用楊壘

1、內蒙古科技大學本科生課程論文題 目：控軋和控冷在中厚板生產中的應用學生姓名：學 號：專 業(yè)： 班 級：指導教師：控軋和控冷在中厚板生產中的應用摘要中厚板生產的控制軋制、控制冷卻及其相結合的TMCP 技術是改善組織和力學性能的重要手段?？刂栖堉朴糜诳刂茒W氏體晶粒大小和形態(tài)，新發(fā)展了中間冷卻（IC）、馳豫-析出控制（RPC）和高溫終軋（HTP）等奧氏體晶?？刂品椒?；控制冷卻用于控制相變組織類型，促進了細化晶粒和相變強化，先后開發(fā)了直接淬火（DQ）、間斷直接淬火（IDQ）、在線熱處理（HOP）和直接淬火-分配（DQP）等新技術。介紹了其基本原理、特點和對鋼板組織和力學性能的控制效果。分析了各種TMC

2、P 新技術的發(fā)展路徑，以及通過TMCP降低生產成本、提高企業(yè)經濟效率中的優(yōu)勢及存在的問題。關鍵詞：中厚板；控制軋制；控制冷卻；組織Development and Application of Controlled Rolling andControlled Cooling for Plate ProductionAbstract It is an important measure to improve the microstructure and mechanical properties, which in clued controlled rolling (CR) and control

3、led cooling (CC), TMCP combined by CR and CC. The controlled rolling process is used to control austenite grain size and its morphology. New technology including IC, RPC and HTP is developed to control the austenite. The controlled cooling process is used to control the phase transformation and micr

4、ostructure type, enhance the fining grain and phase transformation strengthening. Direct quenching (DQ),interrupted direct quenching (IDQ) and heat treatment online process(HOP) and direct quenching and partitioning process (DQP) are introduced, including their principle, characteristics and effect

5、on the steel micros and mechanical properties. The track of new TMCP technology development, the advantage and the problems for the plate mill lowering the fabricating cost and rising the commercial benefit by TMCP are analyzed in view of market and technique.Key words: plate; controlled rolling; co

6、ntrolled cooling; microstructure.前言綜合近幾年來，由于國內中厚板生產能力的不斷擴大，受國際金融危機和后金融危機影響導致鋼材消費市場滯漲，原料成本不斷增加，中厚板生產廠的利潤空間不斷被壓縮。冶金企業(yè)如何在這一輪經濟調整中，實現(xiàn)產品轉型、技術升級和成本控制成了決定企業(yè)經營效益的關鍵。經過多年的建設，國內很多中厚板生產廠具備了一定技術裝備優(yōu)勢、產品和技術的研發(fā)能力，根據(jù)市場需求和技術裝備特點，確立自己的產品戰(zhàn)略定位。但是，由于技術和產品的趨同日益明顯，現(xiàn)在已經很難找到大批量的、獨家生產的短線、高附加值的產品。中厚板生產企業(yè)開始在不斷挖掘成本潛力、精細化生產上投入力量

7、，力求提高效益，擺脫目前企業(yè)的困境。本文綜合以上文獻，就控制軋制和控制冷卻技術的發(fā)展軌跡做出簡單的闡述，認識新材料、新工藝、新裝備在提高產品性能、降低生產成本中的作用，給國內中厚板技術開發(fā)進步提供參考。1控扎和控冷技術上世紀五、六十年代開始控制軋制工藝研究，并應用于中厚板生產?？刂栖堉萍夹g的關鍵有二：一是控制軋制溫度，尤其是終軋階段溫度；二是控制變形程度。按照變形溫度和再結晶程度控制軋制通常劃分為三個階段：1) 在奧氏體再結晶區(qū)（溫度：TTnr 未再結晶溫度）結束終軋的一階段軋制；2) 在奧氏體未再結晶區(qū)(溫度：Ar3TTnr)結束終軋的兩階段控制軋制；3) 在奧氏體+鐵素體兩相區(qū)（溫度：Ar

8、3(Ar3-40 )）結束終軋的三階段控制軋制。研究表明：在奧氏體再結晶溫度區(qū)間，增加變形量可以細化再結晶奧氏體晶粒，過渡增加變形量，再結晶奧氏體晶粒細化趨勢減弱。微合金元素對再結晶溫度的影響規(guī)律在沒有被發(fā)現(xiàn)之前，碳鋼或碳錳鋼控制軋制的基本手段是“低溫大壓下”，即是在接近奧氏體向鐵素體相變溫度上進行變形，主要原因是沒有微合金元素的影響，鋼的奧氏體再結晶溫度和相變溫度接近，低溫大變形可以保證奧氏體的再結晶細小，阻止奧氏體晶粒的長大。如果實現(xiàn)未再結晶控軋和兩相區(qū)控軋，就需要更低的溫度。而在未再結晶區(qū)變形不需要“低溫大壓下”，通過多道次的累積變形可以達到同樣的效果，同樣可以增加奧氏體內部儲存的變形能

9、，提高奧氏體“硬化”程度1。2單機架軋機的中厚板控軋控冷生產由于人們對控制軋制和控制冷卻的機理認識在不斷的深化,并且經濟的水平也在不斷的提高,現(xiàn)代化的生產水平和檢驗手段越來越高超,使其控制軋制和控制冷卻的技術也被要求不斷在完善。主要就是被應用于鋼材的生產中,特別是在中厚板的生產中是最為普遍的。在日常的生產中就會發(fā)現(xiàn),軋機控軋對軋機的產量影響是比較大的,在目前很多的國家中,在對中厚板的生產過程中都是去開發(fā)比較適合自己家生產的軋制方案,在軋制的過程中最好在配合上冷卻的裝置,更加完美,使得產品能夠更加的強韌,并且并沒有比較高的成本損耗,又提高競爭的能力?？剀埧乩湓诓粩嗟谋煌晟坪桶l(fā)展,另外在加上一些現(xiàn)

10、代化的技術和手段不僅僅能夠生產出低碳的鋼,并且還能夠生產出含有合金元素的高強度的鋼2。并且這些設備配合使用,還能夠生產出高碳鋼和合金鋼。這些鋼能夠廣泛的應用于板材和帶材的生產,還能夠用于棒材和型材等等型號材料的生產。還能夠用于產鐵素體珠光體鋼,還能夠生產低碳貝氏體鋼?？刂栖堉频哪康氖窃跓彳垪l件下生產出韌性好、強度高的鋼材。法是兩階段軋制法. 控制軋制的主要作用是細化鐵素體晶粒, 提鋼材強度, 改善韌性.控制軋制。為提高控制軋制軋機產量, 通常采用交叉軋制、縮短中間冷卻時間和控制冷卻等措施,綜合加熱、軋制和控制冷卻三個方面可節(jié)能3.3 5 1G J t/其中省去?；療崽幚砉ば? 每噸鋼板可節(jié)約成

11、本27.6元. 由此可見,控軋控冷工藝生產的鋼板是很經濟的. 具有韌性好、強度高的鋼材。從理論和實踐上,已 由于人們對控制軋制和控制冷卻機理的認識 總結出兩種典型的控制軋制方法。一種是在奧氏 不斷深化,加之現(xiàn)代化的設備和檢測控制手段,使 體控制軋制的目的, 就是在熱軋條件下生產出具有韌性好、強度高的鋼材。從理論和實踐上, 已總結出兩種典型的控制軋制方法。一種是在奧氏體再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)軋制, 它們分別稱為高溫區(qū)軋制和中溫區(qū)軋制。這就是所謂的兩階段軋制方法: 第一階段軋制要在950 以上結束, 第二階段軋制要在Ar點以上結束, 在這兩個軋制階段中要有一次中間冷卻。另一種是在奧氏體再結晶區(qū)

12、、奧氏體未再結晶區(qū)和奧氏體鐵素體兩相區(qū)軋制, 這就是三階段軋制方法, 其中約奧氏體鐵素體兩相區(qū)軋制, 又稱為低溫區(qū)軋制。在這三個軋制階段中有兩次中間冷卻。如圖1 所示, 第一階段是變形與再結晶同時進行的階段, 通過反復變形和再結晶, 使奧氏體晶粒顯著細化; 第二階段是變形與相變同時進行的階段, 在這個階段中, 奧氏體晶粒被拉長, 同時產生滑移帶, 奧氏體晶界的增加和滑移帶的出現(xiàn), 為鐵素體形核提供了有利條件, 進而得到了細晶粒鐵素體; 第三階段使已經相變的鐵素體晶粒變形, 引入大量位錯和亞結構等, 同時使未相變的奧氏體晶粒繼續(xù)引人大量變形帶, 由此進一步細化了鐵素體晶粒, 并產生加工硬化。因此

13、, 可以把第三階段看成是加工硬化與繼續(xù)相變階段?？刂栖堉频闹饕饔檬羌毣F素體晶粒。所以又把它稱為細化鐵素體晶粒的技術, 是以提高鋼材強度、改善韌性為目的。加速冷卻是控軋后或高溫軋制后, 使鋼板在線冷卻, 可以進一步細化鐵素體晶粒, 并且獲得鐵素體和貝氏體的復相組織, 使鋼材強度有更大提高, 韌性又不降低。軋后的加速冷卻可以促使珠光體帶狀組織消失, 使鋼材的層狀撕裂作用減小再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)軋制,它們又分控軋控冷技術日趨完善,廣泛用于鋼材生產3。3控軋控冷工藝的應用條件下3.1Q345 中厚板的生產工藝研究為把握Q345 鋼奧氏體再結晶區(qū)道次變形量對組織和力學性能的影響規(guī)律,將試驗鋼加

14、工成寬70mm 的階梯形試件,加熱到1 150 保溫1 h 后在設定的溫度點充分均溫, 單道次軋制成厚14 mm鋼板,每個臺階對應的變形量分別為10 %、20 %、30 %和40 % ,軋后空冷試樣對應每種變形量分別沿橫向加工成標準V 型缺口沖擊試樣和棒狀拉伸試樣,測定常規(guī)力學性能并選擇典型試樣進行微觀組織察。(1) 采用再結晶方法細化奧氏體晶粒時,道次變形量宜控制在15 %20 % ,最大道次變形量30 %。這有利于避免混晶形成,減少相變后生成魏氏組織的幾率。(2) 降低進精軋溫度或增加待溫厚度,有利于提高有效應變累積的百分數(shù),促進鐵素體形核、增強推薦的較好精軋溫度區(qū)間為820880 ,待溫

15、厚度為2215 倍成品厚度。(3) 采用加速冷卻促進鐵素體相變時,推薦的冷卻速度為1518 / s ,終冷溫度為650700 ,以避免過量的脆性相形成而導致鋼材塑、韌性降低。相變驅動力,獲得均勻細小的鐵素體+ 珠光體組織4。3.2自動控軋控冷系統(tǒng)在棒材生產線的應用控軋控冷和熱處理技術是現(xiàn)代軋鋼生產中節(jié)約能源、提高產品競爭能力的新技術和新工藝，也是將軋制工程學、塑性加工理論、金屬材料學、傳熱學和流體力學等學科結合為一體的一門新學科，是金屬壓力加工專業(yè)的前沿技術?？剀埧乩鋸V泛應用于各種帶鋼、中厚板、寬厚板的生產實踐中，但目前國內大量的棒線材生產線在設計時定位較低，僅考慮普通的圓鋼或螺紋鋼生產，不具

16、備控軋控冷工藝條件。有不少棒線材生產線已經自主研發(fā)出控軋控冷的生產工藝，但是開始也往往缺少完善的檢測和控制技術，造成鋼材性能不穩(wěn)定、可控性差、不合格品多等等現(xiàn)象，因此采用自動控軋控冷系統(tǒng)是棒材生產線的發(fā)展趨勢?？剀埧乩浜蜔崽幚砑夹g是現(xiàn)代軋鋼生產中節(jié)約能源、提高產品競爭能力的新技術和新工藝，也是將軋制工程學、塑性加工理論、金屬材料學、傳熱學和流體力學等學科結合為一體的一門新學科，是金屬壓力的生產實踐中，但目前國內大量的棒線材生產線在設計時定位較低，僅考慮普通的圓鋼或螺紋鋼生產，不具備控軋控冷工藝條件。有不少棒線材生產線已經自主研發(fā)出控軋控冷的生產工藝，但是開始也往往缺少完善的檢測和控制技術，造成

17、鋼材性能不穩(wěn)定、可控性差、不合格品多等等現(xiàn)象，因此采用自動控軋控冷系統(tǒng)是棒材生產線的發(fā)展趨勢。控軋控冷的工藝流程和技術原理:控軋是指在熱軋過程中通過對金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使塑性變形和固態(tài)相變相結合，以獲得細小晶粒組織，綜合力學性能?？剀埧乩涞闹饕に嚵鞒虨椋轰撆骷訜嵋淮帧⒅熊堒堉凭埧刂评鋮s5。3.3中厚板軋制中間冷卻過程研究 目前，控扎冷軋工藝在中厚板的生產中已經相當廣泛，采用控扎冷軋生產中厚板需要進行中間帶溫以控制軋制溫度提高產品性能，待溫過程主要通過空冷實現(xiàn)，但空冷冷卻速率小，待溫時間長，軋制效率低，特別是對于軋制區(qū)域小的生產線，無法采用多批交叉軋制的方法提高軋制

18、效率。對待溫鋼板噴水即可解決，增大待溫過程的冷卻速度，提高軋制效率。由于中間坯的長度較短，控制方式。,主要研究內容和成果如下: (1)給出計算中間坯溫度場的二維有限差分模型,確定了冷卻計算參數(shù)的取值。特別對中間冷卻換熱過程進行了的介紹,說明高溫中間冷卻換熱以膜沸騰換熱為主,在高溫區(qū)換熱系數(shù)隨溫度變化較小。應用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)驗證了模型和參數(shù)的選取是合理的。 (2)基于冷卻原理建立了中間冷卻控制過程計算模型,根據(jù)已知參數(shù)實現(xiàn)冷卻過程參數(shù),水流密度、開啟集管數(shù)量、集管排布、擺動冷卻次數(shù)等冷卻過程參數(shù)的計算和設定。確定了中間坯的擺動范圍,并對中間坯的擺動過程進行位置跟蹤,以順利實現(xiàn)冷卻過程。 (3)對厚

19、板坯的冷卻過程進行了深入研究。得出空冷時隨板坯厚度的增加冷卻速率減小,冷卻結束時表面與中心的溫差增大。水冷時隨著水流密度增加,冷卻結束時表面溫度降低,厚度方向溫度均勻性變差。在水流密度變化較小時水流密度對返紅時間影響較小,水流密度為60120l/(m2·min)時返紅時間為3133s。返紅時間隨著厚度的增大而增加,厚度從30mm增加到60mm,返紅時間從10s增加到32s。 (4)分析了不同冷卻方式對中間冷卻過程溫度場的影響。得出通過集管的間隔開啟和分段冷卻的方法可以有效降低表面與心部的溫差,提高厚度方向溫度的均勻性。經過分析得出中間冷卻時水冷溫降比的選擇范圍為0.80.9。 (5)

20、中間冷卻過程的模擬和熱軋實驗結果表明:中間冷卻可以在不降低產品綜合性能基礎上,縮短待溫時間30%左右,提高生產效率6。3.4控軋控冷工藝在2500mm中厚板生產線上的應用中厚鋼板的微合金化+控扎控冷的生產工藝是一種先進優(yōu)質的生產工藝，可以取代多種鋼板的熱軋+離線熱處理，傳統(tǒng)生產工藝，有效降低生產成本,是生產高強度，高韌性的優(yōu)質鋼材的生產方向。為擴大二扎2500mm中厚板生產線的板材品種，滿足市場對各種高強度，高韌性優(yōu)質中厚板的需要，二軋立足現(xiàn)有設備開具有自己特色的控扎空冷工藝7。3.5 Q550熱軋中厚板的控軋控冷（TMCP）工藝優(yōu)化武鋼Q550高強度鋼原來主要采用調質工藝生產，但是受成本限制

21、，調質工藝逐漸被控軋控冷工藝取代，特別是近年來隨著中厚板生產裝備水平的大幅提高，采用TMCP工藝生產Q550高強鋼已是主流趨勢。武鋼在2003年ACC冷卻系統(tǒng)投入使用后，開展了高強度中厚板軋后直接淬火回火（DQT）工藝代替調質工藝的研究，通過軋后直接淬火代替離線淬火生產高強度結構鋼，以改善鋼材的組織和力學性能。1）1635mm 厚鋼板通過控軋DQT工藝，完全可以取代調質工藝生產，鋼板綜合力學性能滿足技術標準的要求；2）對于1635mm 厚度規(guī)格的鋼板，最佳DQT工藝為終軋溫度800850，最佳回火工藝為700×（253.0×h）min；3）Q550鋼采用低碳微合金化成分設計

22、，保證了鋼板具有良好的強韌性匹配的同時還具有良好的焊接性能，滿足了工程機械用鋼需要，形成了批量供貨能力。，不同控冷狀態(tài)的鋼板回火后強度不能滿足性能要求。1號樣控冷的鋼板進行回火實驗，沖擊功和伸長率在采用700回火時最好8；2號樣控冷的鋼板進行回火實驗，在不同的回火工藝條件下，各項性能都在要求范圍內，伸長率在采用700回火工藝時最好；3號樣控冷的鋼板進行回火實驗，在不同的回火工藝條件下，其冷彎及沖擊大都不合格，伸長率也是在采用700回火時最好。所以20mm 厚試驗鋼的最佳回火工藝為700×（253.0×h）min。綜上所述，2號樣的冷卻工藝最合適，因此試驗鋼20mm厚度規(guī)格鋼

23、板最佳DQ工藝為：終軋溫度800850、開冷溫度780、返紅溫度250，最佳回火工藝為：700×（253.0×h）min。經現(xiàn)場實踐，通過微調終軋溫度及輥速等工藝參數(shù)，對于1635mm厚度規(guī)格的鋼板均達到力學性能要求，考慮到板形問題，現(xiàn)場調試可得最優(yōu)的控冷水比。結論1) 控制軋制與控制冷卻技術及其結合形成的TMCP 工藝在控制高溫奧氏體組織和低溫相變組織中的作用突出，是改善中厚板力學性能的重要手段。2) 采用TMCP 基礎上開發(fā)出來的DQ、IDQ、HOP、DQP 等在線熱處理新技術，在生產高強度鋼時可以部分替代離線QT 技術，縮短流程、降低能耗，提升經濟效益。3) 中厚板廠

24、需要根據(jù)產品的用途和相關標準要求，在TMCP 的工藝精調和優(yōu)化上不斷挖潛，把材料精細設計、工藝優(yōu)化和產品應用相結合，降低生產成本。4) TMCP 無法解決將產能過剩問題導致的深層次問題，無法解決企業(yè)生產工藝趨同和產品結構趨同的問題。由于控軋控冷的方法就能夠生產出強度比較高,硬度比較高,以及一些比較優(yōu)良的鋼板。并且產品成本也是比較低的,因此這種方法在中厚板的生產中得帶一個廣泛的推廣。來滿足不同行業(yè)的生產要求。由于控軋控冷方法能生產出強度高韌性好及可焊性優(yōu)良的鋼板, 而且產品成本低, 因此這種方法在中厚板生產中得到了廣泛迅速的推廣。凡有條件的, 應對現(xiàn)有中厚板生產線加以改造, 使之可以應用控軋控冷

25、生產方法; 對于新建的中厚板生產線, 一定使之具備控軋控冷生產條件,并開發(fā)出適合于條件的生產工藝, 以滿足機械制造業(yè)、船舶工業(yè)、石油化工工業(yè)及大型工程等對中厚板越來越高的要求。5）1635 厚鋼板通過控軋DQT工藝，完全可以取代調質工藝生產，鋼板綜合力學性能滿足技術標準的要求；6）對于1635mm 厚度規(guī)格的鋼板，最佳DQT工藝為終軋溫度800850，最佳回火工藝為700×（253.0×h）min；7）Q550鋼采用低碳微合金化成分設計，保證了鋼板具有良好的強韌性匹配的同時還具有良好的焊接性能，滿足了工程機械用鋼需要，形成了批量供貨能力；8）為了進一步改善DQ鋼板板形，應增

26、加軋后預熱矯直機和對ACC系統(tǒng)進行改造，拓寬DQ鋼板的厚度生產范圍。9）1635mm 厚鋼板通過控軋DQT 工藝，完全可以取代調質工藝生產，鋼板綜合力學性能滿足技術標準的要求；10）對于1635mm 厚度規(guī)格的鋼板，最佳DQT工藝為終軋溫度800850，最佳回火工藝為700×（253.0×h）min；11）Q550鋼采用低碳微合金化成分設計，保證了鋼板具有良好的強韌性匹配的同時還具有良好的焊接性能，滿足了工程機械用鋼需要，形成了批量供貨能力；12）為了進一步改善DQ鋼板板形，應增加軋后預熱矯直機和對ACC系統(tǒng)進行改造，拓寬DQ鋼板的厚度生產范圍。參考文獻1 王路兵. 高級別

27、管線鋼X100的試驗研究 D. 北京科技大學,2008.2 王有銘，李曼云，韋光. 鋼材的控制軋制與控制冷卻M.北京: 冶金工業(yè)出版社，1993.3 康軍艷, 余偉. 回火工藝對針狀鐵素體鋼組織和性能的影響J. 鋼鐵, 2006, (9): 65-694 余偉，張志敏，劉濤 等. 中厚板中間坯冷卻過程中的晶粒長大及控制方法研究J.北京科技大學學報（待發(fā)）5 楊善武，王學敏，尚誠嘉 等. Relaxation of deformed austenite and refinement of in a SteelJ. 北京科技大學學報(英文版),2001，6 CHOO WUNG YONG. New innovative rollingtechnologies for high value-added products in POSCOC.第10屆國際軋鋼年會，中國金屬學會 2