鋼材控軋控冷工藝的技術研究及應用(共11頁)

1、控軋控冷工藝的技術研究(ynji)及應用李薇（沈陽工業(yè)(gngy)大學材控12級，17835289）摘要介紹了控軋控冷的機理，控制軋制的優(yōu)缺點?？刂栖堉婆c傳統(tǒng)軋制的比較；由于各種鋼種以及用戶對產品性能的要求越來越高，使得(sh de)控制軋制應用的必要性逐漸增大。高速線材軋制中應用的主要是控制冷卻工藝，該技術的核心是通過對加熱溫度控制、軋前水冷、精軋機內水冷、精軋機組后水冷、風冷線溫控等參數實現(xiàn)控制軋制。由于線材的軋制速度相比其它都較高，在生產中產生的變形熱也相對較高，實現(xiàn)控制冷卻尤為重要，控制加熱溫度，在軋制的道次間使用間斷冷卻，保證產品的綜合性能。在板帶材中應用的控制軋制技術的核心是在軋制

2、過程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數,改善鋼材的強度、韌性、焊接性能。該項技術問世20年來,經過不斷地完善和鞏固,已經逐步擴展應用到海洋結構用鋼、線棒材、型材等各個領域。關鍵詞控軋控冷機理；特點；必要性；工藝參數；擴展應用高速線材；加熱溫度；控軋控冷Abstract:Describesthemechanismofcontrolledrollingandcoolingtocontroltherollingoftheadvantagesanddisadvantages.Controlledrollingcomparedwiththetraditionalrolling;becaus

3、eofvarioussteelandusersareincreasinglydemandinghighperformance,makingtheneedfortheapplicationofcontrolledrollingincreases.Applicationofhigh-speedwirerodrollingismainlycontrolledcoolingprocess,thetechnologyisthecoretemperaturecontrolbyheating,coolingbeforerollingandfinishingmillinwater-cooled,waterco

4、oledafterfinishingmill,coolinglinetemperatureandotherparameterstoachievecontrolledrolling.Ascomparedtotheotherwireoftherollingspeedishigh,thedeformationgeneratedinthepooductionofheatisrelativelyhigh,thecoolingisparticularlyimportanttoachievecontrol,controlheatingtemperature,therollingisparticularlyi

5、mportanttoachievecontrol,controlheatingtemperture,therollingoftheuseofintermittentcoolingbetweenpasses,toensurethattheintergratedproductproperties(tensilestrength,hardness,etc.).Intheapplicationofplateandstriprollingtechnologyisthecoreofthecontrolduringrollingbycontrollingtheheatingtemperature,thero

6、llingprocess,thecoolingconditions,processparameters,toimprovethesteelsstrength,toughness,weldability.Adventofthistechnologyfor20years,throughcontinuousimprovementandconsolidation,hasbeengraduallyextendedtothemarinestructuralsteel,wirerods,profilesandotherfields.Keywords:mechanism,characteristics,nec

7、essity,processparameters,extensionusingthehighspeedwirerod,heatingtemperature,controlledrollingandcooling1引言(ynyn)控制軋制（C-R）和控制冷卻（C-C）技術的研究始于1890年二次世界大戰(zhàn)的德國，當時科研人員對鋼鐵產品的加熱工條件(tiojin)、材質及顯微金相組織之間的關系進行了非系統(tǒng)的零散研究。到了20世紀60年代初期，在美國科研人員定性地解釋了熱軋后的鋼材繼續(xù)發(fā)生奧氏體再結晶動力學變化后，這才從理論上某種程度的解釋了控制軋制技術。到了20世紀60年代末期，科研人員通過實驗發(fā)現(xiàn)

8、，添加微量元素鈮（Nb）對提高單純軋制鋼材的強度有效。隨后進一步研究表明，造成鈮系鋼材強度高的原因，是由于維系鈮碳氮化合物的鐵素體析出強化造成的,同期英國鋼鐵研究機構對軋制鋼材的顯微結構和機械性能的定量關系、鈮、釩(V)的強化機理,控制軋制原理等進行研究,證實了依靠(yko)物理冶金基礎,進行合理的合金成分的設計和軋制條件的設定,便能達到所期望的鋼材目標性能值和顯微組織。到了20世紀70年代,對鋼材強度、低溫韌性、焊接性能要求更高了,21世紀80年代以來，高速線材的軋制速度己突破100m/s,由于軋制速度的提高，導致軋件的溫升增加，使終軋溫度高于1000，線材成品表面的氧化鐵皮增多、晶粒粗大、

9、鋼材的顯微組織和機械性能極不均勻?？刂栖堉浦兴浜蛙埡蟮纳⒕砝鋮s，以便得到組織性能良好的線材;保證軋件的軋制溫度，控冷控軋就顯得至關重要，因此，合適的控軋控冷參數是軋制生產線水平高低的重要標志之一而此時僅僅依靠傳統(tǒng)的控制軋制技術遠遠不夠。于是在奧氏體控制軋制的基礎上,還需要控制冷卻速度來控制相變本身,于是開始了真正意義的控軋控冷技術的應用?？刂栖堉瓶梢栽诘来伍g控制冷卻還可以減少待溫時間，提高軋機小時產量。在道次間采用控制冷卻，可以精確地控制終軋溫度，減少軋件停下來等待降溫的時間。利用軋后鋼材余熱，給予一定的冷卻速度控制其相變過程，從而可以取代軋后正火處理和淬火加回火處理，節(jié)省了二次加熱的能耗，

10、減少了工序，縮短了生產周期，從而降低了生產成本。2控制(kngzh)軋制的概述2.1控軋控冷的定義(dngy)1控制軋制：是在調整鋼的化學成分的基礎上，通過控制加熱溫度(wnd)、軋制溫度、變形制度等工藝參數，控制奧氏體狀態(tài)和相變產物的組織狀態(tài)，從而達到控制鋼材組織性能的目的。2控制冷卻：是通過控制熱軋鋼材軋后的冷卻條件來控制奧氏體組織狀態(tài)控制相變條件、控制碳化物析出行為、控制相變后鋼的組織和性能。3TMCP：控制軋制和控制冷卻技術結合起來，能夠進一步提高鋼材的強韌性和獲得合理的綜合性能，并能夠降低合金元素含量和碳含量，節(jié)約貴重的合金元素，降低生產成本。2.1.1控制軋制與普通(ptng)軋制

11、的比較與普通生產工藝相比，通過控軋控冷生產工藝可以使鋼板的抗拉強度和屈服強度平均提高約4060MPa，在低溫韌性、焊接性能(xngnng)、節(jié)能、降低碳當量、節(jié)省合金元素以及冷卻均勻性、保持良好板形方面都有無可比擬的優(yōu)越性。2.2鋼板和帶鋼控制軋制工藝(gngy)的種類和特點2.2.1控制軋制的種類：中厚鋼板的普通熱軋工藝是指坯料的加熱溫度一般高于1200，出爐后在高溫區(qū)不間斷地軋制到成品厚度，中軋溫度偏高，多在950以上，變形制度不嚴格控制，軋后一般采用空冷，因而獲得比較粗大的鐵素體和珠光體組織，鋼的力學性能偏低，特別是低溫韌性很難達到要求。根據熱軋過程中變形奧氏體的組織狀態(tài)和相變機制不同，

12、將控制軋制分為三個階段，即在奧氏體再結晶溫度區(qū)的控制軋制稱為奧氏體再結晶型控制軋制；在奧氏體未在結晶溫度區(qū)的控制軋制稱為奧氏體未在結晶型控制軋制；在奧氏體和鐵素體（A+F）兩相溫度區(qū)的控制軋制叫兩相區(qū)控制軋制。中厚板和板帶鋼熱軋時，幾可以采用單一類型的控制軋制工藝，也可以采用兩種或三種類型相配合的控制軋制工藝。2.2.2控制軋制的特點：控制軋制的優(yōu)點1）可以在提高鋼材強度的同時提高鋼材的低溫韌性(rn xn)。2）可以充分發(fā)揮鈮、釩、鈦等微量元素的作用。2控制(kngzh)軋制工藝的缺點：1）要求(yoqi)較低的軋制變形溫度和一定的道次壓下率，因此增大了軋制負荷。2）由于要求較低的終軋溫度，

13、大規(guī)格產品需要在軋制道次之間待溫，降低軋機生產率。3控制冷卻工藝的優(yōu)點1）節(jié)約能耗、降低生產成本。利用軋后鋼材余熱，給予一定的冷卻速度控制其相變過程，從而可以取代軋后正火處理和淬火加回火處理，節(jié)省了二次加熱的能耗，減少了工序，縮短了生產周期，從而降低了生產成本。2）可以降低奧氏體相變溫度，細化室溫組織。軋后控制冷卻能夠降低奧氏體相變溫度，對同一晶粒度級別的奧氏體，低溫相變后會使，晶粒明顯細化，使珠光體片層間隔明顯變薄。3）可以降低鋼的碳當量。采用軋后控制冷卻工藝有可能減少鋼中的碳含量及合金元素加入量，達到降低碳當量的效果。4）道次間控制冷卻可以減少待溫時間，提高軋機小時產量。在道次間采用控制冷

14、卻，可以精確地控制終軋溫度，減少軋件停下來等待降溫的時間。3、控軋控冷的原理控軋控冷技術的基本原理就是控制熱軋(r zh)條件,經過相變過程在奧氏體()的基體(j t)上,形成高密度的鐵素體()晶核,從而(cng r)在相變后,達到細化鋼材的組織結構。經過研究發(fā)現(xiàn)鐵素體的形核位置通常是在奧氏體的相界面、由熱變形和變形帶造成的退火孿晶的內界面。傳統(tǒng)意義上的熱軋產品鐵素體相晶核大量在奧氏體晶界上產生,而控軋控冷軋制后產品的鐵素體相晶核既可以在晶粒內部成核,也可以在晶界上成核,這就導致了兩者在鐵素體晶粒最后結構上的不同?？煞譃榭刂栖堉坪涂刂评鋮s兩個過程。3.1控軋技術控制軋制是在調整鋼的化學成分的基

15、礎上，通過控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數，控制奧氏體狀態(tài)和相變產物的組織狀態(tài)，從而達到控制鋼材組織性能的目的?？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)在奧氏體末再結晶區(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：Ar3(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。3.

16、2控制(kngzh)冷卻技術控制(kngzh)冷卻：是通過控制熱軋鋼材軋后的冷卻條件來控制奧氏體組織狀態(tài)、控制相變條件、控制碳化物析出行為、控制相變后鋼的組織和性能。板帶鋼軋后冷卻技術的發(fā)展經歷了不斷的技術更新。從控制冷卻技術的發(fā)展來看，主要集中在提高冷卻速度（冷卻效率）、溫度均勻性、設備可靠性、提高組織均勻性、控冷板形平直度等幾個方面做出努力。4.控制(kngzh)冷卻技術的作用 控制冷卻的作用可概括為：（1）提高產品質量：力學性能：提高強度，改善韌性；工藝性能：改善可焊性，提高氫致裂紋抗力，提高成形性；組織與結構：增強組織的分散度，可獲得復相組織，細化晶粒，增強析出；表面質量：減少表面劃傷

17、和裂紋，減少氧化鐵皮，無表面脫碳。（2）降低生產成本節(jié)省合金成分，節(jié)約能源，簡化工藝流程，提高成材率。（3）增加社會效益減輕構件或設備重量，節(jié)省自然資源，減少環(huán)境污染。5、研究主要新進展隨著軋制技術的發(fā)展和對新鋼種開發(fā)的不斷追求，對控制冷卻技術提出了更高的要求。在超級鋼采用NG-TMCP技術，目的也是得到硬化的奧氏體。因此，即使在較高的溫度下，也可以通過連續(xù)大變形和應變積累，在軋后通過高冷卻速度得到硬化的、充滿“缺陷”的奧氏體。換言之，在現(xiàn)代的NG-TMCP熱軋生產線上，即使不用“低溫大壓下”，也可以實現(xiàn)奧氏體的硬化1。在這種情況下，就希望盡量采用適于軋件變形的常規(guī)的軋制溫度，但此時終軋溫度較

18、高，如果不加控制，材料會由于再結晶而迅速軟化，失去硬化狀態(tài)。因此，在終軋溫度和相變開始溫度之間的冷卻過程中，應努力設法將奧氏體的硬化狀態(tài)保持到動態(tài)相變點，避免硬化奧氏體的軟化。近年出現(xiàn)的超快速冷卻技術，可以對鋼材實現(xiàn)每秒幾百攝氏度的超快速冷卻，使得材料在極短的時間內迅速通過奧氏體相區(qū)，將硬化奧氏體“凍結”到動態(tài)相變點。這就為保持奧氏體的硬化狀態(tài)和進一步進行相變控制提供了重要基礎2。完成超快速冷卻后，還有后續(xù)相變過程的控制。這方面，現(xiàn)代的控制冷卻技術可以提供良好的控制手段，實現(xiàn)冷卻路徑的精確控制。對NG-TMCP而言，相變強化仍然是可以利用的重要強化手段；同樣，還可以根據需要，適量加入微合金元素

19、，實現(xiàn)析出強化?？傊?，NG-TMCP能充分調動各種強化手段，提高材料的強度，改善綜合性能，最大限度地挖掘材料的潛力3。(1)熱軋帶鋼超快速冷卻的應用：漣鋼2250mm熱連軋生產線的超快速冷卻系統(tǒng)已經投入使用，其采用了“傾斜式超快速冷卻+ACC”的混合配置方式，3mm厚的帶鋼最大冷卻速度可達到300/s，超出常規(guī)層流冷卻設備的冷卻能力。傾斜布置的噴嘴，可以對鋼板全寬實行均勻的“吹掃式”冷卻，掃除鋼板表面存在的氣膜，達到全板面的均勻核沸騰，不僅可以大大提高冷卻效率，而且可以突破高速冷卻時冷卻均勻性這一瓶頸問題，實現(xiàn)帶材全寬、全長上均勻化的超快速冷卻，得到平直度極佳的無殘余應力的產品4。(2)中厚板

20、超快速冷卻（UltraFastCooling-UFC）5的應用：中厚板軋機與熱連軋機不同，是可逆式軋制，軋后冷卻系統(tǒng)與軋機的距離較遠，硬化狀態(tài)的保持有一定的難度，但是也有可能利用超快速冷卻實現(xiàn)NG-TMCP的功能，提高中厚板產品的質量。目前中厚板超快速冷卻裝置已投入使用或正在調試的企業(yè)生產線有河北敬業(yè)集團3000mm生產線、鞍鋼4300mm生產線以及首鋼首秦公司4300mm生產線等?！癠FC-DQ”是利用超快冷裝置的DQ功能,實現(xiàn)軋件的在線淬火。而“OnlineT”的設備被稱為“HOP(heattreatmenton-lineprocess),是利用大功率電磁感應線圈對DQ后的鋼板進行在線回火

21、6。HOP是目前世界上惟一的一套中厚板在線熱處理設備,2003年開始安裝于JFE西日本制鐵所福山廠,2004年5月投產,可以處理的鋼板寬度達到415m。(3)棒線材超快速冷卻的應用：實現(xiàn)熱軋帶肋鋼筋軋后超快速冷卻的關鍵工藝設備是超快速冷卻水冷器。國內現(xiàn)有的余熱淬火水冷器需要進行改造，才可以提高冷卻效率，實現(xiàn)熱軋帶肋鋼筋軋后超快速冷卻。該工藝的使用可以做到不改造主要設備，不需降低作業(yè)率，不需低溫軋制，不需余熱淬火。由于強化了冷卻效果，可以提高冷床的冷卻效率，從而提高產量。采用熱軋帶肋鋼筋超快速冷卻技術，可以在少用或者不用合金元素的情況下，利用335MPa級的20MnSi生產HRB400、HRB5

22、00螺紋鋼筋，大幅度提高產品質量，降低生產成本。6.發(fā)展趨勢：TMCP技術在某些鋼材的生產應用方面已趨于成熟，但是在有些領域還沒有進行嘗試或是(hu sh)沒有取得突破。以下僅從兩個方向說明TMCP技術的發(fā)展趨勢7。(1)TMCP技術在鋼管軋制(zh zh)中的應用設想：迄今為止，TMCP在熱軋板材方面的生產應用已十分廣泛，但在無縫鋼管，尤其是中大直徑無縫鋼管領域，其工業(yè)推廣目前尚處起步階段，需經制管企業(yè)根據各自工藝及裝備條件有步驟地組織實施，不斷實踐、不斷完善。無縫鋼管的生產具有相對較高的開軋、終軋溫度以及相對有限的減壁變形率；另一方面，與其他長材相比，無縫鋼管具有較大的輪廓斷面尺寸、較大的

23、規(guī)格變化范圍,從而使其在線熱處理的控制與實施面臨較多的變數；加之其機組生產效率、設備能力和材料熱塑性等因素的影響(yngxing),使得TMCP在無縫鋼管生產中的實施與應用受到很大約束。TMCP的實施原則就是要在這樣的約束條件下，在對特定產品的使用性能、物理冶金、鋼種成分、工藝參數和測控手段等各方面進行量身定制的基礎上，盡可能地利用和發(fā)掘在線調控的工藝資源，通過靈活調節(jié)軋件形變與溫度變化的幅值及速率，經濟、高效地賦予該產品以預期的性能。(2)TMCP技術在H型鋼(xnggng)軋制中的應用前景：由于常規(guī)控制冷卻系統(tǒng)的冷卻能力不足，需要較大的建設長度，同時翼緣和腹板冷卻條件不同，會造成不同部分極大的溫差，所以我國H型鋼軋機的控制冷卻一直是空白，這在一定程度上限制了H型鋼軋機的技術進步和高附加值減量化產品的開發(fā)。所以，將TMCP技術應用于H型鋼的生產，是我們正在研究與發(fā)展的目標，在某些高校與企業(yè)的合作中已取得初步進展8參考文獻1NKKSFukuyama.Super-OLACHIntroducedatHouStripMillforAutomotiveSteelSheetProductionEB/OL.(2002-07-15)2GladmanT,DulieuD,MclvorID.Structurepropertyrelationshipsinhighstrength