線(xiàn)棒材的koong冷技術(shù)

線(xiàn)棒材的空扎空冷技術(shù)2013年1月18日匯報(bào)人：高建

邯鋼面臨的問(wèn)題資源限制：能源、水、原材料環(huán)境負(fù)荷：廢物、廢水、廢氣產(chǎn)品：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（品種范圍、高端高附加值產(chǎn)品）、綜合性能與其它鋼廠的差距目前鋼鐵工業(yè)形勢(shì)：訂單，鋼鐵價(jià)格，利潤(rùn)空間出路：尋求新的技術(shù)支撐，新技術(shù)、新工藝，開(kāi)發(fā)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)品當(dāng)前鋼材產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要方向遵循科學(xué)發(fā)展觀，節(jié)省資源、能源，減少排放，保護(hù)環(huán)境，生態(tài)友好的高性能綠色產(chǎn)品。減量化的成分設(shè)計(jì)+減量化的生產(chǎn)工藝減量化的綠色產(chǎn)品（產(chǎn)品創(chuàng)新）節(jié)省能源資源節(jié)省能源，降低成本，減少排放，保護(hù)環(huán)境用戶(hù)減量化，節(jié)省鋼材，減少加工量控軋控冷發(fā)展的三個(gè)階段控軋控冷是伴隨著超級(jí)鋼的開(kāi)發(fā)而發(fā)展的，作者將其分為三個(gè)發(fā)展階段：第一階段：傳統(tǒng)的控軋控冷，低溫大壓下，微合金元素，少水無(wú)水。目標(biāo)：晶粒細(xì)化第二階段：低溫大壓下，強(qiáng)化冷卻，少無(wú)微合金元素。目標(biāo)：晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化，水的優(yōu)化使用第三階段：新一代TMPC，超快冷，少無(wú)微合金元素，在線(xiàn)熱處理工藝（HOP工藝）。目標(biāo)：晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化、減免離線(xiàn)處理TMCP機(jī)理傳統(tǒng)TMCP基本要素控制軋制控制冷卻再結(jié)晶溫度動(dòng)態(tài)相變溫度未再結(jié)晶溫度區(qū)間低溫大壓下添加Nb等微合金元素，提高再結(jié)晶溫度TMCP工藝及其關(guān)鍵點(diǎn)TMCP的關(guān)鍵點(diǎn)：“奧氏體狀態(tài)的控制”和進(jìn)一步的“由這種狀態(tài)受到控制的奧氏體發(fā)生的相變的控制”。控制軋制要點(diǎn)：奧氏體狀態(tài)的控制（晶粒尺寸、硬化狀態(tài))控制冷卻要點(diǎn)：奧氏體相變條件控制（開(kāi)冷溫度、冷卻速率、終冷溫度、冷卻路徑)保持應(yīng)變硬化奧氏體再結(jié)晶形核奧氏體晶粒長(zhǎng)大常規(guī)鐵素體晶粒細(xì)化鐵素體晶粒塑性變形相變相變常規(guī)軋制控制軋制低溫未再結(jié)晶區(qū)軋制再結(jié)晶區(qū)軋制高能狀態(tài)保持釋放控制軋制控制軋制是通過(guò)微合金化處理，從軋前的加熱到最終軋制道次結(jié)束為止的整個(gè)軋制過(guò)程實(shí)行最佳控制的全新工藝，以控制奧氏體狀態(tài)和相變產(chǎn)物的組織狀態(tài)，達(dá)到改善鋼材的綜合機(jī)械性能的目的。提高鋼材強(qiáng)度，并具有良好韌性和焊接性能的方法是細(xì)晶化，主要是細(xì)化鐵素體晶粒。它可以通過(guò)兩種途徑來(lái)完成：一種是細(xì)化奧氏體晶粒，然后通過(guò)相變得到細(xì)化的鐵素體晶粒；另一種是直接細(xì)化鐵素體晶粒。細(xì)化奧氏體的機(jī)理首先要細(xì)化原始奧氏體晶粒，即從加熱溫度、加熱時(shí)間和加入微量合金元素這三方面入手，然后采用形變?cè)俳Y(jié)晶的方法。直接細(xì)化鐵素體晶粒，主要是在兩相區(qū)軋制。在未再結(jié)晶區(qū)內(nèi)軋制時(shí)，變形奧氏體晶粒不發(fā)生再結(jié)晶，而是沿軋制方向伸長(zhǎng)，在奧氏體晶粒內(nèi)產(chǎn)生形變帶和大量位錯(cuò)，一個(gè)奧氏體晶粒被形變帶分割成幾個(gè)小部分，顯著增加有效晶界面積，細(xì)化相變后的鐵素體晶粒。

加熱溫度對(duì)控軋效果的影響奧氏體晶粒尺寸的大小直接影響到軋后晶粒尺寸。奧氏體晶粒尺寸的長(zhǎng)大，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)變后組織粗大。降低加熱溫度可以縮短軋件在高溫區(qū)停留時(shí)間，避免再結(jié)晶奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，而使韌性下降。故一般認(rèn)為鋼坯在1150℃加熱最適宜。由Hall——Pecth理論可知，粗大組織直接影響到鋼材的性能，特別是低溫沖擊韌性。在線(xiàn)棒生產(chǎn)中，初軋機(jī)架變形量很大，大于臨界變形量，使變形晶粒完全再結(jié)晶；且軋制節(jié)奏快，再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大有限，加熱溫度可提高到1180℃。

變形量與低溫韌性的關(guān)系變形溫度一定時(shí)，變形后的奧氏體晶粒直徑隨變形量的增大而減小。奧氏體在高溫區(qū)變形時(shí)，由于變形后奧氏體再結(jié)晶數(shù)量隨變形量的增加而增加，再結(jié)晶形核速率較快，在晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中，晶粒相互碰撞，從而晶粒尺寸普遍減小，奧氏體晶粒直徑就較小。當(dāng)奧氏體在低溫區(qū)變形時(shí)，奧氏體晶粒隨變形量的增加而被拉長(zhǎng)、壓扁，晶內(nèi)出現(xiàn)大量變形帶，此時(shí)，再結(jié)晶晶粒不但在晶界處形核，而且在變形帶上形核，使奧氏體晶粒較小。因此為了保證最大限度地細(xì)化晶粒，避免粗大奧氏體晶粒出現(xiàn)，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)必須給予大的變形量，使變形晶粒完全再結(jié)晶，使再結(jié)晶后的晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，從而得到均勻、細(xì)小的奧氏體晶粒組織。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行軋制，變形晶粒不再進(jìn)行再結(jié)晶，而是沿軋制方向拉長(zhǎng)、壓扁，晶內(nèi)形成大量滑移帶和位錯(cuò)，碳、氮化合物優(yōu)先在這些部位析出，而且主要沿奧氏體晶界析出，可以阻止晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)，隨著變形量的加大，鐵素體形核部位增多，轉(zhuǎn)變結(jié)束后，鐵素體含量增高，珠光體數(shù)量減少。因而相變后的組織更細(xì)、更均勻。控軋的優(yōu)點(diǎn)l)顯著提高鋼的強(qiáng)度和改善鋼的低溫韌性細(xì)化晶粒。常規(guī)軋制工藝，鐵素體晶粒最好能達(dá)到7—8級(jí)；而控軋工藝，鐵素體晶粒度可達(dá)12級(jí)。2)簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省能源?？剀埞に嚳梢蕴娲；に囘_(dá)到提高鋼的強(qiáng)度和改善鋼的低溫韌性。3)充分發(fā)揮微合金元素的作用

控制冷卻控制軋制可以細(xì)化晶粒，改善鋼的強(qiáng)度和韌性。軋后控制冷卻的目的是改善鋼材的組織狀態(tài)，細(xì)化奧氏體組織，阻止或延遲碳、氮化物在冷卻過(guò)程中過(guò)早析出，使其在鐵素體中彌散析出，提高強(qiáng)度。同時(shí)減小珠光體團(tuán)的尺寸，細(xì)化珠光體片層間距，改善鋼材的綜合力學(xué)性能。但是由形變誘發(fā)相變，使Ar3溫度提高，特別是在未再結(jié)晶區(qū)這種作用更明顯，導(dǎo)致鐵素體在較高溫度下析出，軋后緩慢冷卻易使晶粒長(zhǎng)大，因此軋后要控制適當(dāng)?shù)睦鋮s速度?？剀埡蟮睦鋮s速度，對(duì)鐵素體晶粒尺寸有明顯影響，冷速加大，鐵素體晶粒變細(xì)，因此強(qiáng)度隨冷速增大而升高。但冷速過(guò)大，終冷溫度就會(huì)降低，鋼的顯微組織中將出現(xiàn)中、低溫組織（貝氏體或馬氏體）。因此控軋控冷的良好配合才能得到強(qiáng)度和韌性良好的材料?？刂栖埡罄鋮s還可以減小珠光體的片間距，增加鋼的強(qiáng)度而不損害韌性。軋后的終冷溫度對(duì)鋼的顯微組織的影響是終冷溫度過(guò)高，析出的鐵素體也會(huì)長(zhǎng)大，終冷溫度在550一650℃之間，鐵素體晶粒不易長(zhǎng)大，又不易出現(xiàn)B和M組織，這樣既可以增加鋼的強(qiáng)度，又對(duì)鋼的韌性影響不大?？刂评鋮s控制相變鋼坯加熱冷卻模式可以通過(guò)水量水壓控制控冷的優(yōu)點(diǎn)提高產(chǎn)品質(zhì)量：提高強(qiáng)度，改善韌性，改善可焊性，提高氫致裂紋抗力，提高成型性；增強(qiáng)組織的分散度，細(xì)化晶粒和減小珠光體的片間距，增加鋼的強(qiáng)度而不損害韌性；增強(qiáng)析出；減少氧化鐵皮，表面脫碳。節(jié)省合金，節(jié)約能源，簡(jiǎn)化工藝流程，提高成材率，降低成本。減輕構(gòu)件或設(shè)備重量，節(jié)省自然資源，減少環(huán)境污染。

新一代TMPCUFC動(dòng)態(tài)相變溫度冷卻路徑控制①②NG-TMCP正常軋制溫度T③④傳統(tǒng)TMCP:低溫大壓下TimeTemperatureUFC“凍結(jié)”硬化的奧氏體正常溫度連續(xù)軋制+UFC+動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)+隨后冷卻路徑控制不添加或少添加微合金元素減量化超級(jí)鋼強(qiáng)化機(jī)制現(xiàn)代軋制過(guò)程特點(diǎn)（連續(xù)大變形、高應(yīng)變速率、低變形溫度(硬化奧氏體)）和冷卻過(guò)程特點(diǎn)(變形后立即進(jìn)入冷卻區(qū)，高冷卻速率)，從溫度和時(shí)間兩方面考慮，低碳超級(jí)鋼的強(qiáng)化機(jī)制：利用軋制過(guò)程中得到強(qiáng)化的奧氏體，利用冷卻過(guò)程對(duì)硬化奧氏體的轉(zhuǎn)變進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制——細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化。新一代TMCP追求的是細(xì)晶化，強(qiáng)調(diào)軋制和冷卻分工，強(qiáng)調(diào)軋制過(guò)程是能量的積累過(guò)程（抑制再結(jié)晶軟化），希望累計(jì)能量，為相變準(zhǔn)備條件；強(qiáng)調(diào)冷卻過(guò)程的控制，利用冷卻過(guò)程控制相變的方向和組織（包括晶粒尺寸）。

超級(jí)鋼組織控制要點(diǎn)利用現(xiàn)代軋制過(guò)程的連續(xù)大變形，得到細(xì)晶、硬化的奧氏體，為后續(xù)相變做好組織準(zhǔn)備，利用快速冷卻對(duì)硬化的奧氏體的相變進(jìn)行控制。把軋后冷卻的控制作為關(guān)注的重點(diǎn)，易于在現(xiàn)有的軋制工藝、設(shè)備條件下實(shí)施。工業(yè)生產(chǎn)證實(shí)當(dāng)前條件下晶粒細(xì)化的適宜尺寸范圍：線(xiàn)材6-7微米，棒材8-10微米。高速連軋的溫度制度新一代的TMPC采用適宜的正常軋制溫度進(jìn)行連續(xù)大變形，在軋制溫度上不再堅(jiān)持低溫大壓下的原則，軋制負(fù)荷（包括軋制力和電機(jī)電流）可以大幅度降低，設(shè)備條件限制可以大為放松?？梢源蟠筇岣哕堉频目刹僮餍裕苊廛堉乒に囀鹿?，同時(shí)也延長(zhǎng)了軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等軋制工具的壽命，有利于降低成本，提高產(chǎn)量。軋后鋼材由終軋溫度極速快冷，經(jīng)過(guò)一系列精細(xì)控制，迅速通過(guò)奧氏體區(qū)，達(dá)到快速冷卻條件下的動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)。在軋件溫度達(dá)到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)后，立即停止超快速冷卻。晶粒尺寸與鋼材強(qiáng)韌性的關(guān)系鋼中組織特別是晶粒尺寸的大小對(duì)鋼材強(qiáng)韌性起著重要的作用。晶粒尺寸的大小對(duì)鋼材強(qiáng)韌性的影響，可由Hall——Petch關(guān)系式表示:σ=σ0+kd-1/2其中σ是外加應(yīng)力，σ0、k在一定溫度一定應(yīng)變速率下是常數(shù)，d晶粒直徑晶粒細(xì)化原理正常溫度下的連續(xù)大壓下+UFC+相變點(diǎn)附近停止冷卻+隨后控制冷卻路徑保持硬化奧氏體不變，直到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)提高形核率，控制晶粒長(zhǎng)大速率細(xì)化鐵素體晶粒不添加或少添加微合金元素－減量化優(yōu)良的力學(xué)性能(高強(qiáng)度,良好的韌性,低屈強(qiáng)比)和良好的焊接性能，生產(chǎn)順利正常溫度熱軋UFC動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)冷卻路徑控制TemperatureTime硬化的奧氏體UFC停止.相變開(kāi)始.現(xiàn)代線(xiàn)材軋制：高速、大壓下、高終軋溫度軋制速度大于100m/s終軋溫度接近1000℃

現(xiàn)代線(xiàn)材軋制特點(diǎn)：大壓下連續(xù)軋制+高速軋制→高的終軋溫度（1000℃）怎樣實(shí)現(xiàn)TMCP？前部機(jī)架：應(yīng)變積累后，發(fā)生動(dòng)態(tài)和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒細(xì)化；后部機(jī)架，應(yīng)變積累，得到應(yīng)變硬化奧氏體。軋制后快速冷卻，在適當(dāng)?shù)臏囟韧Ｖ估鋮s。超快速冷卻技術(shù)具備以下特點(diǎn)：具有超快的冷卻能力；可以實(shí)現(xiàn)高精度的冷卻終止溫度控制。實(shí)施超快速冷卻后的鋼材還要依據(jù)所需要的組織和性能要求，進(jìn)行冷卻路徑控制，從而得到多樣化的相變組織和多樣化的材料性能。這對(duì)于利用簡(jiǎn)單的成分設(shè)計(jì)獲得不同性能的材料，實(shí)現(xiàn)柔性化的軋制生產(chǎn)，提高煉鋼和連鑄的生產(chǎn)效率，具有重要意義。冷卻條件的控制：冷卻速率、開(kāi)冷溫度、終冷溫度、冷卻模式冷卻路徑控制正常溫度熱軋UFC動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)TemperatureTime保溫以進(jìn)行鐵素體相變連續(xù)冷卻ColorfulOn-LineHeatTreatmentwithUFCTemperature,℃TimeUFC-F：保溫以進(jìn)行鐵素體相變UFC-M=DQMsFBMB+RAF+PHTRUFC-B:保溫以進(jìn)行貝氏體相變和碳化物析出MM’＋CCertainly，ColorfulMicrostructure&Properties！B+C300400500600700800900新一代控軋控冷的優(yōu)勢(shì)大大降低對(duì)微合金的依賴(lài)，在材料設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)低成本、減量化，節(jié)省資源和能源，降低生產(chǎn)成本。采用正常軋制溫度進(jìn)行連續(xù)大變形，大幅度降低軋制負(fù)荷，放松設(shè)備條件的限制，提高軋制的操作穩(wěn)定性。依據(jù)所需要的組織和性能要求，進(jìn)行冷卻路徑控制，從而得到多樣化的相變組織和優(yōu)異的材料性能?？梢园l(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化的作用，材料的力學(xué)性能可以大為改善；均勻冷卻，最終組織、性能均勻，降低材料中的殘余應(yīng)力；材料的碳當(dāng)量低，具有良好的焊接性能。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的規(guī)律資料顯示當(dāng)應(yīng)變速率超過(guò)10s-1時(shí)，即使變形溫度很高，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程也很難發(fā)生。高溫快速變形同樣能獲得很高的能量狀態(tài)。軋制過(guò)程的組織控制細(xì)化晶粒的微觀機(jī)制：再結(jié)晶控制軋制——細(xì)化奧氏體；未再結(jié)晶控制軋制——硬化奧氏體；形變誘導(dǎo)相變。實(shí)現(xiàn)奧氏體硬化的基本思路變形后冷卻過(guò)程的相變變形對(duì)低碳鋼奧氏體/鐵素體、奧氏體/珠光體、奧氏體/貝氏體相變的影響規(guī)律：變形促進(jìn)鐵素體相變，降低變形溫度有利于獲得等軸狀鐵素體；變形對(duì)珠光體的形核沒(méi)有直接影響，但變形增加了珠光體的分散度，從而改變了珠光體的分布；在一定的溫度范圍內(nèi)，變形對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有明顯的促進(jìn)作用。利用相變