鋼材控制軋制和控制冷卻

1、.鋼材控制軋制和控制冷卻姓名：蔡翔班級：材控12學(xué)號：.鋼材控制軋制和控制冷卻摘要：控軋控冷是對熱軋鋼材進行組織性能控制的技術(shù)手段，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱軋帶鋼、中厚板、型鋼、棒線材和鋼管等鋼材生產(chǎn)的各個領(lǐng)域?？剀埧乩浼夹g(shù)能夠通過襲警搶話、相變強化等方式，使鋼材的強度韌度得以提高。Abstract : controlled rolling is controlled cooling of hot rolled steel organization performance control technology, has been widely used in the hot rolled stri

2、p steel, plate, steel, wire rod and steel pipe and other steel products production fields.Controlled rolling technology of controlled cooling can pass over assaulting a police officer, phase transformation strengthening and so on, to improve the strength of the steel toughness.關(guān)鍵詞 : 寬厚板廠，控制軋制，控制冷卻1.

3、 引言：控軋控冷技術(shù)的發(fā)展歷史：20 世紀之前，人們對金屬顯微組織已經(jīng)有了一些早期研究和正確認識，已經(jīng)觀察到鋼中的鐵素體、滲碳體、珠光體、馬氏體等組織。 20世紀 20 年代起開始有學(xué)者研究軋制溫度和變形對材料組織性能的影響，這是人們對鋼材組織性能控制的最初嘗試，當時人們不僅已經(jīng)能夠使用金相顯微鏡來觀察鋼的組織形貌，而且還通過 X 射線衍射技術(shù)的使用加深了對金屬微觀組織結(jié)構(gòu)的認識。1980 年 OLAC層流層裝置投產(chǎn)，控軋控冷在板帶、棒線材等大面積應(yīng)用，技術(shù)已成熟，理論進展發(fā)展迅速。2 控軋控冷技術(shù)的冶金學(xué)原理2.1鋼的強化機理及對韌性的影響鋼的強化機理主要有：固溶強化、析出強化、位錯強化、細

4、晶強化 ( 晶界強化、亞晶強化 ) 、相變強化等。固溶強化，通過添加 C、Mn、Si 、Ni 等合金元素來獲得。通過添加 N b、V、Ti 微合金元素.及采用控制軋制工藝可實現(xiàn)細晶強化、析出強化、位錯強化。在采用強化手段提高鋼的強度的同時， 還必須考慮到強化手段對鋼韌性的影響。通常固溶強化 (Ni 元素除外 ) 、析出強化、位錯強化的結(jié)果導(dǎo)致脆性轉(zhuǎn)變溫度升高； 而細晶強化使脆性轉(zhuǎn)變溫度下降。 因此通過控軋工藝以獲得細小鐵素體晶粒及采用奧氏體和鐵素體兩相區(qū)軋制獲得鐵素體亞晶組織，在提高鋼的強度的同時， 又可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。加入 Nb、Ti 微合金元素后，由于析出強化使屈服強度上升，同時脆性轉(zhuǎn)

5、變溫度也上升。當采用控軋工藝后，細晶強化與析出強化共存，使屈服強度上升，脆性轉(zhuǎn)變溫度下降,即提高了鋼的強韌性。V 微合金元素細晶強化不明顯，對改善鋼的韌性不利，一般需與 Nb 組合使用，發(fā)揮 V 的析出強化和 Nb 的細晶強化的綜合使用，以改善鋼的強韌性。鋼中第二相組織的存在，對脆性轉(zhuǎn)變溫度有不利影響，因而盡可能降低其體積比或細化第二相組織使其均勻分布。綜合上述，細晶強化是提高鋼強韌性的最佳手段。 2.2 獲得細小鐵素體晶粒的途徑三階段控制軋制原理如上所述，細晶強化可獲得高的強韌性， 它可通過奧氏體再結(jié)晶區(qū)域控軋、奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域控軋、 奧氏體和鐵素體兩相區(qū)控軋來獲得細小鐵素體晶粒。2.2.

6、1奧氏體再結(jié)晶區(qū)域軋制( 950)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)域軋制時,軋件在軋機變形區(qū)內(nèi)發(fā)生動態(tài)回復(fù)和不完全再結(jié)晶。在兩道次之間的間隙時間內(nèi),完成靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶。加熱后獲得的奧氏體晶粒隨著反復(fù)軋制再結(jié)晶而逐漸變細。圖中第階段 ,由于軋件溫度較高 ,奧氏體再結(jié)晶在短時間內(nèi)完成且迅速長大，未見明顯的晶粒細小。 隨著軋制溫度的降低 ,軋.制道次的增多 ( 即:再結(jié)晶次數(shù)的增多 ) ，在低溫再結(jié)晶區(qū)域 ( 圖中第階段 ) 軋制時，晶粒細化效果明顯，強化作用充分體現(xiàn)出來，相變后的組織為細小等軸的鐵素體晶粒和珠光體組織。2.2.2奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域軋制(950 Ar3)在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域 ( 圖中第階段 )

7、 軋制時，由于軋后的奧氏體不產(chǎn)生再結(jié)晶， 因此隨著軋制道次的增加， 變形奧氏體晶粒沿軋制方向逐漸拉長， 且在變形奧氏體晶粒中形成大量的變形帶和位錯。 變形奧氏體的晶界、 變形帶及位錯等處是鐵素體形核部位。 隨著變形量的增大，變形帶數(shù)量增多， 而且分布更均勻。另外奧氏體晶粒被拉長后，將阻礙鐵素體晶粒的長大， 因而相變后可獲得更加細小的鐵素體及珠光體組織。 對于微合金鋼而言， 微合金元素的碳氮化合物在相變時，優(yōu)先在奧氏體晶界、變形帶、位錯處析出，從而阻礙鐵素體、珠光體晶粒的長大。2.2.3奧氏體和鐵素體兩相區(qū)軋制(Ar3)在(C+A)兩相區(qū) ( 圖中第階段 ) 高溫區(qū)域軋制一定的道次，達到一定累積

8、變形量，未相變的變形奧氏體由于變形而繼續(xù)被拉長。同時晶粒內(nèi)形成的變形帶及位錯， 在這些部位形成新的等軸鐵素體晶粒。而先析出的鐵素體晶粒， 由于塑性變形在晶粒內(nèi)部形成大量的位錯，并經(jīng)回復(fù)形成亞晶結(jié)構(gòu)。這些亞晶結(jié)構(gòu)使鋼的強度提高，脆性轉(zhuǎn)變溫度降低。經(jīng) (C+A)兩相區(qū)軋制后，室溫條件下金相組織較復(fù)雜，通常為由極細小的等軸鐵素體、 拉長的鐵素體、 具有亞晶結(jié)構(gòu)的變形鐵素體、極細小的珠光體組成的混合組織。 兩相區(qū)軋制使相變后組織更加細小，同時產(chǎn)生了位錯強化及亞晶強化， 從而進一步提高了鋼的強度和韌性。.2.3控制冷卻的強韌性機理盡管控制軋制能有效地改善鋼材的性能， 但由于熱變形因素的影響，使得鋼的相變

9、溫度 (Ar3) 提高，致使鐵素體在較高溫度下析出 , 在空冷過程中鐵素體晶粒長大，從而使控制軋制效果受到限制。因此，控制軋制必須配合加速冷卻( 即:控制冷卻 ) 工藝，降低相變溫度，進一步細化鐵素體及珠光體組織，同時使Nb、Ti 、V 微合金元素的碳氮化合物更加彌散析出， 進一步提高析出強化效應(yīng)。 當冷卻速度達到一定值時，軋后加速冷卻得到的相變組織從鐵素體和珠光體組織變成更細小的鐵素體和貝氏體組織，貝氏體量隨著冷卻速度加快而增加，且生成的貝氏體組織極細， 從而使鋼板強度進一步提高。 體現(xiàn)鋼韌性指標的脆性轉(zhuǎn)變溫度受多種因素影響。晶粒細化使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，而析出強化效應(yīng)增強， 珠光體和貝氏體的

10、體積分量增加，使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。加速冷卻后最終脆性轉(zhuǎn)變溫度是降低還是升高，取決于上述兩方面因素的綜合作用結(jié)果。只要合理選取加速冷卻工藝，能在提高鋼的強度的同時，維持高的韌性指標。3 控制軋制的主要工藝參數(shù)控制軋制的主要工藝參數(shù)有: 加熱溫度、加熱時間、開軋溫度、軋鋼的變形量、精軋開軋溫度、中間坯厚度和終軋溫度。3.1 加熱溫度加熱溫度對 Nb、V 在奧氏體中的固溶量有很大的影響, 在 Nb、V 能固溶的范圍內(nèi)盡量采用低溫加熱, 使高溫奧氏體晶粒不致于粗化, 從而改善韌性。若加熱溫度過低 , 將存在部分未溶微合金碳氮化物, 由于顆粒大于 1000, 不可能產(chǎn)生抑制奧氏體再結(jié)晶的作用。適當提高再

11、加熱溫度 , 使微合金元素的固溶量增加從而提高鋼的強度和有效提高奧.氏體的再結(jié)晶終止溫度。若再加熱溫度過高, 則會使原始奧氏體晶粒粗化 , 從而使相變后的鐵素體晶粒更粗大, 不利于鋼的韌性。另外, 板坯在爐加熱時間對管線鋼的探傷合格率有一定的影響。3.2 軋鋼的變形量軋鋼過程中存在再結(jié)晶區(qū)域、部分再結(jié)晶區(qū)域和未再結(jié)晶區(qū)域。為了細化鐵素體晶粒 , 在再結(jié)晶區(qū)進行多道次大變形量 ( 每道次變形量必須大于再結(jié)晶臨界變形量 ) 高溫粗軋 , 通過形變 / 再結(jié)晶反復(fù)進行使奧氏體晶粒充分細化 ; 同時還須保證粗軋結(jié)束時處于完全再結(jié)晶區(qū) , 不能進入部分再結(jié)晶區(qū) , 以免產(chǎn)生混晶組織。 根據(jù)變形溫度可知

12、, 此時變形處在部分再結(jié)晶區(qū) , 奧氏體再結(jié)晶數(shù)量急劇增加。同時變形量的增加使晶粒變形加劇 , 晶粒因發(fā)生畸變增加了儲存能 , 發(fā)生再結(jié)晶時形核的驅(qū)動力增加 , 促進了再結(jié)晶的發(fā)生 , 使奧氏體晶粒更加細小 , 并最終獲得細小的鐵素體晶粒。在未再結(jié)晶區(qū)精軋時必須保證較大的累積變形量 , 這樣才可使奧氏體晶粒充分壓扁 , 在拉長的奧氏體晶粒內(nèi)產(chǎn)生高密度的形變孿晶和形變帶 , 同時微合金元素的碳氮化物因應(yīng)變誘導(dǎo)析出 , 從而為鐵素體轉(zhuǎn)變提供更多的有利形核位置。因此 , 在未再結(jié)晶區(qū)軋制時累積變形量越大 , 軋后鐵素體晶粒的細化效果越好 , 改善鋼綜合性能的效果越顯著。3.3 中間坯厚度再結(jié)晶區(qū)軋制

13、結(jié)束后板坯待溫時的厚度稱為中間坯厚度。 適當增加中間坯厚度 , 可增大再結(jié)晶溫度以下時的累積變形量 ( 即精軋累積變形量 ), 使變形奧氏體晶粒內(nèi)部的形變能和形變?nèi)毕菰龆?, 從而有利于提高相變驅(qū)動力 , 減少帶狀區(qū)域相變溫度差 , 減小相變的不同時.性 , 有利于鐵素體均勻形核 , 最終使晶粒細化并減少帶狀組織 , 進一步改善鋼的綜合性能。適當?shù)卦黾又泻癜遘埣闹虚g坯厚度 , 致使表層奧氏體組織在低溫時發(fā)生大變形 , 加上機架間除鱗高壓水冷卻、軋件與傳送輥、軋輥的接觸導(dǎo)熱可快速降低表層組織的溫度 , 促使表層組織發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)相變 , 在適當條件下可實現(xiàn)表層組織的超細晶化。在軋制過程中軋件表層

14、組織硬化使其變形抗力逐漸增大 , 有利于變形向心部滲透 , 從而細化表層以下材料的晶粒 , 進而實現(xiàn)內(nèi)部組織的細晶化。4 在中厚板中的應(yīng)用中厚鋼板“微合金化 +控軋控冷”的生產(chǎn)工藝是一種先進的優(yōu)質(zhì)中厚鋼板生產(chǎn)工藝 , 可以取代多種鋼板的 “熱軋 +離線熱處理” 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝 , 有效降低生產(chǎn)成本 , 是生產(chǎn)高強度、高韌性優(yōu)質(zhì)鋼板的工藝發(fā)展方向。4.1坯料加熱鋼坯加熱溫度的高低影響軋制前原始奧氏體晶粒的大小, 從而影響鋼材抗脆性斷裂的能力。 為了使控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼材具有良好的綜合力學(xué)性能 , 要求鋼坯加熱溫度應(yīng)控制在 1 1001 250?？紤]到二軋廠軋機主電機能力偏小 , 在這個溫度范圍軋制將很困難 , 為此將鋼坯的加熱溫度定為 1 1501 280, 在實際生產(chǎn)過程中根據(jù)軋制的溫度情況在這個范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。 正常情況下采用雙爐模式生產(chǎn) , 加熱時間和保溫時間都足夠長 , 可使鋼坯加熱均勻。4.2坯料除鱗加熱后坯料經(jīng)除鱗箱進行初次除鱗, 軋制時再根據(jù)板面情況利用機前機架間