控軋控冷工藝的技術(shù)研究及應(yīng)用

學(xué) 號：02HEBEI Vocatioanal and Technical College畢業(yè)論文GRADUATE THESIS論文題目： 控軋控冷工藝的技術(shù)研究及應(yīng)用學(xué)生姓名： 李明明專業(yè)班級： 材料 081院 系： 資源與環(huán)境工程系指導(dǎo)教師：黃麗穎 王存海2011 年 6 月 2 日目 錄摘 要 .1ABSTRACT.2引 言 .31 控軋控冷技術(shù)的概述 .41.1 控軋控冷技術(shù)的定義 .41.1.1 控制軋制與普通軋制的比較 .41.2 板帶鋼控制軋制工藝的種類和特點(diǎn) .41.2.1 板帶鋼控制軋制的種類4 1.2.2 板帶鋼控制軋制的特點(diǎn) 52 控軋控冷的機(jī)理以及必要性62.1 控制軋制的機(jī)理 62.2 控制軋制的必要性 72.2.1 用戶對產(chǎn)品的性能要求 7 2.2.2 控制軋制對新產(chǎn)品開發(fā)對的必要性 7 2.2.3 為什么熱軋線材軋后需要采用控制冷卻工藝 93 控軋控冷的應(yīng)用 .103.1 控軋控冷在板帶鋼中的應(yīng)用 .103.2 控軋控冷在線棒材中的應(yīng)用 .103.3 控軋控冷技術(shù)應(yīng)用舉例 13結(jié) 論 .14致 謝 .15參考文獻(xiàn) 16 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文引言1摘 要介紹了控軋控冷的機(jī)理，控制軋制的優(yōu)缺點(diǎn)。控制軋制與傳統(tǒng)軋制的比較；由于各種鋼種以及用戶對產(chǎn)品性能的要求越來越高，使得控制軋制應(yīng)用的必要性逐漸增大。高速線材軋制中應(yīng)用的主要是控制冷卻工藝，該技術(shù)的核心是通過對加熱溫度控制、軋前水冷、精軋機(jī)內(nèi)水冷、精軋機(jī)組后水冷、風(fēng)冷線溫控等參數(shù)實(shí)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(chǎn)中產(chǎn)生的變形熱也相對較高，實(shí)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(chǎn)品的綜合性能（抗拉強(qiáng)度，硬度等等）。在板帶材中應(yīng)用的控制軋制技術(shù)的核心是在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數(shù), 改善鋼材的強(qiáng)度、韌性、焊接性能。該項(xiàng)技術(shù)問世 20 年來,經(jīng)過不斷地完善和鞏固, 已經(jīng)逐步擴(kuò)展應(yīng)用到海洋結(jié)構(gòu)用鋼、線棒材、型材等各個(gè)領(lǐng)域。關(guān)鍵詞: 控軋控冷；機(jī)理；特點(diǎn)；必要性；工藝參數(shù)；擴(kuò)展應(yīng)用高速線材；加熱溫度；控軋控冷 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文引言2ABSTRACTDescribes the mechanism of controlled rolling and cooling to control the rolling of the advantages and disadvantages. Controlled rolling compared with the traditional rolling; because of various steel and users are increasingly demanding high performance, making the need for the application of controlled rolling increases. Application of high-speed wire rod rolling is mainly controlled cooling process, the technology is the core temperature control by heating, cooling before rolling and finishing mill in water-cooled, water cooled after finishing mill, cooling line temperature and other parameters to achieve controlled rolling .As compared to the other wire of the rolling speed is high,the deformation generated in the pooduction of heat is relatively high,the cooling is particularly important to achieve control,control heating temperature,the rolling is particularly important to achieve control,control heating temperture,the rolling of the use of intermittent cooling between passes,to ensure that the intergrated product properties (tensile strength, hardness, etc.). In the application of plate and strip rolling technology is the core of the control during rolling by controlling the heating temperature, the rolling process, the cooling conditions, process parameters, to improve the steels strength, toughness, weldability. Advent of this technology for 20 years, through continuous improvement and consolidation, has been gradually extended to the marine structural steel, wire rods, profiles and other fields. Keywords: mechanism,characteristics,necessity,process parameters,extension using the high speed wire rod, heating temperature,controlled rolling and cooling 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文引言3引 言控制軋制（C-R）和控制冷卻（C-C）技術(shù)的研究始于1890年二次世界大戰(zhàn)的德國，當(dāng)時(shí)科研人員對鋼鐵產(chǎn)品的加熱工條件、材質(zhì)及顯微金相組織之間的關(guān)系進(jìn)行了非系統(tǒng)的零散研究。到了20世紀(jì)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(jié)晶動力學(xué)變化后，這才從理論上某種程度的解釋了控制軋制技術(shù)。到了20 世紀(jì)60年代末期，科研人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加微量元素鈮（Nb）對提高單純軋制鋼材的強(qiáng)度有效。隨后進(jìn)一步研究表明，造成鈮系鋼材強(qiáng)度高的原因，是由于維系鈮碳氮化合物的鐵素體析出強(qiáng)化造成的， 。同期英國鋼鐵研究機(jī)構(gòu)（British Iron Steel research association）對軋制鋼材的顯微結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的定量關(guān)系、鈮、釩(V) 的強(qiáng)化機(jī)理, 控制軋制原理等進(jìn)行研究, 證實(shí)了依靠物理冶金基礎(chǔ), 進(jìn)行合理的合金成分的設(shè)計(jì)和軋制條件的設(shè)定, 便能達(dá)到所期望的鋼材目標(biāo)性能值和顯微組織。到了20世紀(jì)70年代, 對鋼材強(qiáng)度、低溫韌性、焊接性能要求更高了, 21世紀(jì)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(dǎo)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、鋼材的顯微組織和機(jī)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(guān)重要，因此，合適的控軋控冷參數(shù)是軋制生產(chǎn)線水平高低的重要標(biāo)志之一而此時(shí)僅僅依靠傳統(tǒng)的控制軋制技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。于是在奧氏體控制軋制的基礎(chǔ)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(shù)的應(yīng)用。控制軋制可以在道次間控制冷卻還可以減少待溫時(shí)間，提高軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)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(shí)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，減少了工序，縮短了生產(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)成本。邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文41 控制軋制的概述1.1 控軋控冷的定義1 控制軋制：是在調(diào)整鋼的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，通過控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數(shù)，控制奧氏體狀態(tài)和相變產(chǎn)物的組織狀態(tài)，從而達(dá)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。3 TMCP：控制軋制和控制冷卻技術(shù)結(jié)合起來，能夠進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)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(chǎn)成本。1.1.1 控制軋制與普通軋制的比較與普通生產(chǎn)工藝相比，通過控軋控冷生產(chǎn)工藝可以使鋼板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度平均提高約 4060MPa，在低溫韌性、焊接性能、節(jié)能、降低碳當(dāng)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。 1.2 鋼板和帶鋼控制軋制工藝的種類和特點(diǎn)1.2.1 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(yán)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(xué)性能偏低，特別是低溫韌性很難達(dá)到要求。根據(jù)熱軋過程中變形奧氏體的組織狀態(tài)和相變機(jī)制不同，將控制軋制分為三個(gè)階段，即在奧氏體再結(jié)晶溫度區(qū)的控制軋制稱為奧氏體再結(jié)晶型控制軋制；在奧氏體未在結(jié)晶溫度區(qū)的控制軋制稱為奧氏體未在結(jié)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(shí)，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邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文51.2.2 控制軋制的特點(diǎn)：1 控制軋制的優(yōu)點(diǎn) 1）可以在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)提高鋼材的低溫韌性。2）可以充分發(fā)揮鈮、釩、鈦等微量元素的作用。2 控制軋制工藝的缺點(diǎn)：1）要求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(fù)荷。2）由于要求較低的終軋溫度，大規(guī)格產(chǎn)品需要在軋制道次之間待溫，降低軋機(jī)生產(chǎn)率。3 控制冷卻工藝的優(yōu)點(diǎn)1）節(jié)約能耗、降低生產(chǎn)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(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)成本。2）可以降低奧氏體相變溫度，細(xì)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(xì)化，使珠光體片層間隔明顯變薄。3）可以降低鋼的碳當(dāng)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(dá)到降低碳當(dāng)量的效果。4）道次間控制冷卻可以減少待溫時(shí)間，提高軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)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(shí)間。邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文62 控軋控冷的基本原理以及必要性2.1 控軋控冷的基本原理控制軋制的機(jī)理簡單可以描述為：1） 變形奧氏體晶粒被拉長2）形成大量變形帶、孿晶和位錯(cuò)3）增加形核點(diǎn)，相變后細(xì)化晶粒具體描述為：通過控制熱軋條件,經(jīng)過相變過程在奧氏體() 的基體上,形成高密度的鐵素體( ) 晶核 , 從而在相變后, 達(dá)到細(xì)化鋼材的組織結(jié)構(gòu)。經(jīng)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(nèi)面而控制奧氏體相結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵因素是相變溫度, 在普通的熱軋中, 由于不涉及任何形式的控制軋制, 基本是根據(jù)產(chǎn)品斷面的形狀進(jìn)行軋制, 精軋后的溫度通常在1050900之間, 則生產(chǎn)的鋼材奧氏體晶粒尺寸粗大。所以在生產(chǎn)普通的C - Mn 鋼過程中, 通過控制軋制溫度, 把精軋道次安排在 950 800范圍內(nèi), 經(jīng)過大量的研究表明在該溫度范圍內(nèi)軋制,鋼材奧體則達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。通過進(jìn)一步研究表明, 細(xì)化奧氏體晶) 粒的方法是把軋制盡量安排在奧氏體的非再結(jié)晶溫度范圍內(nèi), 但是, 在這一范圍內(nèi), 由于奧氏體的再結(jié)晶點(diǎn)和Ar3 溫度點(diǎn)接近, 范圍較窄, 所以, 在生產(chǎn)中并沒有取得多大的效果通過添加合金元素鈮(Nb) , 能夠升高再結(jié)晶點(diǎn)100, 同時(shí)又發(fā)現(xiàn)鐵素體生核點(diǎn)不是在奧氏體的相界面上, 而是在由于再結(jié)晶點(diǎn)上升而造成的非再結(jié)晶區(qū)溫度范圍內(nèi)縮減所造成的孿晶晶界和變形帶上, 這些界面作為鐵素體相成核場所的界面。因此, 在鈮鋼的精軋中, 對產(chǎn)品進(jìn)行金相分析顯示軋制產(chǎn)品中存在結(jié)晶區(qū)有相當(dāng)部分的奧氏體晶粒被細(xì)化。如圖1 控制軋制和控制冷卻機(jī)理示意：圖 1 控制軋制和控制冷卻機(jī)理示意邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文7圖 1 控制軋制和控制冷卻機(jī)理示意（續(xù)）2.2 控制軋制的必要性2.2.1 用戶對產(chǎn)品性能的要求產(chǎn)品性能（強(qiáng)度、韌性、焊接性、沖擊性能等）決定性能的因素：組織結(jié)構(gòu)（晶粒、析出、組織分?jǐn)?shù)等）決定組織的因素：成分和工藝（壓下率、溫度、冷卻速度）材料加工過程是冶金過程柔性制造技術(shù)加工工藝 1加工工藝 2加工工藝 3組織特征 1組織特征 2組織特征 3用戶要求 1用戶要求 2用戶要求 3鋼種成分2.2.2 控制軋制對新產(chǎn)品開發(fā)對的必要性急需通過控軋控冷改變性能的鋼種管線鋼：開發(fā)西部，西氣東輸工程高級別船板高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼抗震耐火鋼（日本阪神大地