控軋控冷與熱模擬作業(yè)-東北大學

1、控軋控冷和熱模擬 作業(yè)1.根據(jù)熱模擬的實驗類型，介紹熱模擬試驗機的主要功能。熱模擬試驗機能用小試樣迅速準確的再現(xiàn)材料熱加工過程中結構、組織及性能的變化。實驗類型主要有：熱處理實驗、單道次壓縮實驗、多道次壓縮實驗、拉伸試驗、焊接實驗和錘頭自由控制實驗。(1) 熱處理實驗熱處理試驗可以反映熱處理工藝對材料組織變化的影響，為獲得優(yōu)越的微觀組織和優(yōu)良的使用性能提供基礎理論和技術依據(jù)，并實現(xiàn)材料性能的定量分析和預報。熱處理試驗所能完成的試驗功能為：在沒有外力強制變形的情況下，實現(xiàn)各種熱處理變化，如加熱、冷卻或淬火等，分析熱處理過程中的溫度、尺寸及組織性能的變化情況。 靜態(tài)再結晶實驗鋼鐵材料隨溫度的變化，

2、組織性能會發(fā)生改變，熱模擬實驗結合金相實驗及其他性能檢測手段很容易實現(xiàn)研究目的。例如，中厚板控軋時，為了避免在部分再結晶區(qū)軋制，保證未再結晶區(qū)內有足夠的變形量，粗軋結束至進精軋之前必須實行嚴格的待溫制度。為了了解再結晶奧氏體在保溫時間內的演變過程，進行系列熱模擬實驗，得到再結晶奧氏體演變過程。 不同冷卻速度對組織的影響鋼鐵材料隨冷卻速度不同，組織性能會發(fā)生改變，可通過熱模擬實驗將材料加熱到一定溫度保溫后，以不同冷卻速度進行冷卻，結合金相實驗及其他性能檢測手段，研究不同冷卻速度對組織變化的影響。 靜態(tài)CCT實驗設計實驗方案，輸入時間溫度參數(shù)。一般在一定溫度保溫一段時間，使試樣奧氏體均勻，然后以一

3、定的冷速降到某一溫度。同時，利用高靈敏徑向傳感器測量試樣直徑的變化。繪制整個實驗過程試樣的直徑變化量-溫度曲線；用切線法找到相變開始點、中間和結束點，記下這些點的溫度-時間坐標。依次按照不同冷速對各個試樣進行實驗，直到一組試樣做完。最后根據(jù)此組實驗結果的相變點溫度-時間坐標繪制CCT圖，即得到實驗鋼的靜態(tài)CCT圖。 高溫淬火實驗設計實驗方案及工藝圖，將實驗鋼加熱至不同的溫度，保溫一定時間，迅速淬火，獲得實驗鋼的原始奧氏體組織，經(jīng)腐蝕后觀察奧氏體的組織形貌。結合不同加熱溫度下淬火得到的組織，可分析加熱溫度對奧氏體晶粒的影響。 連續(xù)退火實驗熱力模擬實驗機若帶有板帶退火系統(tǒng)，可用于板帶連續(xù)退火工藝的

4、物理模擬。通過設定不同的退火工藝參數(shù)，對退火后試樣作力學性能檢測和金相分析，可分析工藝、組織與性能的關系，從而確定最佳工藝參數(shù)。(2) 單道次壓縮實驗熱力模擬實驗機具有多功能模擬能力和實驗功能，可以完成許多種試驗。從試驗設計角度來說，單道次壓縮試驗所能完成的試驗功能為：在熱處理的同時，對試樣進行一定的壓縮變形。平面應變壓縮、擴散焊、動態(tài)CCT、應力松弛、熱裂紋敏感、應變誘導、控軋控冷、動態(tài)再結晶實驗課通過設計單道次壓縮實驗來實現(xiàn)。 單道次應力-應變曲線單道次應力-應變曲線在兩種不同情況下的測定：a、相同應變速率不同溫度下的應力-應變曲線；b、相同溫度不同應變速率下的應力-應變曲線。實驗鋼在不同

5、溫度下進行不同應變速率的應力-應變曲線。首先，可選定變形速率，進行不同變形溫度的單道次壓縮實驗進行分析，可分析流變應力隨著變形溫度的變化，以及動態(tài)再結晶過程，還可分析應力峰值對應的應變隨變形溫度的變化等。其次，可選定溫度，以不同的應變速率下單道次壓縮的應力-應變曲線進行分析。可分析流變應力隨著變形速率的變化，以及發(fā)生動態(tài)再結晶的臨界應變的變化和動態(tài)再結晶過程，還可分析流變應力隨變形量的變化以及加工硬化過程。 變形抗力曲線的測定金屬的變形抗力值對于確定軋機負荷和制定合理的軋制工藝規(guī)程是不可缺少的?？蓪⒃嚇蛹訜岬揭欢囟缺兀渌俚揭欢囟缺?，然后冷卻到變形溫度，保溫后進行變形。分別以不同的變形

6、條件，即變形程度、應變速率和變形溫度到室溫，記錄應力應變曲線，回歸出變形抗力模型，可研究變形程度、變形溫度和變形速率對變形抗力的影響。 單道次變形過程參數(shù)對組織性能的影響變形過程中參數(shù)是影響材料組織性能的重要因素?？蓪⒃嚇蛹訜岬揭欢囟龋缓罄鋮s不同的變形溫度，進行單道次壓縮，壓縮不同的變形量，然后以不同的冷速冷卻到室溫。結合金相觀察，可分別研究變形溫度、變形量、冷卻速率對組織性能的影響。 動態(tài)CCT曲線的測定動態(tài)CCT采用單道次壓縮或多道次壓縮完成實驗。將試樣加熱到一定溫度，冷卻某一溫度后進行單道次壓縮，然后以不同冷速冷卻到室溫。同時，利用高靈敏徑向傳感器測量試樣直徑的變化。繪制整個實驗過程

7、試樣的直徑變化量-溫度曲線；用切線法找到相變開始點、中間和結束點，記下這些點的溫度-時間坐標。依次按照不同冷速對各個試樣進行實驗，直到一組試樣做完。最后根據(jù)此組實驗結果的相變點溫度-時間坐標繪制CCT圖，即得到實驗鋼的動態(tài)CCT圖。 平面變形壓縮實驗對于平面應變壓縮實驗，試樣寬度與壓頭寬度之比在610以上，以保證寬度方向的變形忽略不計。為保證壓頭之間變形均勻，壓頭寬度和試樣厚度之比應在24之間。應變速率可隨試樣厚度變薄而升高，從而更有益于進行薄帶材的熱軋模擬研究。將試樣加熱到一定溫度保溫，冷卻到一定溫度進行單道次壓縮，然后冷卻，經(jīng)實驗得到不同變形溫度下的應力-應變曲線。 應力松弛實驗試樣在高溫

8、被壓縮后，在保持壓頭位置不變情況下，會產(chǎn)生隨保溫時間的延長而發(fā)生應力逐漸減小的所謂”應力松弛”現(xiàn)象。應力松弛過程，在微觀上，實質是彈性變形轉變?yōu)樗苄宰冃蔚倪^程。這種應力降低為”軟化”，由于靜態(tài)恢復和靜態(tài)再結晶所引起的。由于多道次熱軋和熱鍛中靜態(tài)再結晶是細化奧氏體晶粒的主要機制，因此可通過等溫雙道次模擬實驗及應力松弛方法研究軟化百分數(shù)和靜態(tài)再結晶分數(shù)，從而研究道次間發(fā)生的靜態(tài)再結晶行為?？蓽y定微合金碳氮化物在奧氏體中發(fā)生應變誘導析出的應力松弛方法，可得到不同溫度下的等溫應力松弛曲線。由此可以確定析出的開始和結束時間，得到析出-時間-溫度曲線(PTT曲線)，研究沉淀析出行為。(3) 多道次壓縮實驗

9、多道次壓縮試驗比較廣泛的應用于連軋的模擬，其中每一次均為恒應變速率壓縮，最多允許10道次變形。多道次壓縮實驗用于模擬熱連軋的力能參數(shù)，每道次都設計為恒應變速率變形過程。與單道次壓縮實驗相比，除了變形參數(shù)的設定不一樣外，其它都相同。多道次連軋、雙道次壓縮、道次間隔模擬和動態(tài)再結晶動力學實驗可通過多道次壓縮實驗來實現(xiàn)。采用熱模擬多道次變形方法模擬試樣在各溫度下變形，可通過制定不同工藝參數(shù)分析不同溫度、不同變形量和不同變形速率下應力-應變曲線，結合金相組織，可分析軋制溫度、變形量、變形速率、保溫時間和軋制道次等工藝參數(shù)對材料的組織性能影響；也可通過應力-應變曲線，研究變形中動態(tài)再結晶過程。(4) 拉

10、伸實驗拉伸試驗是研究金屬變形抗力的試驗方法之一。試驗時，在拉伸變形體積的應力狀態(tài)為單向拉伸，并均勻分布。由于在選擇拉伸試驗時，很難保證其內部組織均勻，其內部各晶粒，甚至一個晶粒內部的各支點的變形和應力也不可能完全均勻。但從拉伸變形的總體看，是能夠保證得比較均勻的拉伸變形的，其不均勻變形程度要比壓縮實驗小得多。 拉伸實驗將試樣加熱到一定溫度保溫，冷卻到不同的拉伸溫度，拉斷后空冷。冷卻后測量斷口直徑并記錄最大載荷。繪成不同溫度下試樣斷面收縮率和抗拉強度隨溫度變化曲線，可研究溫度對斷面收縮率和抗拉強度的影響，可確定最佳塑形溫度區(qū)間，從而選擇最佳開軋溫度。 零塑形、零強度溫度的測定在熱模擬機上分別采用

11、加熱法和凝固法進行拉伸實驗，加熱法即將試樣均溫區(qū)加熱到固定相線一下固定拉伸溫度，保溫后再拉伸變形，凝固法即現(xiàn)將試樣均溫去加熱到熔化狀態(tài)，保溫后冷卻到固相線以下固定拉伸溫度后保溫，最后在恒溫下進行拉伸變形。通過不同溫度下鋼的斷面收縮率和強度曲線，得到試樣的熱塑性曲線(-T)和熱強度曲線(-T)，可得到實驗鋼的零塑形和零強度溫度，可為連鑄工藝中塑形強度變化溫度區(qū)間提供依據(jù)，避免產(chǎn)生裂紋。(5) 焊接實驗在實際焊接過程中，焊接接頭除了受熱循環(huán)外，還同時經(jīng)歷應力、應變循環(huán)。這是由于焊接過程中各部位經(jīng)受不均勻的加熱和冷卻，使焊件中產(chǎn)生不均勻的膨脹、收縮而引起局部彈塑性應變，從而在接頭中形成了內應力、應變

12、場，往往導致焊接后的殘余應力和變形。焊接實驗即指模擬焊接熱循環(huán)(焊件上某一點在焊接熱源作用下經(jīng)受的熱過程，即該點的溫度隨時間的變化過程)的試驗?？啥康姆从撑c描述影響個熱循環(huán)參數(shù)的主要因素及其相互關系，同時也是計算焊接應力、應變的基礎，預測接頭組織和性能的依據(jù)。 焊接熱循環(huán)參數(shù)對組織性能的影響在熱模擬機上模擬鋼板所經(jīng)歷的焊接過程，可選用模擬工藝分別為：加熱溫度和冷卻速度t8/5一定，改變峰值溫度，模擬一定焊接熱輸入條件下焊接HAZ不同區(qū)域；加熱溫度和峰值溫度一定，改變冷卻速度t8/5，模擬不同熱輸入量條件下的CGHAZ。結合金相觀察，可研究不峰值溫度和冷卻速度t8/5對組織性能的影響。 焊接熱

13、影響區(qū)連續(xù)冷卻轉變實驗(SH-CCT)為研究焊接接頭熔合線附近的熱影響區(qū)的組織狀態(tài)，可將試樣加熱到接近熔點溫度，然后以不同的冷卻速度進行冷卻，這樣制定的焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉變曲線圖稱之為SH-CCT圖。可通過此圖，一方面評定該鋼種的可焊性或預測焊接影響的組織和性能，另一方面為制定合理的焊接工藝特別是焊接線能量提供技術依據(jù)。(6) 錘頭自由控制實驗 該實驗用于錘頭的快速和慢速控制。時間和錘頭位置對應關系即指一定的時間錘頭移動相應的位移。2.結合現(xiàn)場熱連軋機組和中厚板機組，敘述控軋控冷工藝流程。(1) 熱連軋帶鋼控軋控冷工藝 工藝參數(shù)確定加熱制度：坯料的最高加熱溫度的選擇應該考慮對原始奧氏體晶粒

14、大小、晶粒均勻程度、碳化物的析出程度以及開軋溫度和終軋溫度的要求。但加熱溫度過低，將存在部分未溶微合金碳氮化物，它們不可能產(chǎn)生阻止奧氏體再結晶的作用。加熱溫度過高，則使奧氏體晶粒顯著粗化，因此粗大的奧氏體晶粒將削弱形變晶粒細化效果。變形量的控制：在軋制鋼板時，隨著軋制溫度和變形量的不同，將奧氏體區(qū)分為完全再結晶區(qū)、部分再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)根據(jù)需求可選擇合理的軋制類型，以控制變形量，達到細晶強化。終軋溫度的制定：隨著終軋溫度的降低，鐵素體晶粒得到進一步細化。但是，終軋溫度不宜過低，終軋溫度過低時，進入兩相區(qū)軋制，得到不均勻的混晶組織，出現(xiàn)帶狀組織。實際生產(chǎn)中為了獲得更高的強韌性，一般終軋溫度不宜

15、太高。軋后冷卻速度的控制：較高的冷卻速率可以細化顯微組織，提高鋼的強度。但是，當冷卻速率過大時，會提高鋼板的屈強比。卷曲溫度的控制：隨著終冷溫度的降低，鋼板過冷度增大，形核點增加，晶粒得到細化，其力學性能提高。如果終冷溫度過低，冷卻后也沒有足夠的溫度使過飽和的碳氮化物析出，影響軋材性能。 控制軋制控制軋制工藝的主要參數(shù)是：鋼的奧氏體化溫度(即軋制前的板坯或鋼錠的加熱溫度)；軋制的溫度制度；軋制的變形制度(其中包括各道次的壓下量分配，特別是終軋前的壓下量分配)以及在某一溫度范圍內的總壓下率；每道次之間的停留時間和軋后鋼板和帶鋼的冷卻制度，對帶鋼來說板卷的卷取溫度和冷卻制度也是很重要的。國內熱連軋

16、帶鋼軋機上控制工藝的應用。A武鋼1700熱連軋機根據(jù)其設備特點和條件，采用控制和軋后控制冷卻工藝生產(chǎn)出X60、X65級管線用鋼。為了獲得良好的鋼板綜合性能，在冶煉時采用了相應新技術，進行低碳、低硫、碳化合物變性處理，并進行NB的微合金化。連鑄坯加熱溫度控制在11801220，終軋溫度為830，通過軋后層流冷卻控制板卷取溫度為630。板厚8mm，寬度1250mm板卷。板卷的力學性能全部達到API標準中X60和X65級板的要求， 達到API標準中X60和X65級板的要求。B梅鋼1422mm熱連軋機組采用控制控冷生產(chǎn)出耐候鋼。生產(chǎn)工藝為：50t頂?shù)讖痛缔D爐冶煉鋼包脫氧合金化吹Ar氣體板坯連鑄加熱中款

17、帶熱連軋機組軋制層流冷卻卷曲成品入庫。耐候鋼進行微合金控制?？刂栖堉乒に嚍椋簾徼T坯熱裝熱送。由于鋼中含銅，加熱爐內控制為弱氧化性氣氛，控制審問速度。出爐溫度控制為120050，鋼坯頭尾及水印溫度不大于50。粗軋R1開軋溫度大于1100，粗軋15道次的輥縫制分別為131mm、90mm、60mm、37mm、24mm。粗軋出口中間坯厚為25mm。精軋入口鋼溫大于950，實際控制在10151022，出口厚度控制為2.93.0mm，出口寬度為530540mm，精軋出口溫度為880884。軋后水冷及卷曲，為了避免帶鋼頭部溫度過低而不易卷曲，設定層流冷卻時，帶鋼頭部可減少冷卻水開放單元數(shù)。另外可根據(jù)帶鋼厚度

18、規(guī)格、溫度及卷曲情況可適當增減冷卻單元數(shù)，以保證卷曲溫度控制在620690，目標值為680。C萊鋼1500mm熱連軋管線帶鋼的控軋控冷工藝。工藝流程為：連鑄坯熱裝或冷裝，加熱粗除鱗箱除鱗E1、R1可逆粗軋熱卷想開卷飛剪切頭尾E2、F1F6精軋機組層流冷卻卷曲卸卷、打捆檢查、稱重收集入庫。采用控制軋制工藝：連鑄坯出爐溫度11501200，高壓水除鱗，E1、R1四輥可逆軋機軋制35道次，軋后中間坯進入熱卷想，成卷，最高帶坯溫度達1100。再經(jīng)開卷、切頭，進入精軋機組(1架立輥和6架四輥精軋機)，在精軋機架間設有噴水冷卻裝置以控制板帶的終軋溫度。終軋溫度控制在950850。軋后進入層流冷卻裝置冷卻到

19、卷曲溫度650550。有效冷卻寬度為1450mm，長度約70m。 控制冷卻熱軋帶鋼采用軋后軋后控制冷卻需綜合考慮帶鋼的控制軋制條件，如軋制溫度、變形制度、軋后冷卻模式、卷取溫度等。帶鋼的軋后冷卻有噴流冷卻、噴霧冷卻、水幕冷卻和管層流冷卻等幾種方式。熱連軋層流冷卻線一般分為主冷區(qū)和精冷區(qū)，有的在主冷區(qū)前還設強冷區(qū)，以增大冷卻速率，生產(chǎn)雙相鋼和多相鋼。生產(chǎn)薄帶鋼時，在層流冷卻區(qū)內有控制帶鋼邊部遮擋裝置。Carlam廠在熱軋生產(chǎn)線卷取機和層流冷卻裝置之前安裝了快速冷卻裝置(UFC)，其主要參數(shù)為：冷卻段長7.3m，UFC至卷取機距離25m，冷卻水集管15組，冷卻水最大流量5500m3/h，噴射寬度1

20、750mm，水壓0.35MPa，采用開閉控制模式。該廠采用這一冷卻工藝，通過控制軋制和采用LC(管層流冷卻)+UFC可實現(xiàn)分段冷卻，可以得到不同的冷卻速率，不同的卷取溫度，以及不同的力學性能和組織結構玩群不同的產(chǎn)品。(2) 中厚板控軋控冷工藝 合理選擇鋼的化學成分根據(jù)控軋控冷原理，對低碳鋼和微合金鋼采用控軋控冷工藝時，要適當調節(jié)或降低碳含量，根據(jù)各元素的作用合理加入微合金元素，可通過合適的強化方式明顯提高鋼的綜合力學性能。 工藝參數(shù)確定 控制軋制工藝A單機架中厚鋼板軋機的控軋工藝單機架軋機時，粗軋和精軋的控軋工藝在一個軋機上進行。為了縮短中間待溫時間，可采用兩塊或三塊鋼板交叉軋制，在軋機的前面

21、或后面輥道上坯料待溫或快冷的方式進行不同類型的空軋。四輥單機架軋機多采用奧氏體高溫再結晶型和未再結晶型的兩階段的控軋工藝。為了增加變形奧氏體的再結晶數(shù)量，盡可能地達到完全再結晶，力爭在高溫下采用較大的道次壓下量。為了縮短在部分再結晶區(qū)的待溫時間，也可在部分再結晶區(qū)的上限溫度范圍軋制一定到此并適當延長軋后的停留時間，有利于發(fā)生在結晶和組織均勻化。鋼達到奧氏體未再結晶區(qū)的溫度范圍，進行第階段控軋，采用低溫大壓下原則，確保變形累積量達到50%60%，有利于軋后奧氏體向鐵素體相變形核，增加形核位置。終軋溫度盡量控制在接近Ar3溫度，防止晶粒長大，軋后立即相變。相變后按需要采用相應冷卻速度的控制冷卻工藝

22、。B雙機架中厚板軋機的控軋工藝在雙機架軋機軋制時，一般在粗軋機進行高溫再結晶型控制軋制，軋件在送往精軋機的運輸輥道上進行中間待溫或中間水冷，達到未再結晶區(qū)溫度的上限溫度，再送入精軋機進行未再結晶區(qū)控軋，軋到成品厚度。如果再加上奧氏體和鐵素體兩相區(qū)的階段控軋，則在奧氏體未再結晶區(qū)軋到中間厚度，送往機后快冷，相變析出一定數(shù)量鐵素體，在進行兩相區(qū)的控軋，軋至成品厚度。為了讓平衡兩架軋機的軋制節(jié)奏，提高軋機產(chǎn)量，也可采用粗軋軋制后。立即快速將軋件送到精軋機繼續(xù)進行再結晶控軋，之后，板坯再進形中間厚度的待溫冷卻或快冷。鋼溫降到未再結晶區(qū)溫度，再繼續(xù)進行階段或加入第階段的控軋，至到軋成成品厚度。 中厚板的

23、在線控制冷卻中厚鋼板控軋后的控制冷卻設備的形式、冷卻方式各不相同。目前國內外中厚板生產(chǎn)中，所采用的軋后冷卻方式有：高壓噴嘴冷卻、普通管層流和高密度管層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻、板湍流冷卻、輥式淬火冷卻和無壓淬火冷卻、噴淋冷卻、風冷、空冷和緩冷或堆冷。冷卻設備從冷卻方式分又可分為連續(xù)型和同時型兩種。前者是鋼板連續(xù)通過冷卻區(qū)，鋼板一邊行走一邊冷卻。例如日本君津廠生產(chǎn)高強板，T始與T終各為780與500，V為1m/s，C采取14/s，現(xiàn)有冷卻裝置長度19.8m，安設位置在熱矯直機后面。同時型冷卻裝置長度取決于軋制的最大板長，再增加2m余量即可。例如日本水島廠和加古川廠軋后最大板長各為38m與42m

24、。而冷卻裝置長度各為40m與44m。同時型冷卻裝置是鋼板送入冷卻裝置后停下來，將整塊板同時進行冷卻，鋼板冷至要求溫度后，將鋼板送出冷卻區(qū)。因為是同時冷卻，故冷卻比較均勻，鋼板頭尾性能比較一致，但設備比較大，一般比連續(xù)型大一半。中厚板控冷裝置種類繁多，型式五花八門，自立專利。主要是滿足ACC、ACC+DQ、DQ工藝的要求，使冷卻均勻，鋼板組織性能基本一致，瓢曲少、平直、殘余應力小，冷卻速度適應板厚與工藝的要求，冷卻效率高，節(jié)約用水，結構簡單，易于操作與維護，生產(chǎn)穩(wěn)定，占用作業(yè)線短，投資省等。目前，控冷裝置中噴水方式選擇是一個關鍵，采用比較多是水幕、層流、霧化和噴花中四種方式。有單一的噴水方式，有

25、兩種或多種相配合，以達到快速、均勻、不同工藝的要求。國內外典型中厚板控冷裝置性應該說是使用比較好的，各種型式基本上齊全，有單一ACC、有ACC和DQ共用，有ACC和DQ分開，也有預留將來上DQ的可能性。3.詳細敘述控軋控冷的發(fā)展，對比一下傳統(tǒng)控軋控冷技術和新一代控軋控冷技術的區(qū)別。(1) 控軋控冷的發(fā)展20世紀20年代就開始研究鋼在熱加工時，溫度和變形等條件對顯微組織和力學性能的影響。1925年德國哈內曼等人做了這方面的試驗和工廠實踐。第二次世界大戰(zhàn)中，荷蘭、比利時、瑞典等國一些沒有熱處理設備的軋鋼廠，為了提高鋼的強度和韌性，將終軋溫度控制在900以下，并給予2030%的道次壓下率，生產(chǎn)出具有

26、良好韌性的 鋼材。這就形成了采用“低溫大壓下”碳鋼的鐵素體晶粒，提高強韌性的“制軋制”概念。50年代末和60年代初期，美國和原蘇聯(lián)等國先后開展了鋼的形變熱處理工藝與鋼材組織和性能關系的理論研究工作，它為控制軋制和控制冷卻的機理研究和工藝的實踐奠定了基礎。60年代初，英國斯溫頓研究所的科研人員提出，鐵素體-珠光體鋼中顯微組織與性能之間的定量關系，用表述各種強化機制作用的佩奇(Petch)關系式明確表明了熱軋時晶粒細化的重要性。在低碳含量(或低珠光體數(shù)量)的鋼中，細化的鐵素體晶粒加上彌散沉淀析出的碳化物質點提高了鋼的屈服強度，同時也改善了鋼的塑性和韌性。60年代中期，英國鋼鐵研究會進行了一系列研究

27、：降低碳含量改善塑性和焊接性能，利用Nb、V獲得高強度，Nb對奧氏體再結晶的抑制作用以及細化奧氏體晶粒的各種途徑。60年代后期，美國采用控制軋制工藝生產(chǎn)出s422MPa的含Nb鋼板，用來制造大口徑輸油鋼管。日本一些鋼鐵公司用控制軋制工藝生產(chǎn)出強度高，低溫韌性好的鋼板，并開發(fā)出一系列新的控制軋制工藝，提出了相應的控制軋制理論。在開發(fā)控制軋制工藝時，人們致力于降低終軋溫度。在熱軋帶鋼時，熱軋工藝保持不變， 僅采用較低的卷取溫度，可消除或減小板卷頭部、中部和尾部的強度差。鋼的連續(xù)冷卻轉變曲線為選擇合適的冷卻速度和帶鋼卷取溫度提供了第一手參考數(shù)據(jù)，說明軋后冷卻速度和卷取溫度對帶鋼組織和性能有直接影響，

28、因而也引起了人們對控制冷卻的重視。以前人們采用普通噴嘴對鋼材進行噴水冷卻，但冷卻不均勻，冷卻效果不理想。1957年：”層流”冷卻系統(tǒng)首先被英國鋼鐵協(xié)會開發(fā)，并且應用在布林斯沃斯市的432mm熱軋窄帶鋼車間。1964年12月在美國克利夫蘭市瓊斯勞林鋼鐵公司2030mm熱軋寬帶鋼軋機上，采用層流冷卻系統(tǒng)進行閘后控制冷卻，將實驗室試驗結果應用到寬帶生產(chǎn)，使之成為工藝的現(xiàn)實。對厚度25.4mm的中板實行控制冷卻是在美國匹茲堡市一座2286mm帶鋼軋機上試驗的。15年后，中板控制冷卻菜首先被日本鋼管公司實現(xiàn)，即1980年在福山工廠建成在線鋼板加速冷卻(OLAC)。1983年新日鐵、住友金屬、神戶制鐵和川

29、崎制鐵分別在有關鋼板廠建立控制冷卻裝備。同時，在歐洲和美國等軋鋼廠也相繼使用。中厚板鋼材軋后快速冷卻首先是在低溫控制軋制(再結晶性型控制軋制)進行，隨著人們對再結晶型控制軋制工藝發(fā)展的重視，軋后采用快速冷卻工藝就更加意義重大。隨著控制冷卻機理研究的不斷深化及其實踐，除了在中厚鋼板、熱軋帶鋼生產(chǎn)中采用控制冷卻技術外，在線材生產(chǎn)中也取得了比較成熟定型的控制冷卻技術斯太爾摩冷卻法正式發(fā)表與1964年，它的問世基本解決了線材的拉拔性能問題。近年來，控制冷卻工藝已經(jīng)成功運用到棒材、帶肋鋼筋、鋼管以及型鋼生產(chǎn)和合金鋼生產(chǎn)中，并取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。60年代初，我國在控制軋制、軋后冷卻和鋼材形變熱

30、處理工藝研究方面已經(jīng)起步，并取得初步成果。1978年重新開始對控制軋制和控制冷卻工藝及其有關理論進行系統(tǒng)研究。特別是在國家第六個和第七個五年計劃期間，國家科委和冶金部組織大批科研技術人員對控軋控冷工藝設備及其基本理論進行系統(tǒng)研究。在變形奧氏體再結晶規(guī)律、變形奧氏體相變機制、碳化物析出沉淀規(guī)律及其定量分析、強韌化機制、微量元素的應用、控制軋制和控制冷卻工藝的開發(fā)，以及新品種的研制的方面都取得了巨大成果。在武鋼、鞍鋼、重鋼、太鋼等一些鋼鐵企業(yè)，采用控制軋制和控制冷卻工藝生產(chǎn)出高強度高韌性的造船、石油、天然氣輸送管、鍋爐及高壓容器、車輛和機械用各種鋼材，開發(fā)了新鋼種，填補了國內鋼材部分空白。從上世紀

31、70年代以來，陸續(xù)開發(fā)了層流冷卻工藝(ACC)、直接淬火技術(DQ)和機架間冷卻技術，隨著軋鋼技術的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，對鋼和生產(chǎn)工藝提出了更高的要求，因此，人們又開發(fā)了新一代TMCP技術，即超快速冷卻技術。Hoogovens-UGB開發(fā)了世界上第一套超快速冷卻實驗裝備，對于厚度為1.5mm的鋼板，它的冷卻速率可以達到900/s，且鋼板在橫向、縱向冷卻均勻，板形沒有受到影響。20 世紀90 年代初期，比利時的CRM 中厚板廠應用超快冷技術對厚度為6.3mm的熱軋板實現(xiàn)了250500/s的超快速冷卻37。日本的JFE福山廠開發(fā)的Super OLACH系統(tǒng)，可以對3mm的熱軋帶鋼實現(xiàn)700/s的超快

32、速冷卻。國內對于超快速冷卻技術的研究起步較晚，但近年來，國內的研究投入也在逐步加大。RAL國家重點實驗室開發(fā)的熱帶超快速冷卻裝置已經(jīng)用在包鋼CSP生產(chǎn)線和萍鄉(xiāng)、三明等鋼廠，已經(jīng)生產(chǎn)出高級別的雙相鋼和性能優(yōu)良的棒材。東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室在傳統(tǒng)的控制和控制冷卻的基礎上，已經(jīng)開發(fā)出實用化的超快速冷卻和再加熱裝置等新型在線熱處理設備，因而可以涵蓋從加速冷卻的低冷速到直接淬火高冷速的全部冷速范圍。各種控制方式的開始點和終止點可以依據(jù)需要控制，冷卻路徑可以按照工藝要求靈活控制和調整，所以材料的相變可以處于工藝過程的精細掌控之中，這為鋼鐵材料的減量化生產(chǎn)和性能提高提供了極為廣闊的空間。

33、加強軋后柔性化在線熱處理工藝、裝備、技術、產(chǎn)品開發(fā)和利用已成為軋制技術發(fā)展的重要趨勢。(2) 傳統(tǒng)TMCP和新一代TMCP比較TMCP的核心是晶粒細化和細晶強化。所謂控制軋制，是對奧氏體硬化狀態(tài)的控制，得到硬化奧氏體的基本手段是”低溫大壓下”和添加微合金元素?？刂评鋮s的核心思想是對硬化奧氏體的相變過程進行控制，以進一步細化鐵素體晶粒，以及通過冷卻控制相變，得到貝氏體等強化相，進一步改善材料的性能。新一代TMCP：HTP軋制工藝：盡量采用適宜的正常軋制溫度進行連續(xù)大變形，在軋制溫度制度上不一定堅持”低溫大壓下”的原則。在奧氏體區(qū)間，趁熱打鐵，在適于變形的溫度區(qū)間完成連續(xù)大變形和應變積累，得到硬化

34、的奧氏體。超快速冷卻：在終軋溫度和相變開始溫度之間的冷卻過程中，應努力設法通過快速冷卻，避免硬化奧氏體的軟化，即設法將奧氏體的硬化狀態(tài)保持到動態(tài)相變點。超快速冷卻終止點的精確控制：軋后鋼材由終軋溫度急速快冷，迅速穿過奧氏體區(qū)，達到需要的終冷溫度。在軋件達到預定的溫度控制點后，應當立即停止超快速冷卻。冷卻路徑的控制：后續(xù)依照材料組織和性能的需要進行冷卻路徑的控制，獲得多樣化的相變組織和材料性能。對新一代TMCP而言，相變強化仍然是可以利用的重要強化手段。同樣，也可以根據(jù)需要，適量加入微合金元素，實現(xiàn)析出強化。因此，新一代TMCP將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

35、材料的潛力。傳統(tǒng)TMCP與新一代TMCP技術對比：軋制區(qū)間不同。新一代TMCP技術采用再結晶區(qū)范圍內的正常軋制溫度軋制，傳統(tǒng)TMCP技術在較低溫度的未再結晶區(qū)軋制；軋后內應力不同。新一代TMCP技術采用正常溫度下連續(xù)軋制。由于溫度高，使積累的位錯可以進行滑移和析出，高能狀態(tài)應力得以釋放；而傳統(tǒng)TMCP技術采用的是低溫大壓下軋制，位錯聚集，造成內部應力集中，不能釋放；相變機理不同。新一代TMCP技術的相變是一種動態(tài)相變，相變發(fā)生在變形過程中和變形后短時內，它是形核控制相變，從界面形核開始，在連續(xù)熱變形、連續(xù)應變能積累和釋放過程中晶核在高畸變區(qū)(應變帶、滑移帶、孿晶帶、亞結構界面、第二相界面)不斷

36、反復形核，具有”形核位置不飽和”機制；相變速率快，可生產(chǎn)等軸低位錯密度的超細鐵素體。而傳統(tǒng)TMCP技術的相變主要發(fā)生在變形后的連續(xù)冷卻過程中；冷卻能力不同。傳統(tǒng)TMCP技術是在相變點附近軋制，冷卻途徑只有一條，其冷卻途徑不能控制。而新一代TMCP技術可以根據(jù)用戶對鋼板組織與性能的要求，控制冷卻路徑和所需組織，可以設計多條冷卻路徑，而且比傳統(tǒng)加速冷卻速度快25倍，得到的鋼板強度提高、焊接性改善，且處理后鋼板表面的溫度非常均勻。4.從產(chǎn)品開發(fā)角度，敘述產(chǎn)品開發(fā)的思路，通過熱模擬實驗，設計一下相應的單道次、雙道次和CCT試驗的試驗工藝。(1) 產(chǎn)品開發(fā)思路根據(jù)用戶的使用要求確定新鋼種的性能：了解開發(fā)

37、產(chǎn)品的主要用途和基本性能要求；查閱文獻，了解此產(chǎn)品的國內外研究現(xiàn)狀及面臨的問題的不足，了解主要的工藝控制方法；根據(jù)文獻綜述，在此基礎上確立產(chǎn)品的研究目的，確定主要的研究思路和工藝手段。合金化設計確定成分：掌握各個合金元素的作用，結合相關標準和文獻，設計合理的合金成分以獲得良好的產(chǎn)品性能；可設計兩個或兩個以上不同合金系成分，研究不同合金對產(chǎn)品的影響，力求尋找最佳的合金成分。冶煉鍛造：根據(jù)設計的合金成分，采用純凈鋼生產(chǎn)技術，在高頻感應加熱爐中冶煉并澆鑄成鋼錠，然后鍛成合理尺寸的方坯，以備實驗室研究使用。熱模擬實驗研究：在熱模擬試驗機上，模擬材料加工過程和進行材料性能試驗，以確定此合金成分下實驗鋼固

38、態(tài)相變、臨界點、等溫轉變、連續(xù)冷卻轉變沉淀相粒子行為、析出、粗化、回熔、加工硬化、軟化、形變組織的動靜態(tài)回復、再結晶等性能。例如，可通過單道次壓縮實驗，分析了變形溫度、變形程度、變形速率對變形抗力和動態(tài)再結晶的影響，建立了實驗鋼的變形抗力模型；可得到了實驗鋼在變形條件下的連續(xù)冷卻轉變曲線，研究了實驗鋼的連續(xù)冷卻轉變規(guī)律，分析了不同冷卻速率、連續(xù)冷卻方式和分段式冷卻方式對相變和顯微組織演變的影響規(guī)律。另外，還可根據(jù)實驗需求，測定實驗鋼的相變點溫度，模擬TMCP過程以研究不同工藝參數(shù)對組織性能影響，模擬焊接中熱循環(huán)過程和熱裂紋敏感性，進行拉伸試驗等。進行實驗室軋制：根據(jù)相似性原理，結合實驗室的熱模

39、擬結果，制定合理的軋制工藝，對實驗鋼進行控制軋制控制冷卻，控制軋后組織和析出物?？稍O計不同的軋制工藝和冷去手段，研究不同工藝對實驗鋼組織和性能的影響。借助光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、拉伸實驗機、沖擊實驗機等儀器，對軋制后試樣進行必要的組織和力學性能等檢測。工業(yè)試制：在實驗室軋機軋制實驗的基礎上，在鋼廠的生產(chǎn)線上進行了實驗鋼TMCP工藝的工業(yè)試制，進行力學性能檢測和組織性能分析，以尋找適合其設備能力的、不同規(guī)格的控軋控冷工藝參數(shù)。工藝成熟后可進行批量生產(chǎn)。(2) 熱模擬工藝設計 單道次試驗工藝單道次壓縮實驗得到的應力應變(-)曲線不僅能反映出材料變形過程的力學行為，而且還能反映出材

40、料在變形過程中的組織變化。由試驗得到變形過程中不同應變速率、不同變形溫度條件下的真應力真應變曲線，通過力學行為的研究，對熱變形過程中動態(tài)回復和動態(tài)再結晶過程進行分析。用815mm的圓柱狀熱模擬試樣，在熱力模擬試驗機上進行單道次壓縮，實驗工藝如圖4.1所示。將試樣以20/s的速度加熱到1200，保溫3分鐘后，以10/s的速度冷卻至不同的變形溫度，保溫30s，以消除試樣內的溫度梯度，然后進行單道次壓縮變形。變形溫度范圍為8001050，應變速率范圍為0.01s-110s-1，真應變量為0.7，記錄變形過程中的應力應變曲線。變形后立刻淬火，并將淬火后的試樣在熱電偶附近2mm 深度處沿軸向切開，磨制成金相試樣，經(jīng)苦味酸水溶液腐蝕奧氏體晶界后，在光學顯微鏡下觀察變形后的奧氏體晶粒。20C/sT/quenching8001050C20s10C/st/sStrain rate：0.1,1,5,10s-11200C180s圖 4.1 單道次壓縮實驗工藝示意圖表4.1 單道次壓縮工藝參數(shù)變形速率/s-1變形溫度/0.1800、850、900、950、1000、1