鋼材控軋控冷工藝的技術(shù)研究及應(yīng)用(共11頁)

1、控軋控冷工藝的技術(shù)研究(ynji)及應(yīng)用李薇（沈陽工業(yè)(gngy)大學(xué)材控12級(jí)，17835289）摘要介紹了控軋控冷的機(jī)理，控制軋制的優(yōu)缺點(diǎn)?？刂栖堉婆c傳統(tǒng)軋制的比較；由于各種鋼種以及用戶對(duì)產(chǎn)品性能的要求越來越高，使得(sh de)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(duì)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(duì)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。在板帶材中應(yīng)用的控制軋制技術(shù)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(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(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(duì)鋼鐵產(chǎn)品的加熱工條件(tiojin)、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(dòng)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)

8、，添加微量元素鈮（Nb）對(duì)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)對(duì)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(yko)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(duì)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、

9、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?？刂栖堉瓶梢栽诘来伍g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，

10、減少了工序，縮短了生產(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)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(diào)整鋼的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，通過控制加熱溫度(wnd)、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。3TMCP：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。2.1.1控制軋制與普通(ptng)軋制

11、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(xngnng)、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。2.2鋼板和帶鋼控制軋制工藝(gngy)的種類和特點(diǎn)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(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，

12、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。2.2.2控制軋制的特點(diǎn)：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(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(diǎn)：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(fù)荷。2）由于要求較低的終軋溫度，

13、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(duì)同一晶粒度級(jí)別的奧氏體，低溫相變后會(huì)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

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(shí)間。3、控軋控冷的原理控軋控冷技術(shù)的基本原理就是控制熱軋(r zh)條件,經(jīng)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(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)界面。傳統(tǒng)意義上的熱軋產(chǎn)品鐵素體相晶核大量在奧氏體晶界上產(chǎn)生,而控軋控冷軋制后產(chǎn)品的鐵素體相晶核既可以在晶粒內(nèi)部成核,也可以在晶界上成核,這就導(dǎo)致了兩者在鐵素體晶粒最后結(jié)構(gòu)上的不同?？煞譃榭刂栖堉坪涂刂评鋮s兩個(gè)過程。3.1控軋技術(shù)控制軋制是在調(diào)整鋼的化學(xué)成分的基

15、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?？刂栖堉萍夹g(shù)的關(guān)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(jié)晶程度控制軋制通常劃分為三個(gè)階段1)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)（溫度：TTnr未再結(jié)晶溫度）結(jié)束終軋的一階段軋制；2)在奧氏體末再結(jié)晶區(qū)(溫度：Ar3TTnr)結(jié)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(jié)束終軋的三階段控制軋制。研究表明：在奧氏體再結(jié)晶溫度區(qū)間，增加變形量可以細(xì)化再結(jié)晶奧氏體晶粒，過渡增加變形量，再結(jié)晶奧氏體晶粒細(xì)化趨勢減弱。3.

16、2控制(kngzh)冷卻技術(shù)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(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了不斷的技術(shù)更新。從控制冷卻技術(shù)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(shè)備可靠性、提高組織均勻性、控冷板形平直度等幾個(gè)方面做出努力。4.控制(kngzh)冷卻技術(shù)的作用 控制冷卻的作用可概括為：（1）提高產(chǎn)品質(zhì)量：力學(xué)性能：提高強(qiáng)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(jié)構(gòu)：增強(qiáng)組織的分散度，可獲得復(fù)相組織，細(xì)化晶粒，增強(qiáng)析出；表面質(zhì)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(chǎn)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(huì)效益減輕構(gòu)件或設(shè)備重量，節(jié)省自然資源，減少環(huán)境污染。5、研究主要新進(jìn)展隨著軋制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)新鋼種開發(fā)的不斷追求，對(duì)控制冷卻技術(shù)提出了更高的要求。在超級(jí)鋼采用NG-TMCP技術(shù)，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(yīng)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(chǎn)線上，即使不用“低溫大壓下”，也可以實(shí)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(shí)終軋溫度較

18、高，如果不加控制，材料會(huì)由于再結(jié)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(yīng)努力設(shè)法將奧氏體的硬化狀態(tài)保持到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)，避免硬化奧氏體的軟化。近年出現(xiàn)的超快速冷卻技術(shù)，可以對(duì)鋼材實(shí)現(xiàn)每秒幾百攝氏度的超快速冷卻，使得材料在極短的時(shí)間內(nèi)迅速通過奧氏體相區(qū)，將硬化奧氏體“凍結(jié)”到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)。這就為保持奧氏體的硬化狀態(tài)和進(jìn)一步進(jìn)行相變控制提供了重要基礎(chǔ)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(shù)可以提供良好的控制手段，實(shí)現(xiàn)冷卻路徑的精確控制。對(duì)NG-TMCP而言，相變強(qiáng)化仍然是可以利用的重要強(qiáng)化手段；同樣，還可以根據(jù)需要，適量加入微合金元素

19、，實(shí)現(xiàn)析出強(qiáng)化。總之，NG-TMCP能充分調(diào)動(dòng)各種強(qiáng)化手段，提高材料的強(qiáng)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(yīng)用：漣鋼2250mm熱連軋生產(chǎn)線的超快速冷卻系統(tǒng)已經(jīng)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(dá)到300/s，超出常規(guī)層流冷卻設(shè)備的冷卻能力。傾斜布置的噴嘴，可以對(duì)鋼板全寬實(shí)行均勻的“吹掃式”冷卻，掃除鋼板表面存在的氣膜，達(dá)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(shí)冷卻均勻性這一瓶頸問題，實(shí)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(yīng)力的產(chǎn)品4。(2)中厚板

20、超快速冷卻（UltraFastCooling-UFC）5的應(yīng)用：中厚板軋機(jī)與熱連軋機(jī)不同，是可逆式軋制，軋后冷卻系統(tǒng)與軋機(jī)的距離較遠(yuǎn)，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(shí)現(xiàn)NG-TMCP的功能，提高中厚板產(chǎn)品的質(zhì)量。目前中厚板超快速冷卻裝置已投入使用或正在調(diào)試的企業(yè)生產(chǎn)線有河北敬業(yè)集團(tuán)3000mm生產(chǎn)線、鞍鋼4300mm生產(chǎn)線以及首鋼首秦公司4300mm生產(chǎn)線等。“UFC-DQ”是利用超快冷裝置的DQ功能,實(shí)現(xiàn)軋件的在線淬火。而“OnlineT”的設(shè)備被稱為“HOP(heattreatmenton-lineprocess),是利用大功率電磁感應(yīng)線圈對(duì)DQ后的鋼板進(jìn)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(shè)備,2003年開始安裝于JFE西日本制鐵所福山廠,2004年5月投產(chǎn),可以處理的鋼板寬度達(dá)到415m。(3)棒線材超快速冷卻的應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)熱軋帶肋鋼筋軋后超快速冷卻的關(guān)鍵工藝設(shè)備是超快速冷卻水冷器。國內(nèi)現(xiàn)有的余熱淬火水冷器需要進(jìn)行改造，才可以提高冷卻效率，實(shí)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(shè)備，不需降低作業(yè)率，不需低溫軋制，不需余熱淬火。由于強(qiáng)化了冷卻效果，可以提高冷床的冷卻效率，從而提高產(chǎn)量。采用熱軋帶肋鋼筋超快速冷卻技術(shù)，可以在少用或者不用合金元素的情況下，利用335MPa級(jí)的20MnSi生產(chǎn)HRB400、HRB5

22、00螺紋鋼筋，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。6.發(fā)展趨勢：TMCP技術(shù)在某些鋼材的生產(chǎn)應(yīng)用方面已趨于成熟，但是在有些領(lǐng)域還沒有進(jìn)行嘗試或是(hu sh)沒有取得突破。以下僅從兩個(gè)方向說明TMCP技術(shù)的發(fā)展趨勢7。(1)TMCP技術(shù)在鋼管軋制(zh zh)中的應(yīng)用設(shè)想：迄今為止，TMCP在熱軋板材方面的生產(chǎn)應(yīng)用已十分廣泛，但在無縫鋼管，尤其是中大直徑無縫鋼管領(lǐng)域，其工業(yè)推廣目前尚處起步階段，需經(jīng)制管企業(yè)根據(jù)各自工藝及裝備條件有步驟地組織實(shí)施，不斷實(shí)踐、不斷完善。無縫鋼管的生產(chǎn)具有相對(duì)較高的開軋、終軋溫度以及相對(duì)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(shí)施面臨較多的變數(shù)；加之其機(jī)組生產(chǎn)效率、設(shè)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(chǎn)中的實(shí)施與應(yīng)用受到很大約束。TMCP的實(shí)施原則就是要在這樣的約束條件下，在對(duì)特定產(chǎn)品的使用性能、物理冶金、鋼種成分、工藝參數(shù)和測控手段等各方面進(jìn)行量身定制的基礎(chǔ)上，盡可能地利用和發(fā)掘在線調(diào)控的工藝資源，通過靈活調(diào)節(jié)軋件形變與溫度變化的幅值及速率，經(jīng)濟(jì)、高效地賦予該產(chǎn)品以預(yù)期的性能。(2)TMCP技術(shù)在H型鋼(xnggng)軋制中的應(yīng)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(shè)長度，同時(shí)翼緣和腹板冷卻條件不同，會(huì)造成不同部分極大的溫差，所以我國H型鋼軋機(jī)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(jī)的技術(shù)進(jìn)步和高附加值減量化產(chǎn)品的開發(fā)。所以，將TMCP技術(shù)應(yīng)用于H型鋼的生產(chǎn)，是我們正在研究與發(fā)展的目標(biāo)，在某些高校與企業(yè)的合作中已取得初步進(jìn)展8參考文獻(xiàn)1NKKSFukuyama.Super-OLACHIntroducedatHouStripMillforAutomotiveSteelSheetProductionEB/OL.(2002-07-15)2GladmanT,DulieuD,MclvorID.Structurepropertyrelationshipsinhighstrength