新一代TMCP技術(shù)內(nèi)涵和工藝裝備

一代TMCP技術(shù)內(nèi)涵和工藝裝備TMCP掌握軋制和掌握冷卻技術(shù)，即TMCP，20世紀(jì)鋼鐵業(yè)最宏大的成就之一，是鋼鐵業(yè)得以進(jìn)展的關(guān)鍵和共性技術(shù)。TMCP的核心是晶粒細(xì)化和細(xì)晶強(qiáng)化。所謂掌握軋制，是對(duì)奧氏冷卻掌握相變，得到貝氏體等強(qiáng)化相，進(jìn)一步改善材料的性能。承受“低溫大壓下”，與人的問(wèn)題也自然不容回避。鈮等微合金元素的參加，可以顯著提高鋼材的再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)，這大大強(qiáng)化了軋制奧氏體的硬化狀態(tài)。參加的微合金和合金元素，還常常會(huì)以碳氮化物的形式析出，對(duì)材料實(shí)行沉淀強(qiáng)化，從而對(duì)材料強(qiáng)度的提高作出奉獻(xiàn)。但是，微合金和合金元素參加，會(huì)提高材料的碳當(dāng)量，這會(huì)惡化材料的焊接性能，增加本錢也是不言而喻TMCPTMCPTMCPTMCP發(fā)揮固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等各種手段的作用，加強(qiáng)材料組織性能的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的高效化、減量化、高級(jí)化和集約化，充分挖掘鋼鐵材料的潛力，促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展。作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的共性和關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的TMCP到底存在哪些問(wèn)題，歸納起來(lái)有：TMCP化軋制；如何發(fā)揮鋼鐵材料的潛力，降低優(yōu)質(zhì)鋼材對(duì)合金元素和微合金元素的依靠，節(jié)約資源和能源，實(shí)現(xiàn)減量化軋制；如何發(fā)揮強(qiáng)化機(jī)制的作用，提升鋼材的性能，實(shí)現(xiàn)鋼材的高級(jí)化，發(fā)揮先進(jìn)鋼材對(duì)社會(huì)進(jìn)展的引領(lǐng)作用。TMCP針對(duì)上述問(wèn)題，提出了利用超快冷技術(shù)的一代TMCP的主體思路，其要點(diǎn)如下。HTP一代的TMCP應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品性能允許的條件下，盡量承受適宜的正常軋制溫度進(jìn)展連續(xù)大變形，在軋制溫度制度上不肯定堅(jiān)持“低溫大壓下”的原則。這樣軋制負(fù)荷〔包括軋制力和電機(jī)功率〕可以大幅度降低，設(shè)備條件的限制可以大為放松，軋機(jī)等軋制設(shè)備的建設(shè)也不必追求高強(qiáng)化，建設(shè)投資可以大幅度降低。同時(shí)大大提高軋制的可操作性，避開軋制工藝事故，例如卡鋼、堆鋼等，同時(shí)也延長(zhǎng)了軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等軋制工具的壽命。這對(duì)于提高產(chǎn)量、降低本錢、提高軋制效能是格外有利的。超快速冷卻在這種狀況下，考慮的第一個(gè)問(wèn)題是軋件溫度。由于承受常規(guī)軋制，終軋溫度較高，假設(shè)不加掌握，材料會(huì)由于再結(jié)晶而快速軟化，失去硬化狀態(tài)。因此，在終軋溫度和相變開頭溫度之間的冷卻過(guò)程中，應(yīng)努力設(shè)法通過(guò)快速冷卻，避開硬化奧氏體的軟化，即設(shè)法將奧氏體的硬化狀態(tài)保持到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)。對(duì)板帶材而言，確保高速冷卻條件下的平直度是一個(gè)關(guān)鍵性、瓶頸性的問(wèn)題。針對(duì)熱帶品。超快速冷卻終止點(diǎn)的準(zhǔn)確掌握軋后鋼材由終軋溫度急速快冷，快速穿過(guò)奧氏體區(qū)，到達(dá)需要的終冷溫度，例如鐵素體區(qū)溫度或者貝氏體區(qū)溫度等。在軋件到達(dá)預(yù)定的溫度掌握點(diǎn)后，應(yīng)當(dāng)馬上停頓超快速冷卻。止溫度的準(zhǔn)確掌握。冷卻路徑的掌握的空間。利用這一特點(diǎn)，有可能利用簡(jiǎn)潔的成分設(shè)計(jì)獲得不同性能的材料，實(shí)現(xiàn)減量化、集約化的軋制生產(chǎn)。析出強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等多種強(qiáng)化機(jī)制的聯(lián)合、共同作用，實(shí)現(xiàn)鋼材軋制過(guò)程的高效化、減量化、集約化和產(chǎn)品的高級(jí)化。TMCP細(xì)晶強(qiáng)化HSLA溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)，在未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)展低溫大壓下，造成材料內(nèi)部形成大量的變形帶、的大量存在，造成后續(xù)相變中材料內(nèi)部大量形核，因而可以大幅度細(xì)化材料的晶粒，實(shí)現(xiàn)細(xì)Nb800-950℃的溫度區(qū)間由于變形的誘導(dǎo)而大量析出微合金元素的碳氮化物，從而提高材料的再結(jié)晶溫度，強(qiáng)化材料的硬化效果。對(duì)HSLA當(dāng)承受一代TMCP時(shí)，盡管材料是在較高的溫度下完成熱變形過(guò)程，但是變形后的短時(shí)間內(nèi)，材料還來(lái)不及發(fā)生再結(jié)晶，仍舊處于含有大量“缺陷”的高能狀態(tài)。假設(shè)對(duì)它實(shí)施陷”成為形核的核心，因而可以得到與低溫軋制相像的強(qiáng)化效果。析出強(qiáng)化體晶格的畸變，提高材料的強(qiáng)度，這稱為析出強(qiáng)化。析出強(qiáng)化的效果與析出相數(shù)量、顆粒尺寸等因素有關(guān)，在各類鋼中都有應(yīng)用。自從開發(fā)HSLA鋼成功以來(lái)，析出強(qiáng)化在材料高強(qiáng)化方面的作用也日益顯著，目前析出強(qiáng)化已經(jīng)成為材料強(qiáng)化的重要手段。Gladman等人依據(jù)Orowan-Ashby5.9f1/2Δσ=———ln(x/2.5×10-4)(1)x其中，ΔσMPa，fx粒在滑移平面上的平面截取直徑，由x=D(2/3)1/2給出，其中Dμm〔1〕HSLA800-950℃TMCP時(shí)，在比較高的溫度材料被加工成型，在通常形變誘導(dǎo)析出的溫度范圍，材料被快速冷卻通終止，例如在鐵素體相變的“鼻尖”溫度被終止，然后進(jìn)展空冷。此時(shí)碳氮化物可能由于很大的析出驅(qū)動(dòng)力而在鐵素體晶內(nèi)大量、微細(xì)、彌散析出，使鐵素體基體得到強(qiáng)化，大幅度提高材料的強(qiáng)度水平。因此，承受一代TMCP技術(shù)，可以更好的發(fā)揮鈮等微合金元素的強(qiáng)化作用，發(fā)揮合金元素的強(qiáng)化效果。相變強(qiáng)化一種強(qiáng)化方法。鋼鐵材料的一個(gè)重要特點(diǎn)，是在冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生簡(jiǎn)單的相變。假設(shè)對(duì)冷卻條件加以掌握，即對(duì)相變過(guò)程進(jìn)展掌握，在鋼中引入肯定數(shù)量的硬相組織，就可以提高鋼材的強(qiáng)度。硬相所占的比例不同，就可以得到不同的材料強(qiáng)度水平。相變強(qiáng)化正是利用了鋼鐵材料的這一特點(diǎn)。先進(jìn)高強(qiáng)鋼〔AHSS〕和超高強(qiáng)鋼主要是通過(guò)相變來(lái)獲得含有硬相馬氏體、貝氏體的復(fù)相組織，從而實(shí)現(xiàn)材料的強(qiáng)化。則會(huì)得到不同的組織，因而會(huì)有不同的材料性能。典型的AHSS鋼，即DP、TRIP、鐵素體-貝氏體雙相鋼的冷卻工藝路徑各不一樣。在冷〔或超快速冷卻將奧氏體冷卻到鐵素體相變開頭溫度。隨后進(jìn)入保溫狀態(tài)，即材料處于空冷狀態(tài)，以利于鐵素體的析出。當(dāng)析出肯定比例的鐵素體之后，例如85％，對(duì)材料進(jìn)展其次次加速冷卻〔或超快速冷卻〕，假設(shè)終冷溫度在馬氏體復(fù)相組織，即雙相鋼。假設(shè)冷卻的終冷溫度是處于300-500℃的貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，則剩鐵素體、貝氏體、剩余奧氏體組成的TRIP鋼；假設(shè)剩余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，則得到鐵素體和貝氏體組成的鐵素體-貝氏體雙相鋼。關(guān)于前和后部具體是承受常規(guī)加速冷卻還是超快速冷卻的問(wèn)題，超快速冷卻具有肯定的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是首選。前部超快冷有利于鐵素體的。后部超快冷更有利于馬氏體相變。所以，在實(shí)施一代TMCP的過(guò)程中，假設(shè)能夠發(fā)揮超快冷的優(yōu)勢(shì)，對(duì)冷卻路徑進(jìn)展適當(dāng)掌握，則可以在更大的范圍內(nèi)，依據(jù)需要對(duì)材料的組織和性能進(jìn)展更有效的掌握，甚至開發(fā)出全的軋制過(guò)程。TMCP超快速冷卻系統(tǒng)Super-OLAC1998，JFE〔NKK〕OLACSuper-OLAC〔SuperOn-LineAcceleratedCooling〕型加速冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是避開了過(guò)渡沸騰和膜沸騰，實(shí)現(xiàn)了全面的核沸騰，具有可達(dá)極限冷卻的冷卻速率和極高的冷卻均勻性。Super-OLAC冷卻系統(tǒng)的噴嘴與鋼板的距離較近，吹掃掉，從而到達(dá)鋼板和冷卻水之間的完全接觸，實(shí)現(xiàn)核沸騰。這不僅提高了鋼板和冷卻水之間的熱交換，到達(dá)較高的冷卻速率，而且可以實(shí)現(xiàn)鋼板的均勻冷卻，大大抑制了鋼板由于冷卻不均引起的翹曲。由于冷卻的均勻性，即使承受這種上、下外表的強(qiáng)冷方式，也不必?fù)?dān)憂發(fā)生上、下外表的非平衡冷卻。Super-OLAC冷卻后鋼板外表的溫度分布均勻，與軋后鋼板溫度分布是全都的。Super-OLAC系統(tǒng)為福山廠的產(chǎn)品開發(fā)、本錢降低發(fā)揮了巨大作用。NKKJFEJFE〔即原川崎制鐵水島廠〕2022Super-OLAC20mm65℃/s2022Super-OLACSuper-OLAC是一代掌握冷卻系統(tǒng)的重要特征。CLC-μ日鐵于1983年領(lǐng)先承受冷卻前鋼材矯直和約束冷卻方式的冷卻系統(tǒng)，稱之為CLC〔ContinuousonLineControlProcess〕，并應(yīng)用于生產(chǎn)焊接性優(yōu)良的高強(qiáng)、高韌性鋼等產(chǎn)品。日鐵在CLC應(yīng)用的根底上，開發(fā)了一代掌握冷卻系統(tǒng)CLC-μ，在君津的厚板車間202237“CLC”后面增加字母“μ”，有下面幾層意思。其一，“μ”表示可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的冷卻掌握，在物理冶金方面是“萬(wàn)能的”Ultra，Ultimate，Unrivaled，Universal，Uniform，Unique，Unlimited，等詞的頭一個(gè)字母，表示優(yōu)良的性質(zhì)之意。CLCCLC-μ系統(tǒng)連續(xù)承受約束型的掌握冷卻均勻性掌握，板厚方向硬度均勻性提高，所以鋼板組織掌握精度得以大幅度提高。CLC-μ技術(shù)，日鐵開發(fā)了焊接區(qū)高韌性的鋼種HTUFFR、X80抗大變形管線鋼、-40℃以下極嚴(yán)寒地區(qū)使用的優(yōu)良焊接性和焊接接頭韌性的海洋構(gòu)造用鋼等鋼種，大量供給市場(chǎng)。RALADCOS東北大學(xué)RALADCOS〔AdvancedCoolingSystem〕。針對(duì)中厚板，RAL明專利。該系統(tǒng)命名為ADCOS-PM〔PlateMill〕。該系統(tǒng)借鑒輥式淬火機(jī)實(shí)施淬火過(guò)程的熱交換，到達(dá)較高的冷卻速率，而且可以實(shí)現(xiàn)鋼板的均勻冷卻，大大抑制了鋼板由于冷卻不火。將ADCOS-PMADCOS-HS〔HotStripMill，是常規(guī)的加速冷卻裝置。它可以單獨(dú)使用進(jìn)展加速冷卻，也可以與超快冷進(jìn)展接力式冷卻，實(shí)現(xiàn)高軋制速度下的高冷卻速度的直接淬火。對(duì)棒材，RALADCOS-BM〔BarMill〕。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)備是超快冷水冷器，水冷器由多節(jié)冷卻管組成，總長(zhǎng)度一般不大于20m，在軋速小于20m/s時(shí)，水冷器總長(zhǎng)度小于13m。每節(jié)冷卻管在軋件入口端由環(huán)狀縫隙噴射肯定壓力的冷卻水，冷卻水與軋件同方向運(yùn)動(dòng)，但是速度高于軋件。冷卻水從軋件的出口端流出。由于承受Φ10mm4分軋制的堵鋼問(wèn)題。該工藝的使用可以做到不改造主要設(shè)備，不降低作業(yè)率，不低溫軋制，不余熱淬火。由于強(qiáng)化了冷卻效果，所以可以提高冷床的冷卻效率，從而提高產(chǎn)量。利用熱軋帶肋鋼筋超快335MPa20MnSi生產(chǎn)HRB400、HRB500H，RAL開發(fā)了ADCOS-HBM〔HBeamMill〕。由于常規(guī)掌握冷卻系統(tǒng)的冷卻力量較差，需要較大的建設(shè)長(zhǎng)度。同時(shí)翼緣和腹板冷卻條件不同，會(huì)造成不同局部極大的溫差。RAL裝置進(jìn)展精細(xì)化設(shè)計(jì)，開發(fā)的H型鋼超快冷系統(tǒng)可以對(duì)翼緣和腹板進(jìn)展均勻化的快速冷卻。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研的親熱合作，具有自主學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)的H型鋼超快冷系統(tǒng)已經(jīng)取得突破，2022年底H在線加熱裝置一代TMCP技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是軋后的在線熱處理過(guò)程不僅僅限于冷卻或保溫，某些狀況下還會(huì)進(jìn)展肯定條件的加熱，例如淬火后的在線回火，Q&P過(guò)程等。所以，常常需要某些性能優(yōu)良的在線加熱裝置。在線感應(yīng)加熱裝置應(yīng)的熱處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)?；?、調(diào)質(zhì)、回火等熱處理工藝。2022，JFE202254.5mHO〔HeattreatmentOn-lines是目前世界上唯一的一套中厚板在線熱處理裝置。HOP安裝于矯直機(jī)之后，為了提高加熱效率，簡(jiǎn)扮裝置，承受巨大的感應(yīng)線圈，可以對(duì)105-107W/m2100Super-OLACHOP化物的分布和尺寸進(jìn)展掌握，使其格外均勻、細(xì)小的分散于基體之上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)質(zhì)鋼的高強(qiáng)度和高韌性?；谔蓟锏奈⒓?xì)、分散、均勻掌握，通過(guò)最優(yōu)組織設(shè)計(jì)