控轧控冷工艺的技术研究及应用

学 号：02HEBEI Vocatioanal and Technical College毕业论文GRADUATE THESIS论文题目： 控轧控冷工艺的技术研究及应用学生姓名： 李明明专业班级： 材料 081院 系： 资源与环境工程系指导教师：黄丽颖 王存海2011 年 6 月 2 日目 录摘 要 .1ABSTRACT.2引 言 .31 控轧控冷技术的概述 .41.1 控轧控冷技术的定义 .41.1.1 控制轧制与普通轧制的比较 .41.2 板带钢控制轧制工艺的种类和特点 .41.2.1 板带钢控制轧制的种类4 1.2.2 板带钢控制轧制的特点 52 控轧控冷的机理以及必要性62.1 控制轧制的机理 62.2 控制轧制的必要性 72.2.1 用户对产品的性能要求 7 2.2.2 控制轧制对新产品开发对的必要性 7 2.2.3 为什么热轧线材轧后需要采用控制冷却工艺 93 控轧控冷的应用 .103.1 控轧控冷在板带钢中的应用 .103.2 控轧控冷在线棒材中的应用 .103.3 控轧控冷技术应用举例 13结 论 .14致 谢 .15参考文献 16 邢台职业技术学院 毕业论文引言1摘 要介绍了控轧控冷的机理，控制轧制的优缺点。控制轧制与传统轧制的比较；由于各种钢种以及用户对产品性能的要求越来越高，使得控制轧制应用的必要性逐渐增大。高速线材轧制中应用的主要是控制冷却工艺，该技术的核心是通过对加热温度控制、轧前水冷、精轧机内水冷、精轧机组后水冷、风冷线温控等参数实现控制轧制。由于线材的轧制速度相比其它都较高，在生产中产生的变形热也相对较高，实现控制冷却尤为重要，控制加热温度，在轧制的道次间使用间断冷却，保证产品的综合性能（抗拉强度，硬度等等）。在板带材中应用的控制轧制技术的核心是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数, 改善钢材的强度、韧性、焊接性能。该项技术问世 20 年来,经过不断地完善和巩固, 已经逐步扩展应用到海洋结构用钢、线棒材、型材等各个领域。关键词: 控轧控冷；机理；特点；必要性；工艺参数；扩展应用高速线材；加热温度；控轧控冷 邢台职业技术学院 毕业论文引言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 邢台职业技术学院 毕业论文引言3引 言控制轧制（C-R）和控制冷却（C-C）技术的研究始于1890年二次世界大战的德国，当时科研人员对钢铁产品的加热工条件、材质及显微金相组织之间的关系进行了非系统的零散研究。到了20世纪60年代初期，在美国科研人员定性地解释了热轧后的钢材继续发生奥氏体再结晶动力学变化后，这才从理论上某种程度的解释了控制轧制技术。到了20 世纪60年代末期，科研人员通过实验发现，添加微量元素铌（Nb）对提高单纯轧制钢材的强度有效。随后进一步研究表明，造成铌系钢材强度高的原因，是由于维系铌碳氮化合物的铁素体析出强化造成的， 。同期英国钢铁研究机构（British Iron Steel research association）对轧制钢材的显微结构和机械性能的定量关系、铌、钒(V) 的强化机理, 控制轧制原理等进行研究, 证实了依靠物理冶金基础, 进行合理的合金成分的设计和轧制条件的设定, 便能达到所期望的钢材目标性能值和显微组织。到了20世纪70年代, 对钢材强度、低温韧性、焊接性能要求更高了, 21世纪80年代以来，高速线材的轧制速度己突破100m/s,由于轧制速度的提高，导致轧件的温升增加，使终轧温度高于1000，线材成品表面的氧化铁皮增多、晶粒粗大、钢材的显微组织和机械性能极不均匀。控制轧制中水冷和轧后的散卷冷却，以便得到组织性能良好的线材;保证轧件的轧制温度，控冷控轧就显得至关重要，因此，合适的控轧控冷参数是轧制生产线水平高低的重要标志之一而此时仅仅依靠传统的控制轧制技术远远不够。于是在奥氏体控制轧制的基础上, 还需要控制冷却速度来控制相变本身, 于是开始了真正意义的控轧控冷技术的应用。控制轧制可以在道次间控制冷却还可以减少待温时间，提高轧机小时产量。在道次间采用控制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。利用轧后钢材余热，给予一定的冷却速度控制其相变过程，从而可以取代轧后正火处理和淬火加回火处理，节省了二次加热的能耗，减少了工序，缩短了生产周期，从而降低了生产成本。邢台职业技术学院 毕业论文41 控制轧制的概述1.1 控轧控冷的定义1 控制轧制：是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的2 控制冷却：是通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制奥氏体组织状态控制相变条件、控制碳化物析出行为、控制相变后钢的组织和性能。3 TMCP：控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。1.1.1 控制轧制与普通轧制的比较与普通生产工艺相比，通过控轧控冷生产工艺可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约 4060MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。 1.2 钢板和带钢控制轧制工艺的种类和特点1.2.1 控制轧制的种类：中厚钢板的普通热轧工艺是指坯料的加热温度一般高于 1200，出炉后在高温区不间断地轧制到成品厚度，中轧温度偏高，多在 950以上，变形制度不严格控制，轧后一般采用空冷，因而获得比较粗大的铁素体和珠光体组织，钢的力学性能偏低，特别是低温韧性很难达到要求。根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同，将控制轧制分为三个阶段，即在奥氏体再结晶温度区的控制轧制称为奥氏体再结晶型控制轧制；在奥氏体未在结晶温度区的控制轧制称为奥氏体未在结晶型控制轧制；在奥氏体和铁素体（A+F）两相温度区的控制轧制叫两相区控制轧制中厚板和板带钢热轧时，几可以采用单一类型的控制轧制工艺，也可以采用两种或三种类型相配合的控制轧制工艺邢台职业技术学院 毕业论文51.2.2 控制轧制的特点：1 控制轧制的优点 1）可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。2）可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。2 控制轧制工艺的缺点：1）要求较低的轧制变形温度和一定的道次压下率，因此增大了轧制负荷。2）由于要求较低的终轧温度，大规格产品需要在轧制道次之间待温，降低轧机生产率。3 控制冷却工艺的优点1）节约能耗、降低生产成本。利用轧后钢材余热，给予一定的冷却速度控制其相变过程，从而可以取代轧后正火处理和淬火加回火处理，节省了二次加热的能耗，减少了工序，缩短了生产周期，从而降低了生产成本。2）可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织。轧后控制冷却能够降低奥氏体相变温度，对同一晶粒度级别的奥氏体，低温相变后会使，晶粒明显细化，使珠光体片层间隔明显变薄。3）可以降低钢的碳当量。采用轧后控制冷却工艺有可能减少钢中的碳含量及合金元素加入量，达到降低碳当量的效果。4）道次间控制冷却可以减少待温时间，提高轧机小时产量。在道次间采用控制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。邢台职业技术学院 毕业论文62 控轧控冷的基本原理以及必要性2.1 控轧控冷的基本原理控制轧制的机理简单可以描述为：1） 变形奥氏体晶粒被拉长2）形成大量变形带、孪晶和位错3）增加形核点，相变后细化晶粒具体描述为：通过控制热轧条件,经过相变过程在奥氏体() 的基体上,形成高密度的铁素体( ) 晶核 , 从而在相变后, 达到细化钢材的组织结构。经过研究发现铁素体的形核位置通常是在奥氏体的相界面、由热变形和变形带造成的退火孪晶的内面而控制奥氏体相结构变化的关键因素是相变温度, 在普通的热轧中, 由于不涉及任何形式的控制轧制, 基本是根据产品断面的形状进行轧制, 精轧后的温度通常在1050900之间, 则生产的钢材奥氏体晶粒尺寸粗大。所以在生产普通的C - Mn 钢过程中, 通过控制轧制温度, 把精轧道次安排在 950 800范围内, 经过大量的研究表明在该温度范围内轧制,钢材奥体则达到细化晶粒的目的。通过进一步研究表明, 细化奥氏体晶) 粒的方法是把轧制尽量安排在奥氏体的非再结晶温度范围内, 但是, 在这一范围内, 由于奥氏体的再结晶点和Ar3 温度点接近, 范围较窄, 所以, 在生产中并没有取得多大的效果通过添加合金元素铌(Nb) , 能够升高再结晶点100, 同时又发现铁素体生核点不是在奥氏体的相界面上, 而是在由于再结晶点上升而造成的非再结晶区温度范围内缩减所造成的孪晶晶界和变形带上, 这些界面作为铁素体相成核场所的界面。因此, 在铌钢的精轧中, 对产品进行金相分析显示轧制产品中存在结晶区有相当部分的奥氏体晶粒被细化。如图1 控制轧制和控制冷却机理示意：图 1 控制轧制和控制冷却机理示意邢台职业技术学院 毕业论文7图 1 控制轧制和控制冷却机理示意（续）2.2 控制轧制的必要性2.2.1 用户对产品性能的要求产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能等）决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数等）决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）材料加工过程是冶金过程柔性制造技术加工工艺 1加工工艺 2加工工艺 3组织特征 1组织特征 2组织特征 3用户要求 1用户要求 2用户要求 3钢种成分2.2.2 控制轧制对新产品开发对的必要性急需通过控轧控冷改变性能的钢种管线钢：开发西部，西气东输工程高级别船板高强度工程机械用钢抗震耐火钢（日本阪神大地