钢材的控制轧制和控制冷却技术.doc

钢材控制轧制和控制冷却技术材控14何彦武钢材的控制轧制和控制冷却技术何彦武材冶学院 材料成型及控制工程 14【摘要】对控制轧制与控制冷却的概念，控制原理，控制轧制与控制冷却在棒线材生产中的应用，意义及发展趋势进行了介绍，并对现代棒线材生产中控制轧制与控制冷却技术关键进行简单的介绍。控制轧制是指在热轧过程中，通过对金属加热、轧制和冷却的合理控制，使范性形变与固态相变过程相结合，以获得良好的晶粒组织，使钢材具有优异的综合性能的轧制技术。控制冷却是指热加工后对钢材进行的旨在控制相变组织和钢材性能的冷却技术。【关键词】控制轧制技术 控制冷却技术 特点 应用 发展趋势The controlled rolling and controlled cooling technology of steel【 abstract 】 of controlled rolling and controlled cooling concept, control principle, control rolling and control cooling in rod wire production, the application of the significance and development trend are introduced, and the modern great controlled rolling and controlled cooling technology in wire rod production key were introduced simply. Control is to point to in the hot rolling process of rolling, based on the reasonable control of the metal heating, rolling and cooling, and make the plastic deformation combined with solid phase change process, in order to obtain good grain organization, make steel has excellent comprehensive performance of the rolling technology. Controlled cooling means to control phase change of steel after hot working organization and performance of the steel cooling technology.【 key words 】 control rolling technology characteristics of controlled cooling technology application development trend1. 引言 控轧控冷技术的发展历史： 20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。20世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。 1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技术已成熟，理论进展发展迅速。2控轧控冷技术的冶金原理2.1控制轧制机理控制轧制使钢材强韧化的实质就是通过调整各轧制工艺参数(如:钢坯加热温度、变形量、终轧温度、轧后冷却等)来控制钢在整个轧制过程中的冶金学过程(如:奥氏体的再结晶、合金元素及其碳、氮化物的固溶和析出、相变、加工硬化、织构等),最终达到控制钢材组织和性能的目的。控制轧制使钢材强韧化的机理主要有:1.晶粒细化对于铁素体+珠光体型钢,铁素体晶粒的大小与钢材强度和韧性的关系热塑性变形过程中或变形之后的钢组织的再结晶在控制轧制中起决定作用,奥氏体晶粒的细化是控制轧制的基础。热变形从形变的角度考虑是降低变形抗力和提高钢的塑性变形能力 。从组织控制的角度考虑是:完成钢的奥氏体组织的控制 ;在一定的奥氏体组织条件下进行形变 通过对形变条件的控制,实现对变形过程中组织的控制为相变做组织准备;控制相变过程,以获得要求的组织和性能。不同的相变前的奥氏体组织 ,相变后组织就会不同 ,性能就不同。奥氏体化条件不同 、形变条件的不同,热变形过程中会出现不同的动态回复过程 (动态回复、动态再结晶)、静态回复过程(静态回复、静态再结晶),而不同的回复过程会形成各种热变形条件下钢的组织变化2. 2 钢的强化机理及对韧性的影响钢的强化机理主要有: 固溶强化、析出强化、位错强化、细晶强化 (晶界强化、亚晶强化 )、相变强化等。固溶强化 ,通过添加 C, Mn, Si, Ni等合金元素来获得。 通过添加 Nb, V, Ti微合金元素及采用控制轧制工艺可实现细晶强化、析出强化、位错强化。在采用强化手段提高钢的强度的同时 ,还必须考虑到强化手段对钢韧性的影响。通常固溶强化 ( Ni元素除外 )、析出强化、位错强化的结果导致脆性转变温度升高;而细晶强化使脆性转变温度下降。 因此通过控轧工艺以获得细小铁素体晶粒及采用奥氏体和铁素体两相区轧制获得铁素体亚晶组织 ,在提高钢的强度的同时 ,又可以降低脆性转变温度。加入 Nb, Ti微合金元素后 ,由于析出强化使屈服强度上升 ,同时脆性转变温度也上升。当采用控轧工艺后 ,细晶强化与析出强化共存 ,使屈服强度上升 ,脆性转变温度下降 ,即提高了钢的强韧性。 V微合金元素细晶强化不明显 ,对改善钢的韧性不利 ,一般需与 Nb组合使用 ,发挥 V的析出强化和 Nb的细晶强化的综合使用 ,以改善钢的强韧性。钢中第二相组织的存在 ,对脆性转变温度有不利影响 ,因而尽可能降低其体积比或细化第二相组织使其均匀分布。综合上述 ,细晶强化是提高钢强韧性的最佳手段2. 2 获得细小铁素体晶粒的途径 三阶段控制轧制原理图 1给出了多种控制轧制工艺与相变后组织之间的对应关系。如上所述 ,细晶强化可获得高的强韧性 ,它可通过奥氏体再结晶区域控轧、奥氏体未再结晶区域控轧、奥氏体和铁素体两相区控轧来获得细小铁素体晶粒。3 控制冷却存在的问题3.1数学模型影响板材温度的因素多而复杂,包括:带钢材质、厚度、速度、冷却水量、水压、水流运动形态、终轧温度、热传导、对流、辐射条件和冷却装置的设备状况等,因而难以在数学模型中全部考虑和精确描述,增加了准确控制的难度。3.2冷却的均匀性钢板轧制过程中一般头部和尾部比中间部分的温度低。在采用恒速输送时,钢板的终止冷却温度从头至尾呈线性降低。造成长度方向上冷却不均匀。由于水在上下表面的停留时间和流动状态不同,所以造成上下冷却的不均匀性。如果对此不加以控制,则会造成钢板的翘曲。钢板轧制过程中边部由于与水接触更多会产生更大的温度下降,同时边部的下喷水回落到板面上,造成宽度方向冷却不均匀。3.3控制滞后卷取测温仪通常安装在冷却区外10多米的位置,相对控制点,检测滞后很大,严重制约了常规反馈控制方式的使用。此外,控制阀的开闭及冷却水从出水口溅落到带钢表面,都存在较大的滞后效应,给动态控制带来不利影响。4.控制冷却技术的作用 控制冷却的作用可概括为：（1）提高产品质量：力学性能：提高强度，改善韧性；工艺性能：改善可焊性，提高氢致裂纹抗力，提高成形性；组织与结构：增强组织的分散度，可获得复相组织，细化晶粒，增强析出；表面质量：减少表面划伤和裂纹，减少氧化铁皮，无表面脱碳。（2）降低生产成本节省合金成分，节约能源，简化工艺流程，提高成材率。（3）增加社会效益减轻构件或设备重量，节省自然资源，减少环境污染。5控轧控冷技术的发展趋势（1）全面性表现在从钢坯加热就开始的严格控制,即开坯、精轧到冷却的全面工艺控制。组织控制过程可分为八个阶段:轧前加热取得均匀奥氏体,高温形变(快速轧制中奥氏体再结晶),中间温度形变,在Y相区再结晶发展,Ya相变区的奥氏体形变Y+a双相区形变。在三相区珠光体转变阶段,铁素体、奥氏体、珠光体的形变;低于Ar区的铁素体、珠光体形变,形变完成后的控制冷却。其中有已成功的模拟程序。冷却条件的优化,对依据丫组织控制和丫a相变控制而终轧的钢材作出最佳在线冷却条件的认定。（2）进一步降低线材坯料出炉温度。钢坯采用较低的出炉温度进行轧制，除改善冶金性能外，还能达到较低的总能量消耗。为了解决粗轧温降问题可以采用紧凑粗轧机来代替普通的粗轧机和中轧机组。 （3）由于轧件进入精轧机组之前和进入精轧机架之间都经过中间水冷，使线材终轧温度控制在800左右， 这就大大的提高了线材的刚度， 并且减少了精轧后水冷段的冷却水量。因此， 控制冷却的水冷段将向缩短的方向发展，全轧线冷却轧件的水冷系统也将向全闭环控制回路发展。（ 4） 吐丝温度逐渐降低。 由于采用了控温轧制，和常规轧制比较吐丝温度将普遍降低。参考文献1王国栋.新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程J.东北大学学报,2009(7).2李宏图.中厚板轧制控制冷却技术J.钢铁技术,2003(2).3王有铭,李曼云,韦光.钢材的控制轧制和控制冷却M.4孙进.控制冷却技术及控制策略在中厚板上的应用R.冶金自动化,2010.5王国栋.我国中厚板生产设备、工艺技术的发展J.中国冶金,2004(9).6李文华.控冷技术在中厚板生产中的应