中厚板生产课件

2.中厚板生产,1,中厚板发展的历史及发展现状,中厚板轧机的型式与布置,中厚板生产工艺流程及车间平面布置,中厚板的生产工艺,产品缺陷及处理,3,2.1中厚板发展的历史及发展现状,19世纪初：在二辊周期式薄板轧机上生产小块中板；1850年：采用二辊可逆式轧机；1864年：美国创建世界上第一套三辊劳特式轧机；1891年：美国世界上第一套四辊可逆式厚板轧机；1918年：卢肯斯钢铁公司科茨维尔厂建成第一套5mm以上的特宽厚板轧机，5230mm四辊式；1907年：美国创建了第一架万能式厚板轧机。,一、中厚板发展的历史,4,20世纪50年代：工业发达国家完成技术改造，新建了一批低刚度轧机；60年代：4700mm为主的大刚度双架轧机；70年代：5500mm为主的特宽型单机架轧机，以满足石油、天然气等长距离输送大直径管线用钢；80年代以后：数量减少，但质量和生产技术提高了。,1、轧制技术普遍提高2、采用连铸坯3、轧机规模加大4、控轧控冷相结合5、板形动态系统控制6、精整现代化,二、中厚板生产的现状,6,2.2中厚板轧机的型式与布置,一、中厚板轧机的型式,缺点：轧机辊系的刚性差，不便于通过换辊来补偿辊型的剧烈磨损，故精度不高。,1.二辊可逆轧机：旧式轧机,轧辊直径：8001300mm、辊身长度：30005500mm。,优点：低速咬入，高速轧制以增大压下量提高产量，可变速可逆运转，具有初轧机的功能。,7,优点：采用交流感应电动机传动；显著降低轧制压力和能耗；中辊易于更换，便于采用不同凸度的中辊来补偿大辊的磨损，以提高产品精度及延长轧辊寿命；,缺点：轧机咬入能力弱，辊系刚性不够大，不适合生产宽而厚的产品。,2.三辊劳特式轧机,上下辊直径：700850mm、中辊直径：500550mm、辊身长度18002300mm。,10,11,12,优点：轧制过程可调速：低速要入，升速轧制，降速抛钢、改善咬入、减小间隙时间；工作辊直径小：可以减小轧制力和轧制力矩；有强大的支承辊：牌坊立柱断面面积大，轧机刚度高，可以保证精度。,3.四辊可逆式轧机：应用最广泛,缺点：造价高，有些工厂只做精轧机。,13,14,15,实际使用：适用于轧件宽厚比(B/H)小于6070时。,4.万能式轧机：一侧或两侧带有一对或两对立辊,立辊的作用：消除钢坯（锭）的锥度，轧边、齐边及破鳞。,优点：设计理念：生产齐边钢材，不用剪边，以降低金属消耗，提高生产率。,缺点：立辊与水平辊难以同步运行，增加电气设备的复杂性和操作困难。,16,17,18,二、中厚板轧机的布置,一般组合：二辊轧机+四辊轧机（美国、加拿大、可逆）四辊轧机+四辊轧机（欧洲、日本）,1.单机架轧机：四辊式为主，各种型式轧机,2.双机架轧机：现代中厚板轧机的主要型式，两机架分别完成粗轧和精轧的任务。,优点：产量高，产品表面、尺寸和板形好，粗轧独立生产，延长轧辊的寿命，粗精轧分配合理。,布置型式：并列式、顺列式,19,20,两架四辊可逆式轧机组成的双机座厚板轧机是现代厚板轧机的最佳方式，其主要原因：2台四辊轧机可以合理地分配轧制道次和压下量，提高轧机产量；粗轧机座用四辊机座提供给精轧机座的中间板坯凸度小，提高产品精度；有效地实施控制轧制；粗轧机座的辊身长度加长，满足横轧宽展需要，又可在粗轧机座上生产更宽的产品规格。eg：德国迪林根双机座厚板轧机。粗轧5500；精轧4800。,2.3中厚板生产工艺流程及车间平面布置,21,一、一般中厚板生产流程,2.3中厚板生产工艺流程及车间平面布置,22,23,抛丸底层涂料钢板是未经热处理的，但船用和桥梁用钢板有的需正火热处理后进行抛丸底层涂料处理，在机械性能测试前应先进行热处理，然后再抛丸和油漆。抛丸：形成一定的粗糙度。,24,二、特殊中厚板生产流程,25,特殊中厚板生产流程的特点：原料和轧成的钢板均需要经过超声波探伤检查，以确保钢板的内在质量；一些重用要途的钢板为保证表面质量和尺寸精度，用户要求按抛丸底层涂料钢板交货可缩短施工周期；不锈钢除固溶处理外，有时还要求酸洗钝化后交货。,26,三、典型中厚板车间平面布置图,日本住友金属鹿岛制铁所厚板工厂平面布置-板坯场-主电室-轧辊间-轧钢跨-精整跨-成品库1-室壮炉2-连续式炉3-高压水除磷4-粗轧机5-精轧机6-矫直机7-冷床8-切头剪9-双边剪10-部分剪11-堆垛机12-定尺剪13-超声波探伤设备14-压平机15-淬火机16-热处理炉17-涂装机18-抛丸设备,27,鞍钢2500mm中板线工艺流程,鞍钢4300mm厚板线工艺流程,28,2.4中厚板的生产工艺,2.4.1原料准备,2.4.2原料的加热,29,30,2.4中厚板的生产工艺,1.原料种类,2.4.1原料准备,31,厚度尺寸尽可能小；原料的宽度尺寸尽量大；原料的长度应尽可能接近加热炉的最大允许长度。,2.原料设计,32,1.加热的目的提高钢的塑性，降低变形抗力；使坯料内外温度均匀；改变金属的结晶组织，保证生产需要的机械和物理性能。,2.4.2原料的加热,33,2.加热的要求满足工艺规范的需要；沿长度和断面均匀；减少加热时氧化烧损。,34,推钢式（热滑轨式）连续炉步进式,按其构造分：连续式加热炉、室状加热炉和均热炉三种。,3.加热炉型式,室状炉：特重、特轻、特厚、特短的板坯，或多品种、少批量及合金钢，生产灵活。,均热炉：多用于由钢锭直接轧制特厚板。,35,优点：设备简单、操作容易掌握、投资少；缺点：钢坯在水梁上滑动产生擦伤；加热时间长，钢坯氧化，脱碳严重；容易粘钢；不能空出炉。,推钢式,36,靠动梁的上、下、前、后平移动作而实现的，故炉长不受限，操作灵活，易于空出炉。不会造成钢坯划痕，加热效率高。便于调整坯料间隙和加热时间，易于调整出炉节奏，适应冷装坯，冷热混合坯在炉内的加热条件控制。,步进式,加热工艺制度,加热温度：满足轧制工艺规范的温度；加热速度：单位时间内钢在加热时的温度变化加热时间：精确确定困难，影响因素多炉温制度及炉内气氛的选择与控制,37,38,估算公式：=CHH坯料厚度cm加热时间hC系数，h/cm,低碳钢0.10.15中碳钢0.150.2低合金钢0.150.2高碳钢0.200.30高级工具钢0.30.4,39,加热制度钢在加热炉内加热时的温度变化过程叫钢的加热制度。一段式加热制度：只有一个加热段；二段式加热制度：加热段+均热段预热段+加热段三段式加热制度：预热段+加热段+均热段多段式加热制度：预热段+多个加热段+均热段,2.4.3轧制,除鳞-粗轧-精轧或成型轧制-展宽轧制-伸长轧制,40,（1）除鳞氧化铁皮：FeO、Fe3O4、Fe2O3一次氧化铁皮（炉生）：在加热炉内加热时板坯表面生成，厚而硬；二次氧化铁皮（次生）：在轧制过程中钢板表面生成，厚度很薄。除鳞目的：除去表面的氧化铁皮以获得有良的表面质量。除鳞原理：利用高压水的强烈冲击作用，去除表面的氧化铁皮。,41,42,高压水除鳞装置示意图,43,(2)粗轧（展宽轧制）,粗轧阶段的主要任务：将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。,44,(3)精轧,45,全纵轧法：钢板的延伸方向与原料(钢锭或钢坯)纵轴方向相一致的轧制方法。原料的宽度稍大于或等于成品钢板的宽度时采用。,中厚板轧制方法,46,全横轧法：钢板的延伸方向与原料的纵轴方向相垂直的轧制方法。板坯长度大于或等于钢板宽度时采用。,47,1.粗轧,48,区别轧钢的方法：纵轧、横轧、斜轧,纵向轧制示意图1-轧辊；2-轧件,纵轧：钢板的延伸方向与原料纵轴方向重合的轧制。,49,横向轧制示意图a-横轧齿轮示意图；b-楔横轧示意图1-轧件；2-齿形轧辊；3-带楔形横的轧辊；4-导板,横轧：钢板延伸方向与原料纵轴方向垂直的轧制。,50,斜向轧制示意图a-斜轧无缝钢管示意图；b-斜轧周期断面轴示意图1-轧辊；2-轧件；3-芯棒；4-仿行板,斜轧：轧辊的纵轴线倾斜相互成一定角度，轧件旋转前进，金属主要沿轧件的纵轴线方向延伸。,51,全纵轧法全纵轧法：当板坯的宽度大于或等于钢板宽度时，即可不用宽展而直接纵轧成成品的轧制方法。优点：产量高、且钢锭头部缺陷不致扩展到钢板长度上；缺点：由于轧制中钢板只向一个方向延伸，使钢中偏析夹杂等呈明显条带状分布，钢板组织和性能存在严重的各向异性，使横向性能（冲击韧性）太低，以致往往不合理，加之板坯宽度与钢板宽度也难得正好适应，所以这种轧制法实际用的不多。,52,横轧-纵轧法：先将板坯展宽至所需宽度以后再转90进行纵轧直至完成。优点：提高横向性能；减少各向异性；适合以连铸坯为原料；缺点：易产生桶形，增加切边量。,横轧-纵轧法（综合轧制法）,53,54,55,角轧：轧件的纵轴与轧辊轴线呈一定角度送入轧辊进行轧制的方法。送入角：=1545优点：可以改善咬入条件，提高压下量并减小咬入时冲击力，有利于设备维护。缺点：由于拨钢延长轧制时间降低了产量，送入角及钢板形状难以正确控制，增大切损，降低成材率。,角轧-纵轧法,56,57,将钢坯长度轧至毛边钢板宽度时，回转90后进行横轧至获得成品。优点：由于两个方向得到变形，有利于提高钢板性能；缺点：当原料的宽度与长度均小于钢板宽度时才适合，为了保证钢板的尺寸和性能必须保证纵向与横向变形的分配。,纵轧-横轧法,58,59,全横轧法：将板坯进行横轧直至轧成成品的轧制方法。适用于板坯长度大于或等于钢板宽度时采用。优点：a.减小了钢板组织、性能的各向异性，提高横向塑性和冲击韧性；b.得到更整齐的边部，无端部收缩，不呈桶形，减少切边损失，提高成材率；c.减少一次转钢，提高产量。缺点：组织性能产生各向异性（对于初轧坯）。,全横轧法,60,双机架：第一架为粗轧，第二架为精轧单机架：无明显界限，前阶段为粗轧，后阶段为精轧。作用：继续轧制，将板坯轧制为成品，并控制表面质量，组织、性能及尺寸要求。,2.精轧：与粗轧无明显界限,61,2.5平面形状控制,平面形状控制：钢板的矩形化控制。在成形轧制和展宽轧制阶段，不能认为是平面变形（即无宽展变形），轧制中轧件在横向也发生了变形，并且变形是不均匀的，轧后钢板的平面形状不再是矩形。,分析,62,2.5.1厚板轧制的特征与平面形状,厚板轧制过程可分成下述三个阶段：(1)第1阶段(成形轧制)：为了除去板坯表面清理等凸凹不平的影响，得到正确的板坯厚度，提高后面展宽轧制的精度，首先将板坯在长度方向上轧制14道次。(2)第2阶段(展宽轧制)：为了得到既定的轧制宽度，将板坯转动90，沿成形轧制时的宽度方向进行轧制。(3)第3阶段(精轧/伸长轧制)：再一次转动90，回到板坯的长度方向，轧制到要求的厚度。,63,中厚板轧制过程,64,轧制过程中的平面形状改变a-成形轧制后；b-展宽轧制后,65,轧制结束时的钢板平面形状a-展宽比小，长度方向轧制比大；b-展宽比大，长度方向轧制比小,66,2.5.2平面形状控制方法,（1）MAS轧制法(日本水岛平面形状控制系统MiznshimsAutomoticPlanViewPattenControlSystem)（整形MAS轧制法）通过对轧制结束时钢板平面形状的定量预测来预防不良形状的出现，得到接近于矩形的平面形状。切头、尾、边的收得率损失由5.5%下降为1.1%。,控制原理,67,MAS轧制法是根据最终中厚板的平面形状，预先规定轧制各阶段的板坯形状，在第一阶段成形轧制的最后一道，沿轧制方向给出既定的厚度变化，为了对成品头尾端部形状进行控制，在展宽轧制的最后一道也给出既定的厚度变化，以此来实现产品平面形状的矩形化。成形轧制-粗轧的第一阶段为了去除板坯表面清理等原因造成的凹凸不平，得到均匀的板坯厚度，提高展宽轧制时的精度，首先在板坯的长度方向轧制14道。,68,举例：(1)当预报的边部形状为凸形时，在成形轧制最后一道次的厚度调整中，要使板坯中心部分薄一些。,69,(2)当预报的边部形状为凹形时，在成形轧制最后一道次的厚度调整中，要使板坯中心部分厚一些。,70,凹形头尾部形状控制的MAS轧制原理,71,（2）狗骨轧制法(DBR法，DogBoneRolling),与MAS轧制法基本原理相同，即是在宽度方向变化延伸率改变断面形状，从而达到平面形状矩形化的目的。在考虑DB量(即轧件前后端加厚部分的长度和压下的量)时，考虑了DB部分在压下时的宽展。,区别,72,（3）差厚展宽轧制法,73,轧制过程：在展宽轧制后，使轧辊倾斜将侧边轧薄，在轧一道将另一侧边也轧薄，使展宽轧制后得到不等厚的断面，旋转90进入精轧。,74,（4）立辊轧制法,利用立辊对侧边进行轧制，可自由改变成品的平面形状，使产品的平面形状接近矩形。,75,（5）咬边返回轧制法（咬入回轧法）,76,（6）留尾轧制法,77,（7）异形形状控制轧制,78,定义：为使轧后的钢材具有一定的尺寸要求，组织、性能而进行的一系列工序。,2.6精整,79,中厚板精整工艺的组成，一般随着轧制钢种的不同而不同。基本上是两种类型。A以生产碳素钢、低合金钢为一大类。这一类中厚板生产车间，其精整工艺通常由轧后冷却，热状态矫直、翻钢板、划线、剪切、修磨、标志、分类包装等组成。B对于除生产上述钢种外还生产中级、高级合金钢的中厚板车间，除需具备上述必不可少的工艺外还需设有热处理、酸碱洗、探伤等工艺处理。,80,(1)钢板的轧后冷却轧后冷却是指对不同钢号的钢板，根据其不同的厚度和化学成分，选用不同的冷却方式、冷却速度、开冷和终冷温度，以控制其组织结构和综合性能，并满足其质量要求。,81,分类,82,中厚板强化冷却装置,83,辊式冷床,84,圆盘辊式冷床,85,图7-2园盘辊式冷床,86,(2)矫直,热矫：700左右开始热矫直.,热矫直机：根据矫直的钢种、规格、性能及钢板的外形质量要求来确定矫直的工艺参数(T，h矫，n)n=35、max=7温度过高会重新产生瓢曲，T=600750。,87,（1）矫直的目的：保证钢板的平直度符合产品标准规定。（2）矫直机的类型：中厚板的矫直设备可大致分为辊式矫直机和压力矫直机两种。,矫直机a-辊式矫直机；b-压力矫直机,88,（3）矫直的主要参数矫直温度：钢板温度过高，在冷床上又会产生新的瓢曲和波浪形。钢板温度过低，钢屈服强度上升，矫直效果不好，并且矫直后钢板的残余应力高，降低了钢板的性能。一般规定为600750之间。矫直压下量：压下量过小，曲率值满足不了变形要求。压下量过大，易造成新的弯曲。矫直道次：取决于矫直效果。道次太少钢板矫不平，道次太多影响轧制作业。一般为35道，多者7道。,89,（4）矫直缺陷及防止A矫直浪型主要特征：沿钢板长度方向，在整个宽度范围内呈现规则性起伏的小浪形。产生原因：钢板矫直温度过高，矫直辊压下量调整不当等因素造成。处理方法：返回重矫或改尺。预防措施：严格控制矫直温度，正确调整矫直压下量。B矫直辊压印主要特征：在钢板表面上有周期性“指甲状”压痕，其周期为矫直辊周长。,90,由于矫直辊冷却不良，辊面温度过高，使矫直辊辊面软化，钢板端部将矫直辊辊面撞出“指甲状”伤痕，反印在钢板表面上。对辊面有伤痕的部位进行修磨，钢板压印用砂轮打磨可处理掉。不喂冷钢板，并保证辊身有足够的冷却水，加强辊面维护。,产生原因,处理方法,预防措施,91,9辊矫直机1-送料辊；2-下矫直辊；3-下支承辊；4-机架；5-导辊；6-上矫直辊；7-上支承辊；8-活动横梁；9-立柱；10-上盖；11-压下装置,92,热矫机,93,冷矫机,94,翻板设备：翻板机，上下表面检查，长轴向相反方向转动180。,(3)翻板、划线、剪切,95,96,翻板机型式常见的翻板机的形式：曲柄式工作原理：当曲柄转动时，两组托臂便发生转动并逐渐靠近，当继续转动时，两组托臂和钢板一起竖起来，保持到垂直面的另一侧约510时，钢板从托臂1翻到托臂2上。从此时开始，托臂便逐渐回到原来的位置。,97,带有曲柄连杆的翻板机1、2两组杠杆；3钢板；4曲柄,划线：剪切前，按线剪切,人工划线：操作人员用粉笔画出剪切位置小车划线：利用有轨小车，用简易机械手划出纵横线光标投射：利用光标投射装置将光线投封到钢板上,98,剪切：切头、切尾、切边、部分定尺剪切、取样,结构：铡刀剪、摆切剪、圆盘剪、滚切剪用途：横切剪、纵切剪,99,圆盘剪,100,滚切剪,101,(4)钢板的标志目的：防止在以后的存放、运输和使用过程中造成混乱，并保证按炉送钢制度的延续性。永久性的钢印：钢号、炉罐号、批号及专用印记醒目的油漆喷印：钢号、炉罐号、批号、块号、生产单位和日期、检验标准号、钢板规格尺寸及专用标志。绦纶标笺：钢号、批号和厚度。,102,中厚板钢板表面喷字,中厚板钢板侧面喷字,中厚板钢板表面打印钢字,中厚板钢板侧面标签,103,(5)发货,104,2.7产品缺陷及处理,105,一、钢质缺陷及处理方法,1.分层表现形式：在钢板截面出现平行于轧制面的分层或局部的缝隙；产生原因：原料中有气泡、气囊、缩孔、夹杂、严重疏松和严重偏析存在，轧制时不能使其分离的部分得到焊合；处理方法：一般均用切除的方法消除分层缺陷。,106,分层,107,2.气泡表现形式：钢板表面无规律的分布，圆形凸起，外缘圆滑，酸洗后发亮；产生原因：钢板内部有气体，轧制后不能焊合而成为缺陷；处理方法：采用切除的方法消除这种缺陷。,108,气泡,109,3.表面夹杂表现形式：点状、块状、长条状分布；红棕色、淡黄、灰白色；具在一定的深度；产生原因：非金属夹杂物外和耐火材料轧制后压入；处理方法：小而浅的修磨、大而深的切除。,110,表面夹杂,111,4.发纹表现形式：长短和形状没有规律、其分布有时是断续的，有时是密集的；断面呈蓝色，有时断续灰白色发状小细纹；产生原因：原料皮下气泡未焊合，轧后暴露；厚钢板蓝脆温度剪切；处理方法：切除。,112,发纹,113,5.裂纹和裂缝表现形式：钢板表面不规则形状破裂，密集的裂纹分布在边缘，皱纹和鱼鳞状；产生原因：气泡在轧后的破裂和暴露；原料表面的清理不彻底；处理方法：切除。,114,裂纹和裂缝,115,6.结疤表现形式：块状或片状产生原因：原料在清理时的深宽比不当，或者表面毛刺没有清除掉。处理方法：轻微的结疤可以采用修磨进行清理；对于较严重的结疤则应切除；应加强对原料表面的清理和检查。,116,结疤,117,1.凸包表现形式：周期性的局部凸起；产生原因：轧辊或矫直辊表面的掉肉或表面硬度不够被硬物压出凹坑所致；处理方法：凸起不超过允许偏差范围，可以进行修磨或降级处理；凸起较严重和范围较大的应判为废品，并通知有关工序换辊。,二、操作缺陷及处理方法,118,表现形式：钢板表面的局部呈黑色蜂窝状的粗糙凹坑面，一般多为小块状或密集的麻面；产生原因：原料在加热时，燃料喷渍侵蚀表面。,表现形式：钢板表面出现局部块状和连续的粗糙平面，或者出现灰白色光面凹坑；产生原因：由于氧化严重，在轧制时氧化铁皮全部或部分脱落。,2.麻点,黑麻点：,光麻点：,119,处理方法：采用轻微的修磨，严重的应采用切除。预防办法：控制好加热炉的温度波动及高温氧化阶段的湿度、气氛和时间，并在轧制时加强除鳞，尽可能将原料表面氧化铁皮除尽。,120,麻点,121,3.氧化铁皮压入表现形式：在轧制完成后，钢板表面粘附一层灰黑色或红棕色氧化铁皮，一般成块状或条状。其深度较光麻点浅；产生原因：原料表面有氧化铁皮或在轧制过程中产生的再生氧化铁皮没有除尽，轧制时压入；处理方法：轧制时加强除鳞；轻的修磨；妨碍检查质量切除。,122,氧化铁皮压入,123,4.划伤表现形式：钢板表面有低于轧制面的直线或横向沟痕；长短不一、部位不定分布，连续或间断。划伤处的伤口，有的有氧化现象（高温），而有的则露出金属光泽（低温）；产生原因：纵向：轧制时的护、导板或辊道的尖角部分与钢板接触横向：钢板在横移过程中所造成处理方法：轻微的划伤可以不处理或修磨，严重的划伤要切除。对造成划伤的设备要及时调整或处理。,124,划伤,125,5.压痕表现形式：钢板的表面呈现出不同形状和大小的凹坑；产生原因：轧制过程中，轧辊的表面有粘合硬物(焊渣、铁皮等)，或者有小件异物掉在轧件上；处理方法：轻微修磨、严重切除。,126,压痕,127,2.8中厚钢板组织性能控制,2.8.1组织与性能的关系结论：材料的性能是由材料的组织决定的。金属材料的性能有:物理性能，化学性能，力学性能，工艺性能等,对于任何钢材最基本的性能要求是强度。,128,材料微观组织控制方法,化学冶金:调整化学成分物理冶金:热处理等方法力学冶金:综合控制形变过程中:相变、组织细化等,基本问题:固态相变条件:控轧控冷核心问题材料的动态特性:再结晶、析出相、形变诱导相变等；强韧化机制控制:微合金化、强化机制、组织微细化控制、韧性结构控制等;,我们掌握形变、形变和相变相结合的过程中金属材料组织结构的变化规律；利用这些规律，设计和优化加工工艺来获得满足性能要求所需要的组织结构；适当地调整化学成分，充分发挥冷、热加工、热处理和形变热处理改变金属材料的组织结构的作用，从而获得更好的效果。,轧制产品强韧化控制机制,点缺陷(空位)固溶强化,线缺陷(位错)位错强化,面缺陷(晶界)晶界强化,体缺陷（析出物M(C、N)）析出物强化,控制技术：控轧控冷控制析出低碳钢和低合金钢的超细晶化：形变和相变的耦合,相变强化,超细晶的强化效果,超细晶粒钢中，晶粒尺寸与0.2条件屈服极限的关系,引自-Takaki,晶粒尺寸与韧脆转变温度的关系,20Mn-Si超细晶的低温冲击韧性,引自超细晶钢翁宇庆,控制轧制控制冷却理论概述,CR控制轧制ACC控制冷却DQ直接淬火,(1)TMCP技术谋求得到超过以往的高强度化及高韧性化,TMCP技术是有效实现材料细晶强韧化新技术。通过低温轧制、轧制间隙时间控制、冷却速度和过冷度的控制，利用相变前产生的形变带来分割原始奥氏体晶粒，细化相变组织，从而使钢的强度和韧性明显提高。,TMCP技术的要点：在适当的Ar3温度附近的亚稳态奥氏体区或两相区变形，随后控制冷却，同时最大限度地利用Nb等微合金元素在变形及体中析出，使加工后未再结晶组织进行恒温转变，通过晶粒内形变带上形成的大量晶核，实现细晶铁素体的转变。,晶体缺陷密度与相变产物细化,TMCP过程在奥氏体区轧制时对奥氏体微观结构有如下影响：通过再结晶区轧制细化奥氏体晶粒在非结晶区轧制使奥氏体晶粒伸长通过在非再结晶区轧制使奥氏体晶粒加工硬化,加速冷却的微观结构变化,TMCP工艺特点,(2)微合金化技术,微合金化元素：微合金化元素形成氧化物、氮化物、硫化物和碳化物及其析出强化的能力微合金化与控轧控冷技术的结合，开拓了新一代的钢铁材料，占有结构材料的主体地位。新一代的微合金化钢将沿着先进冶金技术、低成本、高性能的绿色钢材的方向发展。,加热时阻止奥氏体晶粒长大在轧制过程中抑制奥氏体的再结晶抑制奥氏体再结晶后晶粒长大和/相变后铁素体晶粒长大奥氏体或铁素体中析出引起的析出强化作用,2.8.2控制轧制,(1)概念：通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体的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。,139,(2)控制轧制工艺的类型,奥氏体再结晶区的控制轧制（又称型控制轧制)特点：轧制全部在奥氏体再结晶区内进行（950以上）。控制机理：它是通过奥氏体晶粒的形变、再结晶的反复进行使奥氏体再结晶晶粒细化，相变后能得到均匀的较细小的铁素体珠光体组织。,140,奥氏体未再结晶区的控制轧制（又称型控轧)控制机理：轧后的奥氏体晶粒不发生再结晶，变形使晶粒沿轧制方向拉长，晶粒内产生大量滑移带和位错，增大了有效晶界面积。相变时，铁素体晶核不仅在奥氏体晶粒边界上、而且也在晶内变形带上形成(这是型控制轧制最重要的特点)，从而获得更细小的铁素体晶粒，使热轧钢板的综合机械性能、尤其是低温冲击韧性有明显的提高。,141,两相区的控制轧制(也称型控制轧制)控制机理：轧材在两相区中,变形时形成了拉长的未再结晶奥氏体晶粒和加工硬化的铁素体晶粒，相变后就形成了由未再结晶奥氏体晶粒转变生成的软的多边形铁素体晶粒和经变形的硬的铁素体晶粒的混合组织，从而使材料的性能发生变化。,142,控制轧制分类示意图a型-高温控制轧制；b型-低温控制轧制；c型-(+)两相区控制轧制,143,各种轧制中厚钢板工艺示意图,A-普通热轧工艺B-三阶段控制轧制（I型+II型+（A+F）两相区）和控制冷却工艺C-两阶段控制轧制（I型+II型）和控制冷却工艺D-高温再结晶型（I型）控制轧制工艺和控制冷却工艺。,144,2.8.3轧制工艺参数的控制,(1)坯料的加热制度,坯料的最高加热温度的选择应考虑对原始奥氏体晶粒大小、晶粒均匀程度、碳化物的溶解程度以及开轧温度和终轧温度的要求。,对一般轧制，加热的最高温度不能超过奥氏体晶粒急剧长大的温度，如轧制低碳中厚板一般不超过1250。但对控轧型或型都应降低加热温度(型控轧比一般轧制低100300)，尤其要避免高温保温时间过长，不使变形前晶粒过分长大，为轧制前提供尽可能小的原始晶粒，以便最终得到细小晶粒和防止出现魏氏组织。,145,(2)中间待温时板坯厚度的控制,采用两阶段控制轧制时，第一阶段是在完全再结晶区轧制，之后，进行待温或快冷，以防止在部分再结晶区轧制，这一温度范围随钢的成分不同，波动在1000870。待温后，在未再结晶区进行第二阶段的控制轧制。在第二阶段，即待温后到成品厚度的总变形率应大于40%50%以上。总压下率越大(一般不大于65%)，则铁素体晶粒越细小，弹性极限和强度就越高，脆性转变温度越低，所以，中间待温后的钢板厚度(即中间厚度)是很重要的一个参数。,146,(3)道次变形量和终轧温度的控制,在完全再结晶区，每道次的变形量必须大于再结晶临界变形量的上限，以确保发生完全再结晶。在未再结晶区轧制时，加大总变形量，以增多奥氏体晶粒中滑移带和位错密度、增大有效晶界面积，为铁素体相变形核创造有利条件。在(+)两相区控制轧制时，在压下量较小阶段增大变形量，钢的强度提高很快。当变形量大于30%时，再加大压下量则强度提高比较平缓，而韧性得到明显改善。,147,2.8.4控制轧制的优点,（1）使钢材的强度和低温韧性提高；（2）节省能源，使生产工艺简化；（3）充分发挥微量合金元素的作用。,会增大轧机的负荷，影响轧机的产量。,缺点,148,2.8.5控制冷却,控制冷却是利用轧后的余热，以一定的控制手段控制其冷却速度，从而获得所需要的组织和性能的方法。,机理：细化相变前的奥氏体组织，阻止或延迟碳化物在冷却过程中过早析出，使其在铁素体中弥散析出，提高强度。同时减小珠光体团的尺寸，细化珠光体片层间距，改善钢材包括塑性、韧性等在内的综合力学性能。,1.概念,2.机理,149,(1)钢材轧后的控制冷却过程,分为三个阶段,一次冷却,二次冷却,三次冷却,150,一次冷却一次冷却是指从终轧开始到变形奥氏体向铁素体或渗碳体开始转变的温度范围内的控制。方法：一般采用快速冷却。一次冷却的目的：控制变形奥氏体的组织状态，阻止晶粒长大或碳化物过早析出形成网状碳化物，固定由于变形引起的位错，增加变形奥氏体相变时的过冷度，为变形奥氏体向铁素体或渗碳体和珠光体的转变做组织上的准备。,151,二次冷却由奥氏体向铁素体或渗碳体析出的相变阶段的控制。二次冷却的目的：控制钢材相变时的冷却温度和冷却速度以及停止控冷的温度，以保证获得要求的相变组织和性能。二次冷却根据钢种和组织性能要求不同，冷却速度可以在很大范围内变化，各种冷却速度可以通过等温相变、炉冷、缓冷、风冷、水冷和空冷等不同的冷却方式得到，二次冷却的终冷温度一般是控制到相变结束。,152,2.8.6控轧控冷工艺对中厚板生产的要求,确保坯料快速和均匀加热的多段式加热炉；轧机的强度和刚度大；具有使轧件进行冷却待温的功能；（轧机前后工作辊道要长，待温设备及中间快冷装置）有足够长度的轧后输出辊道和轧后快速冷却装置；具备必要的测温、测压、测厚、测宽、测长等测量仪表及显示装置。,153,2.9轧制规程制定（设计）,中厚板轧制规程主要包括压下制度、速度制度、温度制度和辊型制度。轧制规程设计-根据钢板的技术要求、原料条件、温度条件和生产设备的实际情况，运用数学公式或图表进行人工计算或计算机计算，来确定各道次的实际压下量，空载辊缝，轧制速度等参数，并在轧制过程中加以修正和应变处理，达到充分发挥设备潜力，提高产量，保证质量，操作方便，设备安全的目的。,154,设计的方法和步骤：在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次的压下量，确定各道次的压下量分配率及各道次能耗负荷分配比。制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度。计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩。校验轧辊等部件的强度和电机功率。进行必要的修正和应变处理。,155,2.9.1压下制度,轧制总道次数n:单机架为奇数，双机架为偶数(两机架的轧制节奏要平衡)。,N=根据从坯料到成品钢板厚度上的总压下量和平均压下量，参照类似的压下规程来确定。,道次压下量受设备能力和产品质量两方面因素限制：设备能力方面：,156,咬入条件：,当轧制温度大于700,轧制速度V小于5m/s时钢制轧辊f=1.05-0.0005T-0.056V冷硬铸铁轧辊f=0.094-0.0005T-0.056V,最大咬入角与V关系表,157,二辊和四辊可逆轧机速度可调，可以采用低速咬入，所以实际的咬入角可增加到2225，即咬入条件不是限制压下量的主要因素。轧辊及辊径的强度条件：二辊轧机最大轧制压力取决于轧辊辊身强度，利用轧辊许用弯曲应力来计算的最大允许轧制力。,D-轧辊直径mm，L-辊身长度mm，l-辊径长度mm，Rb-轧辊许用弯曲应力Pa，B-钢板宽度mm,158,常用轧辊Rb与材质关系,所以由辊身强度来确定的最大道次压下量应满足下式:,平均单位压力MPa,159,四辊轧机承受轧制压力Pmax取决于支撑辊辊颈的弯曲强度，由支承辊辊颈强度计算的最大轧制力如下式：,160,忽略四辊轧机附加摩擦力矩,从辊颈出发可能得到的最大允许轧制力矩。,粗轧道次压下量较大，按传动辊辊颈许用的扭转应力计算的最大允许轧制力如下：,d,R为传动(多为工作辊)辊颈和传动辊半径,161,主电机的过载能力和发热能力也要进行校核，一般以过载电流来限制最大压下量。主电机能力限制：指电机允许温升和过载能力限制,发热能力校核,过载能力限制,162,钢板性能质量的制约：,成形轧制开始各道次采用较大的变形，可能会影响除鳞效果，影响钢板表面质量，但可以强化轧制过程中奥氏体再结晶及晶粒细化，提高钢板的综合性能；伸长道次的终轧道次压下量偏大，可能会影响成品钢板的板形精度，但对促进奥氏体相变细化，提高钢板强用性有好处。因此，分配道次时，不但要考虑到咬入条件和轧辊强度等条件的限