TMCP工艺的发展

TMCP工艺的发展（ThermoMechanicalControlProcess：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。通过加快轧制后的冷却速度，不仅可以抑制晶粒的长大，而且可以获得高强度高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织，甚至获得马氏体组织。目前正在研发的在线加速冷却，是在轧制后直接将钢板冷却至常温，可以避免再加热工序。在线冷却的输送方式分为“一步冷却”与“通过型冷却”两种。所谓“一步冷却”就是将冷却水一下子喷射到轧制后的整个钢板上进行冷却。为了使冷却均匀，必须让钢板在冷却装置中振动。该方法需要超过钢板长度的大冷却装置，而且也难以避免冷却不均匀问题，故后来改为“通过型冷却”，即钢板一面通过一面接受冷却，现已成为加速冷却的主流方式。另外，冷却方式又分“约束冷却”与“无约束冷却”两种。所谓“约束冷却”是指用上下辊约束钢板的条件下进行冷却，采用喷雾水口；而“无约束冷却”则是用层流式水口对输出辊道上的钢板进行冷却。在线加速冷却装置可放在矫直机前、矫直机后，或两台矫直机之间。放在矫直机前可以方便地选择和调整冷却开始温度，但冷却均匀性较差；放在矫直机后，则可进行约束型冷却，但难以控制所需的冷却开始温度；放在两台矫直机之间，可以利用后一台矫直机消除加速冷却所造成的变形，但设备复杂，成本较高。加速冷却工艺的研发所要解决的最大课题就是要防止冷却过程中产生的钢板变形，其关键在于保证对于宽幅钢板的冷却均匀性。在这方面，还有大量的研究工作需要进行。TMCP工艺是当今高性能钢材主要生产手段，是提高钢材的强度、韧性和焊接性的一种控制工艺技术。20世纪60年代，是石油能源开发的高峰期，在一些高寒地带必须使用低温韧性好的高强度管线钢，当时，日本的钢铁公司倾注全力，借助于最新型厚板轧机设备在短时间内利用控制轧制技术成功地开发了这种管线钢。20世纪70年代，人们经反复实验发现仅仅靠传统的控轧使相变组织微细化还远远不够，还需要通过冷却来控制相变本身。TMCP处理是一种由控制轧制和控制冷却相结合的组合工艺,简称热机械控制过程(Thermo-Mechanical eontrol proess)。TMCP 技术是通过控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度，来控制钢材高温的奥氏体组织形态以及控制相变过程，最终控制钢材的组织类型、形态和分布，提高钢材的组织和力学性能。通过TMCP可以替代正火处理，利用钢材余热可进行在线淬火回火（离线）处理，取代离线淬火回火处理，改善钢材的力学性能，大幅度减少热处理能耗。 TMCP技术的核心包括：钢材的成分设计和调整、轧制温度、轧制程序、轧制变形量的控制、冷却速度的控制等；在装备上主要是采用高刚度、大功率的轧机，以及高效的快速冷却系统和相关的控制数学模型。采用TMCP 技术的控制冷却线，可以使用高密度管层流、水幕层流和气雾冷却系统。这些技术目前国内均己掌握，国内设计的高密度管层流冷却成套设备包括高位水箱、水量分配器、流量调控装置、冷却区前后吹扫装置、侧吹扫装置、控制阀门、检测仪表、控制系统和钢种数学模型。TMCP 技术的关键是选择合理的冷却装置和控制模型。国内开发的TMCP 技术采用世界先进水平的高密度管层流冷却装置，配备高精度温度控制软件。采用TMCP 技术，目前己经开发的新品种包括X70、H J58D 、B620、D B685 等低合金高强度钢，可以降低钢种的M n、N b、V 、Ti合金含量，降低冶炼成本；取代Q 345D 、Q 345C、D H 36、16M nR 等钢种的正火处理工艺，实现H G 70、H G 785 等钢种的在线淬火，减少生产工艺环节，降低能源消耗。另外，通过TMCP技术，还可以提高钢板的性能合格率13。中厚板生产中有三种轧制方式钢板:普通轧制 (AR) - 适用于普通的铁素体 + 珠光体钢。轧制过程除了减少板坯厚度的作用外，还为了破碎铸态的显微结构组织。在轧制道次间组织内部产生静态再结晶，导致奥氏体晶粒逐步细化到4050m. 轧制后，奥氏体再一次完全再结晶成等轴晶粒，形成了粗糙的铁素体 + 珠光体组织。正火轧制 (NR) - 目前广泛应用于中厚板生产，即在正火处理的温度范围内实施最后的轧制变形，产品的性能与传统上通过对轧后钢板进行正火处理所获的性能相同。与AR相同, 粗轧阶段破碎板坯的铸态显微结构组织，产生等轴奥氏体晶粒。然后中间坯待温至正火处理的温度范围，在待温冷却时，铌的碳化物或铌的氮化物沉积于晶界处。在精轧时这些沉淀物阻碍或抑制晶粒再结晶，晶粒被压缩成大量扁平的变形带,增大了有效晶界面积。冷却时在晶界和变形带上形核，由于形核位置增多,大量扁平的变形带转换成细小的铁素体 + 珠光体组织，其强