控轧控冷 总论

1、控制轧制与控制冷却控制轧制与控制冷却Controlled Rolling and Controlled Cooling of Steels目目 录录1. 总论总论2. 钢的高温变形行为钢的高温变形行为3. 钢的热变形后的相变行为钢的热变形后的相变行为4. 强韧性能的基本概念及有关理论强韧性能的基本概念及有关理论5. 钢材的控制轧制理论基础及应用钢材的控制轧制理论基础及应用6. 钢材轧后控制论却技术的基础及应用钢材轧后控制论却技术的基础及应用7. 钢材的控制轧制和控制冷却技术的结合及应用钢材的控制轧制和控制冷却技术的结合及应用 目的：目的： 了解钢材热加工过程中的形变机理，相变与析出，再结晶行为

2、、强韧化了解钢材热加工过程中的形变机理，相变与析出，再结晶行为、强韧化机制等控制轧制控制冷却工艺的基本原理机制等控制轧制控制冷却工艺的基本原理 了解钢材在热加工过程（热轧）的组织演变规律了解钢材在热加工过程（热轧）的组织演变规律 初步具备对不同规律进行定量化或半定量化处理分析的能力初步具备对不同规律进行定量化或半定量化处理分析的能力 在实际生产和科研中应用控制轧制原理在实际生产和科研中应用控制轧制原理 金属塑性成型（轧钢）：金属塑性成型（轧钢）：金属在外力的作用下，产生塑性变形的过程，它不仅可使金属获金属在外力的作用下，产生塑性变形的过程，它不仅可使金属获得所必需的得所必需的，而且也使之获得所

3、必需的，而且也使之获得所必需的。 目标：尺寸和外形满足产品标准的公差要求；目标：尺寸和外形满足产品标准的公差要求；性能性能满足产品标准的公差满足产品标准的公差要求。要求。1 总论总论1.1 控制轧制的概念控制轧制的概念1.2 控制轧制工艺特点控制轧制工艺特点1.3 控制轧制的效应控制轧制的效应1.4 控制轧制的发展历程控制轧制的发展历程1.5 钢的性能与冶金学因素、生产工艺之间的关系钢的性能与冶金学因素、生产工艺之间的关系1.6 钢材在热加工过程（热轧）的组织演变规律钢材在热加工过程（热轧）的组织演变规律1.1 控制轧制的概念控制轧制的概念控制轧制：控制轧制：过去简单地理解为过去简单地理解为“

4、低温轧制低温轧制 ”，即：比在常规轧制温度下稍低的，即：比在常规轧制温度下稍低的条件下，采用大压下和控制冷却等工艺措施来保证热轧钢材的强度条件下，采用大压下和控制冷却等工艺措施来保证热轧钢材的强度和韧性等综合性能的一种轧制方法。和韧性等综合性能的一种轧制方法。现在广义地理解为从轧前的加热到最终轧制道次结束以及随后的冷现在广义地理解为从轧前的加热到最终轧制道次结束以及随后的冷却过程的整个轧制过程实行最佳控制，以使钢材获得预期良好性能却过程的整个轧制过程实行最佳控制，以使钢材获得预期良好性能的轧制方法。的轧制方法。正如正如M. 科恩所指出科恩所指出, 形变热处理工艺形变热处理工艺把金属的组织、性能

5、、加工工把金属的组织、性能、加工工艺综合在一起艺综合在一起, 成为一个紧密联系的材料体系。成为一个紧密联系的材料体系。控制轧制的分类控制轧制的分类奥氏体再结晶控制轧制（奥氏体再结晶控制轧制（I 型控制轧制型控制轧制）奥氏体未再结晶控制轧制（奥氏体未再结晶控制轧制（II 型控制轧制型控制轧制）（ + ）两相区控制轧制）两相区控制轧制1.1 控制冷却的概念控制冷却的概念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、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。控制碳化物析出行为、控制相变后钢的组织和性能。 现代在

6、线控制冷却工艺的一个重要的金属学特征就是对变形了的未再结晶现代在线控制冷却工艺的一个重要的金属学特征就是对变形了的未再结晶奥氏体或再结晶奥氏体进行控制轧制，可根据不同的需要进行不同的组织奥氏体或再结晶奥氏体进行控制轧制，可根据不同的需要进行不同的组织转变。可以通过对相变中形核率、晶粒长大速率和沉淀析出率的控制以获转变。可以通过对相变中形核率、晶粒长大速率和沉淀析出率的控制以获得更微细的金相组织，进而提高钢板的强度和韧性。得更微细的金相组织，进而提高钢板的强度和韧性。该工艺的一个重要的优势在于由于合金元素添加量的减少，在同等强度条该工艺的一个重要的优势在于由于合金元素添加量的减少，在同等强度条件

7、下，可焊性能得到了提高，并且，焊接点处的韧性也得到了改善。与其件下，可焊性能得到了提高，并且，焊接点处的韧性也得到了改善。与其他的冷却工艺相比，钢板的在线加速冷却工艺具有更强的冷却能力，对水他的冷却工艺相比，钢板的在线加速冷却工艺具有更强的冷却能力，对水冷前的奥氏体组织状态的控制也更加灵活，这些优点使得生产具有不同机冷前的奥氏体组织状态的控制也更加灵活，这些优点使得生产具有不同机械性能要求的钢板成为可能，对产品性能的控制更加灵活。械性能要求的钢板成为可能，对产品性能的控制更加灵活。水是最廉价的合金元素水是最廉价的合金元素钢的形变热处理（钢的形变热处理（TMCP）是指如下工艺过程：控制奥氏体化温

8、度、）是指如下工艺过程：控制奥氏体化温度、变形温度和变形量变形温度和变形量, 获得理想的奥氏体初始状态获得理想的奥氏体初始状态; 变形后利用余热控制变形后利用余热控制冷却冷却, 获得所希望的显微组织获得所希望的显微组织, 从而达到控制金属性能的目的。从而达到控制金属性能的目的。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。与普通生产工艺相比，通过控轧控冷生的合金元素，降低生产成

9、本。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。因此，日本、美均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。因此，日本、美国、欧洲等广泛采用控轧控冷生产工艺生产各种高强结构板、船用钢国、欧洲等广泛采用控轧控冷生产工艺生产各种高强结构板、船用钢板、压力容器钢板。板、压力容器钢板。控轧控冷工艺图示控轧控冷工艺图示K2.1(DQ)(DQ)(

10、ACC)控轧控冷的组织变化控轧控冷的组织变化K2.2三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理轧制后奥轧制后奥氏体晶粒氏体晶粒铁素体铁素体形核形核相变后相变后控冷后控冷后形变硬化的铁素体形变硬化的铁素体1.2 控制轧制工艺特点控制轧制工艺特点控制加热温度：控制加热温度：加热温度过高，奥氏体晶粒粗大甚至过烧加热温度过高，奥氏体晶粒粗大甚至过烧加热温度过低，奥氏体晶粒大小不均匀，加工后的钢材出现混晶加热温度过低，奥氏体晶粒大小不均匀，加工后的钢材出现混晶考虑钢中微合金元素的溶解，例如考虑钢中微合金元素的溶解，例如Nb(C、N)等等控制轧制温度控制轧制温度依据所采用的控制轧制类型而

11、异依据所采用的控制轧制类型而异例如：奥氏体区轧制时，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素例如：奥氏体区轧制时，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素体晶粒亦越粗大，并易出现魏氏组织，对钢的性能不利体晶粒亦越粗大，并易出现魏氏组织，对钢的性能不利控制变形程度控制变形程度为了保证钢材强度和韧性，要求在低温范围内有一定的变形程度。为了保证钢材强度和韧性，要求在低温范围内有一定的变形程度。在奥氏体区轧制时，道次压下量必须大于临界压下量，尤其在动态再结晶区在奥氏体区轧制时，道次压下量必须大于临界压下量，尤其在动态再结晶区间，否则会产生混晶。间，否则会产生混晶。控制轧后冷却速度控制轧后冷却速

12、度水是最廉价的合金元素水是最廉价的合金元素。1.3 控制轧制的效应控制轧制的效应使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的提高使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的提高节省能源节省能源简化生产工艺简化生产工艺充分发挥微量合金元素的作用充分发挥微量合金元素的作用1.4 控扎控冷的发展控扎控冷的发展20世纪初：世纪初：热加工时，温度和变形条件对显微组织和力学性能的影响，德国哈内姆（热加工时，温度和变形条件对显微组织和力学性能的影响，德国哈内姆（H. Hanemann）20世纪世纪40年代：年代：二次世界大战中，全焊接结构船只发生脆性断裂事故二次世界大战中，全焊接结构船只发生脆性断裂事故战后对钢材的韧性的高要求

13、战后对钢材的韧性的高要求增加增加C/MnC/Mn比，铝镇静钢，常化处理比，铝镇静钢，常化处理荷兰、比利时，瑞典等没有热处理设备，采用低温（荷兰、比利时，瑞典等没有热处理设备，采用低温（900以下以下），大压下），大压下（2030%道次压下量）工艺，奠定了控制轧制的基础道次压下量）工艺，奠定了控制轧制的基础造船用厚板是控制轧制技术的推动力造船用厚板是控制轧制技术的推动力20世纪世纪50年代年代60年代：年代：美国，原苏联，钢的形变热处理工艺和钢材组织和性能的关系美国，原苏联，钢的形变热处理工艺和钢材组织和性能的关系英国，英国，Hall-Petch 关系式关系式BISRA，轧制钢材组织和机械性能之

14、间的对应关系；，轧制钢材组织和机械性能之间的对应关系；Nb、V的强化机理，控轧原的强化机理，控轧原理；证实采用控制轧制生产含理；证实采用控制轧制生产含Nb钢，具有较好的低温韧性（没有实用化）钢，具有较好的低温韧性（没有实用化）采用控制轧制技术生产管线钢（北美，澳大利亚，日本），是控制轧制技术的推采用控制轧制技术生产管线钢（北美，澳大利亚，日本），是控制轧制技术的推动力，日本在动力，日本在1969年阿拉斯加管线工程提供管线钢年阿拉斯加管线工程提供管线钢1957年，年， BISRA 提出层流冷却系统，并运用在布林斯沃斯市提出层流冷却系统，并运用在布林斯沃斯市432mm窄带钢轧机窄带钢轧机1964年年12月，美国克里夫兰市琼斯月，美国克里夫兰市琼斯.劳林市劳林市2030mm热轧宽带钢轧机采用层流冷却热轧宽带钢轧机采用层流冷却系统，工艺实现系统，工艺实现1.4 控扎控冷的发展控扎控冷的发展20世纪世纪8090年代：年代：实用化，成熟，日本为代表，中厚板实用化，成熟，日本为代表，中厚板快速发展，快速发展，TMCP工艺工艺198