新一代控制轧制和控制冷却技术及工艺

1、新一代控制轧制和控制冷却技术及工艺TMCP工艺及其关键点保持应变硬化奥氏体再结晶形核奥氏体晶粒长大常规铁素体晶粒细化铁素体晶粒塑性变形相变相变常规轧制控制轧制TMCP工艺是20世纪钢铁工业最伟大的成果之一，支撑了钢铁材料的发展，对人类文明和社会发展作出了巨大贡献。TMCP的关键点：“奥氏体状态的控制”和进一步的“由这种状态受到控制的奥氏体发生的相变的控制”。低温未再结晶区轧制再结晶区轧制UFC-TMCP的基本原理和要点低温大压下常规热轧快速冷却动态相变点冷却路径控制温度时间新工艺的要点：常规连续大变形应变积累(常规温度)超快速冷却适当温度停止冷却后续冷却路径控制少、无微合金元素传统TMCP的三

2、大要素：添加微合金元素消耗资源和能源（可否不加？）低温大压下轧制负荷、稳定性、操作性（可否不低温大压下？）加速冷却可否进一步强化（如何用冷却弥补？）首先应用于棒线材逼上梁山问题：线材升温轧制、高温终轧大应变连续累积变形水雾快速冷却的工艺思想快速冷却抑制奥氏体的再结晶，保持硬化状态适当温度终止冷却，控制相变实现了400MPa级超级钢线材稳定、大规模工业生产。超级钢线材的全新工艺思路 传统工艺轧制8mm 平均晶粒尺寸11m屈服强度310MPa第七次试验平均晶粒尺寸屈服强度460MPa批量生产试验6mm平均晶粒尺寸屈服强度425MPa自然冷却快速冷却时间，s温度，101112001011021031

3、0410008006004002000MBPMsF某国外公司的冷却器自主研发的冷却器项目自主研发冷却器国外某公司的冷却器冷却形式直管式冷却湍流管式长度冷却器13m冷却器28m最小规格10mm四切分轧制14mm以上二切分产品性能减量化棒材生产淬火钢筋应力时效基本无应力时效时效明显棒材超快速冷却设备研制800/s（20mm）建筑用钢筋的要求力学性能强屈比无淬火层无明显时效焊接性能新工艺： 连续大变形应变积累(常规温度)超快速冷却适当温度停止冷却（避免淬火组织）标准牌号化学成份（%）CSiMnV(Nb、Ti)CegGB1499-1998HRB3350.250.81.60/0.52HRB4000.25

4、0.81.600.040.120.54设计成分HRB3350.250.51.0/0.46HRB4000.250.71.6/0.52棒材UFC-TMCP工艺减量化的成分设计超快速冷却，快速通过碳化物强烈析出区域，抑制网状碳化物产生，使碳化物低温微细析出。轴承钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线 向合金钢生产的拓展UFC-TMCP应用于轴承钢棒材生产心部表层大量析出碳化物温度：700850终轧后空冷的轴承钢组织 终轧后快速冷却到695的轴承钢组织 应用于宝钢特殊钢公司3条线同截面的硬度偏差HB15；网状碳化物析出级别由3.54级降到2级UFC-TMCP应用于轴承钢生产进一步应用于其他合金钢、不锈钢、硅钢、

5、钛合金生产正在探讨中UFC-TMCP拓展应用于热轧板带轧机轧制Q235各道次再结晶分数的变化（组织性能预测结果）加热 粗轧冷却卷取 精轧利用常规轧制中大变形应变积累的硬化奥氏体研发板带材超快速冷却设备！超快冷却装置研制：传统层流冷却系统的问题膜沸腾，低热交换核沸腾，高热交换过渡沸腾区膜沸腾：低冷却速率过渡沸腾：冷却不均匀性倾斜喷射缝隙喷嘴，压力水：吹扫气膜，水与钢板全面接触，高度的冷却均匀性； 25倍的冷却速率；1100max室温的淬火，良好板形高效、高均匀超快冷基本原理热轧带钢轧机超快冷系统涟钢2250中厚板轧机超快冷却系统配置20 m超快冷却系统矫直机轧机某3000中厚板轧机采取的配置ab

6、c轧机ACCUFC新一代控轧控冷的巨大优势 大大降低对微合金和合金元素的依赖，在材料设计上实现低成本、减量化，节省资源和能源，降低生产成本。 采用适宜的正常轧制温度进行连续大变形，大幅度降低轧制负荷，放松设备条件的限制，提高轧制的可操作性。消除或者放松待温要求，提高生产效率。依据所需要的组织和性能要求，进行冷却路径控制，从而得到多样化的相变组织和优异的材料性能。可以发挥细晶强化的作用，材料的力学性能可以大为改善；均匀冷却，最终组织、性能均匀，大大减少材料中的残余应力；由于材料设计尽量不使用或者少使用微合金元素和合金元素，材料的碳当量低，裂纹敏感性也低，具有良好的焊接性能。低成本减量化热轧双相钢

7、层流冷却1#卷取机“超快速”冷却500mm1#14#包钢CSP线上的超快冷装置的安装位置“超快速”冷却上、下喷水梁布置超快速冷却系统在CSP线上的应用工业试生产 2007 年7 月18 日，首次组织C-Mn双相钢工业试生产 厚度（突破日本标准的上限） 强度级别：590MPa级CMnSiSP设计成分0.050.081.301.600.300.550.0100.020冶炼成分0.071.470.500.0030.016试验钢实测化学成分6机架连轧 层流冷却卷取59024热轧双相钢力学性能 C-Mn热轧双相钢工业生产结果结论：性能指标全部满足标准要求，主要指标都优于标准要求LePera 试剂腐蚀的热

8、轧双相钢微观组织（a）4mm；（b）6mm；（c）8mm；（d）11mm双相钢的应用情况传统生产方法创新生产方法合金设计Cr-Mo系，Si-Mn系C-Mn系生产设备超过100m长的层流冷却线CSP 60m层流冷却线（UFC）生产工艺间断式 3 段冷却连续式 1 段/ 2 段冷却产品规格Max 6mmMax 11mm热轧层流冷却卷取Tc8201150温度，0时间，s与当前国内外同类技术和产品的比较热轧层流冷却1卷取温度，时间，s层流冷却2空冷中厚板热处理技术热处理生产线的主要参数设计能力：26万吨/年处理钢板规格：厚度为680mm，宽度为15003000mm主要用途：正火、回火、淬火及不锈钢固溶

9、 加热炉：辊底式炉，直焰式加热淬火机：辊式淬火机矫直机：十五辊复合矫直机矫直能力：厚度范围为640mm，实际使用中630mm，（40100mm可空过），宽度范围为15003000mm，s600MPa淬火开始温度：max1100处理后的钢板由淬火机送出临汾3000辊式淬火机淬火机固溶处理后的不锈钢产品固溶处理后下线的不锈钢产品包装后待交货的奥氏体不锈钢成品板材推广应用情况：临钢3300中淬火机，2006年12月投产；唐钢3500淬火机，已经安装完毕，即将开始调试；宝钢2800特钢调质生产线，酒泉3500调质生产线，新余3800淬火机，临钢淬火机，进行中热轧带钢氧化铁皮控制技术技术路线和目标降低铁

10、皮厚度、提高致密性控制铁皮的结构产品全生命周期使用性能提升结构控制：减少冷轧酸洗量；提高 塑性、润滑性，后续加工免酸洗致密性控制：提高耐候性，节省钢材目标：实现变废为宝的绿色减量化生产提高产品质量、开发减酸洗、免酸洗结构钢开发环境友好、减轻环境负荷的绿色制造技术促进钢铁工业和相关工业的可持续发展氧化铁皮控制技术开发热轧过程钢材表面形成氧化铁皮（废物）无结构控制外观差酸洗去除污染环境传统工艺Q235B工业试验结果厚度为厚度为SS400工业试验结果工艺参数调整之前工艺参数调整之后试样编号Fe3O4Fe2O3Fe1#84%7%8%2#88%4%6%3#88%5%6%4#94%0%5%免酸洗钢氧化铁皮

11、层结构 检测设备：D500衍射仪测试条件：40kv，30mA平均 FAS500免酸洗钢“黑皮钢”产品包括：A510L-ZFAS300l-ZFAS355l-Z06年开始供货目前已经供货13万余吨，均满足一汽的直接冲压使用要求传统汽车梁酸洗冲压后“黑皮钢”冲压后“黑皮钢”汽车梁产品“黑皮钢”板卷“黑皮钢”裁条一汽使用黑皮钢的情况国内外水平对比国外技术水平本项目水平氧化膜厚度与结构8m，Fe3O4占75以上热轧产品红色氧化铁皮出现率85钢材化学成分设计特殊化学成分设计，添加Mo和Cr等成分在标准范围内微调（C、Si、Al etc）生产工艺提高除麟压力至30 40MPa、ArN2中冷却至350以下板坯

12、加热、轧制、终冷温度控制等一整套热轧工艺参数控制方案冷却水的要求弱碱性无特殊要求应用品种与效果品种：热轧带钢（2.34.0mm厚）应用：免酸洗及减酸洗热轧结构件冷轧供料减酸洗（3mm厚）：酸洗机组酸洗速度提高20%，降低吨钢酸耗量15%减酸洗或免酸洗结构钢（58mm厚）：06年4月至08年4月向长春一汽供货超过7万吨。每年满足9.8 万辆卡车的生产，可减少酸液3000 吨。全国卡车产量175 万辆，如果全部采用，每年可以少排放废酸5.36 万吨应用的产线常规热连轧生产线开始于ASP，已推广至常规热连轧生产线大线能量焊接实验室研究钉扎粒子分散控制的思路钉扎粒子的性质在钢中的分散性粗大分散微细分散

13、热稳定性易溶解消失由于低温长时间保持而粗大化的碳化物和氮化物碳化物Fe3C, VC, NbC; 氮化物AlN, TiN难溶氧化物Al2O3, Ti2O3硫化物MnS与O和S亲和力强的Mg和Ca等的氧化物和硫化物，微细分散微钙钢中夹杂物测定与分析B1A3A2A1A4B1夹杂物A1夹杂物A2夹杂物A3夹杂物A4夹杂物微钙钢中夹杂物测定与分析ABEnergy spectrum of BEnergy spectrum of ACInclusion C Energy spectrum of CA为250nm左右的CaO粒子B为50nm左右的NbC粒子C为250nm左右的CaS粒子微钙钢中第二相粒子细化奥

14、氏体晶粒的效果 （热处理条件）A33minB33minA310minB310minB31minA31minA325minB325min相同热处理工艺条件下，微钙钢A3随着保温时间的增长奥氏体晶粒长大趋势较小，冲击吸收功变化不大；普通钢B3随着保温时间的增长奥氏体晶粒长大趋势显著，冲击吸收功显著下降。组织相同的情况下，细化晶粒有效改善韧性。热处理实验：Tp1000，保温不同时间后淬火。奥氏体晶粒长大趋势 保温不同时间的冲击韧性保温1min保温3min保温10min保温25minA3冲击功，J64.261.856.757.2B3冲击功，J48.339.526.919.4细化晶粒效果明显微钙钢中第二

15、相粒子细化奥氏体晶粒的效果 （焊接热模拟条件）A3 t8/580sB3 t8/580sB3 t8/5200sA3 t8/5200sTp1400，t8/580s相当线能量为87kJ/cm; Tp1400，t8/5200s相当线能量为117kJ/cm。t8/580st8/5200sA3 CGHAZ奥氏体晶粒尺寸 80m 110mB3 CGHAZ奥氏体晶粒尺寸 200m 400mA3、B3 CGHAZ奥氏体晶粒尺寸比较结果模拟后试样的冲击韧性t8/580st8/5200sA3冲击吸收功/J 65.9 58.3B3冲击吸收功/J 49.7 30.1A3冲击韧性下降，B3冲击韧性下降。细化晶粒效果明显微

16、钙钢中第二相粒子细化奥氏体晶粒的效果 （焊接条件） 焊接工艺参数焊接方法速度，cm/min电压，V电流，A线能量 E，kJ/cm气体保护焊道次203140035203636039204340053埋弧焊道次20419001112042900114B3普通钢A3微钙钢气体保护焊焊接CGHAZ abA3微钙钢CGHAZ平均奥氏体晶粒尺寸约为90m；B3普通钢CGHAZ平均奥氏体晶粒尺寸约为200m。 细化晶粒效果明显A3加微钙钢B3普通钢埋弧焊焊接CGHAZabA3微钙钢CGHAZ平均奥氏体晶粒尺寸约为120m；B3普通钢CGHAZ平均奥氏体晶粒尺寸约为400m。细化晶粒效果明显焊接接头CGHAZ

17、的冲击吸收功气体保护焊埋弧焊A3冲击吸收功/J70.266.3B3冲击吸收功/J49.129.6与普通钢相比，大线能量条件下A3微钙钢焊接CGHAZ的韧性得到了显著的改善。微钙钢中第二相粒子细化奥氏体晶粒的效果 （焊接条件）轧制过程模拟分析平台开发模拟分析平台成形过程全程模拟热轧实验轧机冷轧实验轧机成形压力机50kg真空感应炉退火模拟机现代钢铁生产流程冶炼 连铸 热轧（ACC） 冷轧 退火 成形产品RAL工艺模拟平台研究设备组织分析平台图象分析仪透射电镜扫描电镜（带能谱、EBSD）X光衍射仪显微硬度计纳米压痕仪差热分析仪计算材料学研究物相分析沉淀析出加工过程组织演变模型化、定量化研究材料加工过程优化新材料开发性能测试分析平台材料实验机 10吨，20吨，100吨材料高温、低温拉伸实验机疲劳实验机：10吨落锤式冲击实验机材料成形实验平台材料焊接研究平台材料腐蚀实验