板带轧制技术的发展概述

板带轧制技术控制轧制与控制冷却的发展及特点

微合金化热机械控制工艺

一.控制轧制与控制冷却钢的控制轧制与控制冷却控制轧制是以钢的化学成分调整或添加微合金元素Nb、V、Ti为基础，在热轧过程中对钢坯加热温度、开轧温度、变形量、终轧温度等工艺参数实行合理控制，以细化奥氏体和铁素体晶粒，并通过沉淀强化、位错亚结构强化充分发掘钢材内部潜力，提高钢材力学性能和使用性能。钢的控制轧制与控制冷却控制冷却是对轧后钢材的冷却工艺参数(开冷温度、终冷温度、冷却速度)合理控制，为钢材相变做好准备，并通过控制相变过程的冷却速度，以达到控制钢材组织状态、各种组织的组成比以及碳氮化物析出等，可以在降低合金元素含量或碳含量的条件下，进一步提高钢材的强度而不牺牲韧性，并且大幅度节约能耗。控制轧制与常规轧制的区别常规轧制的工艺特点:高温加热、高温开轧、高的终轧温度、低的卷取温度,即三高一低。控制轧制的工艺特点:再结晶区轧制、未再结晶区轧制和（+）两相区轧制。

高温变形的应力-应变特征曲线真应变，εt＝常数ε＝常数

图1.2动态再结晶时的应力－应变曲线特征图1.1

动态回复时的应力－应变曲线特征高应变速率低应变速率控制轧制三个阶段理论再结晶区轧制:通过再结晶过程的反复进行,达到细化奥氏体晶粒的目的.未再结晶区轧制:温度范围为950-Ar3;在形变奥氏体中,形成变形带、位错及孪晶,铁素体就在这些位置上形核,晶粒得到细化.(+)两相区轧制:奥氏体变形得到继续,在晶内形成变形带;相变后的铁素体在受压时,在晶粒内部形成亚结构,获得亚晶强化机制.前者相变成多边形晶粒,后者因回复变成内部有亚晶粒的铁素体组织.控制轧制三个阶段理论

图1.3控制轧制过程中显微组织变化钢的轧后控制冷却一次冷却是指从终轧开始到变形奥氏体向铁素体(Ar3)或Fe3C(Arcm)开始转变的温度范围内控制其冷却参数(开始快冷温度,冷却速度和快冷终止温度).二次冷却是指从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制.目的是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.其终冷温度一般是控制到相变结束,c-Mn钢和含Nb钢冷却终了温度控制在600℃左右.轧后一次冷却和二次冷却对一些钢种可以连续进行.对于微合金化低碳钢轧后快速冷却,终止温度可以达到珠光体相变结束.三次冷却即空冷,在快冷中来不及析出的碳化物,在空冷中随着温度的降低,在铁素体中析出.控轧控冷的物理冶金基础奥氏体晶粒的细化:形变再结晶的驱动力.影响再结晶过程的因素:形变温度:形变温度越高越有利于再结晶过程的加速进行.形变量:实验表明,形变量的增大能明显提高再结晶的形核和长大速率.

控轧控冷冷的物理理冶金基基础综合考虑虑以上两两个因素素,轧制制过程中中,若形形变温度度足够高高和形变变量足够够大,则则会发生生动态再再结晶,故通常的的中厚板板生产中中,由于于每道次次的压下下量有限限,难以以发生动动态再结结晶,而而主要是是静态再再结晶过过程,但但应注意意混晶现现象.控轧控冷冷的物理理冶金基基础形变速率率:提高高形变速速率将不不利于动动态再结结晶的发发生,但但也有研研究表明明,提高高形变速速率将缩缩短动态态再结晶晶时间.原始晶粒粒尺寸(D0):D0愈小愈有有利于动动态再结结晶:D0减小,静静态再结结晶时间间亦越短短.控轧控冷冷的物理理冶金基基础钢中溶质质原子及及第二相相粒子:在钢中中适当添添加Nb、Ti等微合合金元素素,细化化奥氏体体晶粒.这种利用用高温形形变再结结晶与微微合金元元素溶解解-析出出的相互互作用使使晶粒充充分细化化的机制制便是控控轧中控控制奥氏氏体晶粒粒尺寸的的主要的的物理冶冶金基础础.控轧控冷冷的物理理冶金基基础高温形变变再结晶晶诸参数数对再结结晶晶粒粒尺寸的的影响:对静态再再结晶来来讲，Drex主要与与ε及D0有关，并并有如下下经验公公式：Drex=CD00.57ε-1(C-Mn钢)Drex=C΄D00.57ε-0.57(Nb钢钢)式中C和和C΄值大致分分别为0.5和和0.9(对于于0.04%Nb)。。控轧控冷冷的物理理冶金基基础铁素体晶晶粒的细细化:铁铁素体晶晶粒的形形核速率率愈大，，长大速速率愈小小，则晶晶粒愈细细。图1.4铁素素体形核核速率与与过冷度度的关系系控轧控冷冷的物理理冶金基基础实验证明明，在γ→α相相变温度度范围内内，形变变温度愈愈低愈有有利于铁铁素体晶晶粒的细细化，因因此，要要尽可能能降低γγ→α相相变开始始温度Ar3。影响γ→α相相变晶粒粒细化的的主要因因素:相相变前奥奥氏体晶晶粒尺寸寸、形变变量、轧轧后冷却却速率和和合金元元素等。。他们通过过对铁素素体形核核和长大大速率及及Ar3的作用而而影响铁铁素体晶晶粒的细细化。控轧控冷冷的物理理冶金基基础奥氏体晶晶粒尺寸寸的影响响表现为为两方面面:奥氏体晶晶粒的细细化将增增加其单单位体积积的有效效界面积积，从而而能明显显提高晶晶界形核核位置的的体积分分数。随着奥氏氏体晶粒粒的细化化，相变变开始温温度有所所提高，，不利于于铁素体体晶粒的的细化。。因此，工工业生产产中，应应将奥氏氏体晶粒粒控制在在适当的的尺寸范范围。控轧控冷冷的物理理冶金基基础相变前形形变量的的影响表表现在三三个方面面:通过变形形使奥氏氏体晶粒粒拉长，，并在晶晶粒内产产生形变变带。α相变前的的形变使使奥氏体体晶粒形形变储能能增加，，从而使使铁素体体临界形形核功降降低，使使形核率率明显提提高。相变前的的形变能能明显提提高相变变开始温温度，这这将不利利于铁素素体晶粒粒的细化化。但足足够大的的形变量量可使γ→α相变晶粒粒细化效效应成倍倍增加。。控轧控冷冷的物理理冶金基基础轧后冷却却速率对对γ→α相相变及其其细化晶晶粒的影影响:研究表明明,提高高轧后冷冷却速度度能明显显降低Ar3，可抵消消奥氏体体晶粒细细化及相相变前形形变给晶晶粒细化化带来的的不利影影响，有有力地增增加了相相变细化化晶粒作作用。这这要求在在控轧实实践中对对冷却制制度进行行控制。。控轧控冷冷的物理理冶金基基础(γ+α)两相区区控轧及及其强化化效应分分析:如果在γγ→α相相变过程程中继续续进行轧轧制，则则一方面面通过热热变形在在铁素体体晶内引引入大量量位错及及其亚结结构。另一方面面利用应应变诱导导使微合合金元素素碳氮化化物在铁铁素体中中弥散析析出，从从而能够够提高钢钢中位错错亚结构构及析出出强化作作用。利用上述述原理建建立了包包括（γγ+α））两相区区控轧的的三阶段段控制轧轧制技术术，并在在西欧和和日本得得到了广广泛应用用。微合金化化传统的合合金元素素通过改改变铁的的结构来来影响钢钢的性能能。有些合金金元素不不改变铁铁的结构构，而是是与其中中的碳和和氮有很很强的相相互作用用。常用的微微合金化化元素：：Nb、、V、Ti、B、Al、Zr、Ta等;能能生成成碳氮化化物并有有析出强强化作用用的只有有Ti、、Nb、、V等。。微合金化化元素使使钢强化化的主要要机理是是晶粒细细化和析析出强化化微合金化化微合金化化元素的的特性：：10-3-10-1%的低含含量;与碳、氮氮和硫相相互作用用；基体中第第二相沉沉淀；对组织和和性能的的巨大影影响；通过加工工工艺和和热处理理控制溶溶解和析析出反应应。微合金化化研究者最最终明确确了Nb的作用用是由于于固溶在在钢中的的Nb可可以抑制制奥氏体体再结晶晶和晶粒粒长大，，有助于于产生微微细的铁铁素体晶晶粒，并并且Nb元素与与C、N有极强强的亲和和力，容容易形成成细小弥弥散Nb（C、、N），，可以阻阻止晶界界迁移，，提高晶晶粒长大大温度，，从而达达到细化化效果。。添加Nb后有有利于钢钢中诱导导相变的的发生。。微合金化化Ti由于于会发生生强烈的的沉淀强强化，因因而会提提高热轧轧产品的的强度，，但是，，晶粒细细化却是是中等的的。和强度等等级相同同的Nb钢相比比，Ti钢的热热轧产品品的抗脆脆性断裂裂性能较较低。Ti对于于控制硫硫化物形形状是有有利的。。高强度Ti钢的的冷成型型性能特特别好，，而且在在纵向、、横向和和厚度方方向上的的性能均均匀，故故加入Ti是十十分有利利的。Ti含量量较高的的钢，其其强化作作用与Mn的含含量有关关。微合金化化V可以提提高钢的的淬透性性，溶入入铁素体体中有强强化作用用，可以以形成稳稳定的碳碳化物，，细化晶晶粒。V会产生生中等强强度的沉沉淀强化化和比较较弱的晶晶粒细化化，而且且是与他他所占的的百分数数成比例例的。为了获得得特别大大的强化化效果，，利用V的沉淀淀强化和和Nb的的晶粒细细化相结结合的方方法，可可以得到到织构较较少的产产品。微合金化化热机械控控制工艺艺及其在在轧钢中中的应用用TMCP概念:即控制制轧制和和控制冷冷却技术术有机结结合以控控制组织织转变，，得到理理想的强强韧性匹匹配的产产品。即在调整整钢材化化学成分分的基础础上，对对轧制过过程的温温度制度度、变形形制度和和轧后冷冷却制度度进行有有效控制制;充分分利用奥奥氏体的的形变再再结晶、、应变累累积效应应及强制制相变等等细晶机机制;显显著改善善钢材微微观组织织;从而而达到提提高钢材材综合力力学性能能的目的的。热机械械控制制工艺艺及其其在轧轧钢中中的应应用TMCP工工艺包包括热热机械械轧制制(TMR)、、轧后后加速速冷却却(AC，，通常常也称称ACC)和轧轧后直直接淬淬火－－回火火(DQ-T)工艺艺三大大类。。TMCP工工艺分分类如如图6所示示:热机械械控制制工艺艺及其其在轧轧钢中中的应应用图1.6热热机械械控制制工艺艺示意意图热机械械控制制工艺艺及其其在轧轧钢中中的应应用轧后空空冷的的热机机械轧轧制（（TMR））获得得的一一般是是铁素素体＋＋珠光光体组组织，，ACC工工艺后后获得得的是是铁素素体＋＋珠光光体、、铁素素体＋＋贝氏氏体或或铁素素体＋＋回火火贝氏氏体组组织，，DQ工艺艺后则则可以以得到到马氏氏体组组织。。图7即是是TMCP工艺艺与最最终产产品组组织控控制示示意图图。热机械械控制制工艺艺及其其在轧轧钢中中的应应用图1.7TMCP工工艺艺与最最终组组织热机械械控制制工艺艺及其其在轧轧钢中中的应应用为更好好发挥挥TMCP的作作用，，合金金设计计须与与轧制制工艺艺相结结合：根据强强度和和韧度度要求求,确确定组组织类类型和和微观观结构构；根据钢钢厂的的装备备状况况,确确定钢钢的碳碳含量量水平平和控控轧工工艺的的类型型；根据强强度-韧度度的匹匹配,选择择基础础成分分和微微合金金化方方案；；考虑微微合金金化元元素不不能完完全脱脱溶及及充分分发挥挥碳氮氮化合合物的的作用用,按按10％～～15％的的过化化学匹匹配设设计。。二.热热轧板板带1.前前言言我国现现在是是世界界上的的钢铁铁大国国,连连续几几年钢钢产量量居世世界第第一位位。近近几年年来板板带轧轧制发发展最最快.到目目前为为止，，正式式投产产的宽宽带轧轧机20套套。正正在建建设中中的还还有近近20套，，投产产后宽宽带产产量将将近一一亿吨吨。产产品结结构比比例已已进入入世界界先进进行列列装备备水平平也是是世界界一流流的，，如宽宽度控控制：：大立立辊﹑﹑定宽宽机厚厚度控控制全全液压压AGC﹑﹑板板形控控制的的各种种机型型.例如:CVC、、HC、PC、、等，，温度度控制制，热热卷箱箱：保保温罩罩、边边部加加热等等等。。控制制系统统：交交交变变频控控制、、PLC数数值可可控硅硅，等等………。机组的的布置置形式式：传统的的：3/4连轧轧、半半连轧轧、全全连轧轧新型的的：CSP机组组、ASP机组组因此就就生产产的装装备水水平和和工艺艺水平平均达达到了了世界界先进进行列列。但但我国国产品品质量量还有有待提提高。。例如如：汽汽车板板、电电工钢钢等还还与世世界先先进国国家有有一定定的差差距。。原因因是多多方面面，有有冶炼炼的、、轧制制工艺艺的，，总之之，质质量控控制：：包括括厚度度、板板形、、表面面及内内部质质量还还有待待于进进一步步努力力，赶赶超世世界先先进水水平。。2.热热轧过过程中中有关关技术术的简简介：：2.1热热装装、直直接轧轧制工艺：：坯料料→加加热→→轧制制→层层流→→卷取取连铸坯坯与连连轧的的衔接接关系系：图2.1连连铸与与连轧轧的衔衔接模模式特点：：节能能，提提高产产品质质量2.2质质量量控制制：控制轧轧制控控制冷冷却的的要点点，微微合金金成分分、控控制变变形温温度、、变形形程度度、变变形速速度、、冷却却速度度。原理：：钢热热变形形，有有四种种变形形机制制。动动态再再结晶晶、部部分再再结晶晶、未未再结结晶区区、两两相区区轧制制。图2.2微微合金金钢的的控制制轧制制示意意图2.2.1加加热温温度在在可能能条件件下要要降低低，以以达到到节能能目的的，热热能/电能能=10/1。。2.2.2粗粗轧：：动态态再结结晶区区,大大压下下量V=C时,增增大大。形核率率高，，可以以细化化。2.2.3精精轧轧区：：轧件件温度度控制制部分分再结结晶区区和未未再结结晶区区，也也有足足够的的压下下，保保证终终轧温温度控控制在在Ar3线上30℃℃左右右，这这样可可以为为进一一步细细化晶晶粒打打基础础。2.2.4冷冷却却和卷卷取温温度控控制：：卷取温温度的的高低低对产产品质质量也也是很很大的的，终终轧温温度通通常900—870℃左左右，，到723℃还还有一一定温温度发发生相相变。。同时时，研研究表表明，，钢中中的停停止相相变，，C、、N化化物析析出的的停止止温度度为500—550℃。。高温温卷取取后整整卷带带钢冷冷到此此温度度需要要很少少时间间。所所以控控制卷卷取温温度对对提高高质量量是很很重要要的。。2.3调调宽宽轧制制（AWC）和和自由由程序序轧制制（SFR）板带产产品规规格按按用户户要求求是，，连铸铸坯的的宽度度不能能任意意随机机调压压，机机组调调宽轧轧制能能力很很重要要。同同时，，轧制制单元元间轧轧制宽宽度是是按合合同组组织，，，为为了减减少换换辊次次数，，要求求自由由轧制制2.3.1调调宽宽轧制制（两两种形形式））1）.大立立辊，，侧压压下150mm。立立辊直直径小小，，侧压压受限限，过过去一一般为为50mm，采采用大大立辊辊，能能力可可以增增强（（,））2）.定宽宽压力力机侧压下下最大大可达达350mm。。宝钢1580、、鞍钢钢1780mm机组组均为为定宽宽压力力机。。2.3.2自自由由程序序轧制制按时要要求随随机轧轧制不不同宽宽度的的板带带，过过去是是先宽宽后窄窄（一一套辊辊子））保证条条件：：1）.改进进轧辊辊材质质，减减少轧轧辊磨磨损。。办法法：改改进轧轧辊材材质（（高速速钢））；热热轧润润滑。。2）.在线线磨辊辊。3）.均化化磨损损、横横移辊辊。4）.快速速换辊辊等。。图2.5热热带带轧机机操作作比较较图2.6移移动工工作辊辊的轧轧制技技术（a））HCW技技术（（平辊辊）；；（b）、、（c）K－WRS技术术（辊辊身－－端锥锥形））图2.7轧轧制过过程中中带钢钢和工工作辊辊的变变形（a））一般般四辊辊平辊辊轧机机；（（b））侧锥锥形辊辊的K－WRS轧机机图2.8HCW轧机机的基基本特特性2.4无无头头轧制制1）无无穿带带，恒恒速轧轧。2）无无穿带带、甩甩尾、、飘浮浮等。。3）有有利润润滑轧轧制、、大压压下量量轧制制。4）减减少冲冲击、、粘辊辊。图2.9无无头轧轧制与与传统统轧制制的工工艺流流程比比较（a））传统统轧制制工艺艺；（（b））无头头轧制制工艺艺2.5不不对对称轧轧制（（关于于轧薄薄问题题）2.5.1异异步轧轧制定义：：指两两个工工作辊辊表面面线速速度不不相等等的一一种轧轧制方方法。。特点：：1））轧制制压力力低；；2）轧轧薄能能力强强；3）轧轧制精精度高高4）板板形良良好；；5）适适宜轧轧制难难变形形金属属及极极薄带带材。。图2.10搓搓轧轧区受受力示示意图图图2.11变变形形区状状态（a））由后后滑区区和搓搓轧区区组成成；（（b））由后后滑区区、搓搓轧区区和前前滑区区组成成图2.12不不同同速比比条件件下延延伸系系数与与平均均单位位压力力的关关系（a））H＝＝0.5mm；；（b）H＝0.25mm2.5不不对对称轧轧制（（关于于轧薄薄问题题）2.5.2异异径径轧制制定义：：指在在板带带材生生产中中，两两工作作辊的的线速速度基基本本相相同而而直径径与转转速相相差很很大的的轧制制状态态。特点：：1））轧制制压力力低；；2）压压下量量大，，轧制制道次次少；；3）轧轧制效效率高高；4）轧轧薄能能力强强；5）产产品厚厚度精精度和和板形形质量量效果果好。。图2.13复复合合式异异径多多辊轧轧机图2.14异异径径多辊辊式NMR轧机机图2.15异异径径单辊辊传动动轧机机（a））异径径四辊辊轧机机；（（b））ME轧机机图2.16双双辊辊传动动不同同异径径比时时轧制制压力力与压压下率率的关关系（料厚厚1.0mm））2.5.2异异径径轧制制应用:在四四川、、江西西等图2.17某某厂厂热连连轧机机不对对称异异径轧轧制时时轧辊辊的配配置—游动动的小小工作作棍（（φ480）板带热热连轧轧机生生产技技术（（新技技术））宽度精精度控控制提高成成材率率最佳化化切头头技术术减少热热卷运运输和和存放放的损损失称量和和自动动喷印印技术术加热炉炉减少少氧化化铁皮皮损失失无头头轧轧制制技技术术节约能源热送热装和直接轧制“低温”出炉轧制降低加热炉能耗板坯大侧压提高“热装”“直轧”比例扩大采用交流交频调速电机节能型的带钢和设备冷却系统减少中间热损失（如保温辊道、热卷取机）轧制工艺润滑“自由轧制”工艺无头轧制技术提高轧机产量增加板坯单重合理提高轧制速度轧机组成合理配置快速换辊减少设备故障机电设备预维修系统计算机控制最佳化轧制周期无头轧制技术提高成品质量加热炉步进梁错开布置加热炉温度均匀控制有效地清除氧化铁皮厚度精度控制宽度精度控制板形控制精轧微张力控制卷取质量控制提高表面光洁度无头轧制技术提高高表表面面光光洁洁度度、、热热轧轧工工艺艺润润滑滑机械械性性能能控控制制（（控控制制终终轧轧温温度度、、卷卷取取温温度度））三．．尺尺寸寸与与板板形形控控制制（一一））厚度度控控制制板带带材材的的厚厚度度控控制制在在上上个个世世纪纪70年年代代计计算算机机液液压压等等相相关关技技术术在在轧轧制制领领域域应应用用。。AGC系系统统已已成成熟熟。。简单单介介绍绍的的基基本本原原理理及及相相关关技技术术由，，可可以以知知道道影影响响轧轧件件厚厚度度的的因因素素有有三三：：1））：：（（原原始始辊辊缝缝，，空空载载辊辊缝缝，，辊辊子子偏偏心心，，不不均均磨磨损损，，热热膨膨胀胀））2））P：：δδs波波动动（（化化学学成成分分，，组组织织状状态态，，轧轧件件温温度度））Δh波波动动f波波动动张力力波波动动3））K，，一一般般轧轧机机结结构构形形式式一一定定，，K一一定定，，增增大大刚刚度度，，一一般般来来说说是是有有利利的的（（当当波波动动不不占占主主要要成成分分时时））图3.1各各种种因因素素对对板板厚厚的的影影响响控厚厚方方法法，，有有三三种种:1））.调调压压下下控控制制厚厚度度:前馈馈式式AGC：：反馈馈式式AGC：：压力力计计式式AGC：：2））.调调张张力力AGC（（冷冷轧轧））3））.调调速速度度AGC（（热热轧轧加加速速轧轧制制））（二二））.板板形形控控制制板形形控控制制是是板板带带非非常常重重要要的的技技术术，，当当B/h＞＞500以以上上，，板板形形的的就就很很明明显显了了。。上上世世纪纪70年年代代后后，，世世界界各各国国都都在在致致力力于于此此方方面面的的研研究究。。出出现现了了很很多多新新技技术术，，新新机机型型。。板板带带亦亦基基本本得得到到很很好好的的控控制制。。板板形形好好坏坏标标准准是是横