材料加工组织性能控制XXXX.ppt

1、10 控制轧制和控制冷却技术的应用,10.1 控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参 数 设计 10.1.1控制轧制工艺的主要内容 （1）坯料加热制度的选择 :入炉温度、加热速度、最高加热温度、保 温时间、坯料的出炉温度以及对坯料温度 均匀性、氧化和脱碳程度等的要求。 考虑因素：,（2）选择和设计控制轧制工艺的类型 第一种方案：完全再结晶型控制轧制工艺。 第二种方案：完全再结晶型与未再结晶型配合的 控制轧制工艺。 第三种方案：完全再结晶型、未再结晶型和 （+）两相区轧制的三阶段控制轧制。,（3）控制轧制工艺参数的设计与确定 包括：温度制度、变形制度。 温度制度：开轧温度、中间停轧待温时的温度范

2、围、未再结晶区的开轧温度及终轧温度。 变形制度：按控制轧制类型进行轧制道次和变形 量的分配、每道变形量的确定、未再结晶区的总 变形量的确定以及根据钢种要求确定平整道次的 压下量。 理论和生产经验：,（4）控轧控冷钢化学成分的调整 碳 ： 锰 ：细化晶粒、提高强度、增加韧性、降低相变 温度Ar3 ，作用：1）扩大了加工温度范围 ；2） 使铁素体晶粒长大机会减少。 一般控制在1.3-1.5%之间 。 硫 ： 磷 ：不大于0.02% 。,10.1.2 控制冷却工艺设计（已讲过，略） 10.2控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用 10.2.1 热轧带钢的控制轧制和控制冷却 5个步骤： 1)加热中，

3、微合金化元素碳氮化合物的溶解。 2)再结晶临界温度以下施以大的变形。 3) 微合金化元素碳氮化合物的变形诱导析出延缓再结 晶。 4)未再结晶并强烈变形的奥氏体发生相变。 5)分配冷却剂量来控制冷却和调整所需要的卷取温度。,图10-1 热轧带钢机组中的控制轧制参数和作用,图10-2 热轧带钢机组生产铌或钛合金钢时，各道次总动态再结晶临界变形率K和总变形率ges的比较 a一相同微合金化元素量的影响；b-典型的微合金化元素含量,控制轧制进一步改进的工艺： 1)板坯加热温度的降低。 2)粗轧温度的降低。 3)粗轧板厚度的增加。 4)分级的冷却速度。,对测量技术装置各工艺步骤的可控性要求： 1)提高轧机

4、功率以克服大的变形抗力要求。 2)提高粗轧板带剪切机功率。 3)尽可能使板带宽度和长度方向上的温度均匀。 4)在低温时也要进行温度测量和温度控制，以便 能利用低温卷取的长处。 5)在生产中测量奥氏体转变，以保证在相变过程 中进行终轧。,10.2.2 中厚板的控制轧制及控制冷却 10.2.2.1 不同类型中厚板轧机控制轧制工艺 （1） 四辊单机架中厚板轧机 控轧工艺:高温再结晶型和未再结晶型两阶段。 再结晶阶段： 未再结晶阶段： 终轧温度：,（2） 双机架中厚板轧机的控制轧制工艺 形式：二辊四辊式，三辊四辊式、四辊四 辊式 举例：2800二辊四辊式：,控制轧制工艺： （a）粗轧终了温度： 道次压

5、下率： 总压下率： （b）四辊精轧机分成两个阶段：部分再结晶的 上限范围轧制，道次压下率： 轧制温度： 未再结晶区轧制，道次压下率： 轧制温度： 终轧温度： （c）轧后采用控制冷却，快冷终止温度650。,10.2.3 热轧双相钢的控制轧制和控制冷却 10.2.3.1 双相钢的组织形貌、性能特点、生产 方法 双相钢： 由两相或两相以上的复合相组成的多 晶体材料。包括：由铁素体和约20左右的马氏 体构成的高成型性的低合金高强度双相钢；由板 条马氏体和5以下的残余奥氏体所构成的高强 度高韧性结构钢，以及由马氏体和奥氏体或铁素 体和奥氏体构成的双相不锈钢。,影响双相钢性能的组织因素：马氏体的成分和体

6、积分数、形状，以及铁素体的晶粒细化程度。 性能： (1)具有高强度、高韧塑性和高加工硬化率 。 (2) 双相钢板材具有板面纵向与横向力学性能差 异小的特点。 (3) 双相钢具有良好的抗疲劳性能和抗应力腐蚀 性能。 (4) 双相钢具有良好的焊接性能。,双相钢应力-应变曲线,10.2.3.2 生产双相钢的方法和种类 （1）热处理双相钢 临界间双相(Intercriticaldualphase)简称“IDP”。 奥氏体双相钢(Austenitedual phase)简称“ADP”。,（2）热轧双相钢 控制要点： 1）调整钢的化学成分。 2）控制热轧工艺。 3）控制轧后冷却速度。 4）控制热带的卷取温

7、度。根据卷取温度不同， 双相带钢分为中温卷取型和低温卷取型两类。,中温卷取型：适当加入Cr、Mo等元素合金化、 奥氏体变形后在连续冷却过程中先析出铁素体， 利用控制冷却速度使大部分奥氏体完成向铁素体 的转变。 低温卷取型：利用热连轧后具有较长的输出辊道 和轧后强烈冷却设备的优势而开发出来的。 工艺特点：,中温卷曲冷却工艺,（3） 控轧控冷工艺参数对双相钢组织性能的影响 1)终轧温度的影响,图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响,2) 卷取温度对双相钢性能的影响,图10-16 终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响,10.3 连铸连轧理论与应用 10.3.1 五种典型工艺图,工艺1：连

8、铸坯直送轧制工艺(Continuous castin-Hot direct rolling，即CCHDR)。 特点：,工艺2： “热送轧制”工艺(HotChargeRolling，简称HCR) 特点： 工艺3： 特点：,工艺4： 特点： 工艺5：“冷装炉”轧制工艺(即ColdCharge- Rolling，简称CCR)。,10.3.2 薄板坯连铸连轧的特点 （1）薄板坯连铸连轧生产线,图3-1 CSP工艺设备布置简图,（2）低碳钢薄板坯连铸连轧的铸态组织,（3）轧制工艺特点,图3-2 薄板坯连铸连轧工艺流程与传统连铸连轧工艺流程的对比 a-薄板坯连铸连轧工艺流程；b-传统连铸连轧工艺流程,（5

9、）原始晶粒尺寸结构与传统有所不同,薄板坯连铸连轧：从钢水浇铸到板坯成品，经历了由高温到低温、由转变的单向变化过程；传统工艺：（1），（2），（2）过程 。,（6）第二相粒子析出行为不同 （7）半无头轧制 （8）铁素体区轧制,10.3.3 薄板坯连铸连工艺与设备参数分析 （1）薄板坯厚度的选择,表10.2 薄、中、厚板坯3种连铸工艺的特性,（2）压缩比 （3） 连铸坯的加热 隧道式辊底加热炉： 有缓冲功能。炉内辊道速度可分段控制，输入端 辊道速度最低，以适应连铸速度较低的特点；中 部和末端速度较高，有利于钢坯快速通过；出炉 段辊道速度则与F1速度相匹配。 均热工艺的优点：,图10-16 薄板坯连

10、铸连轧产品与传统热轧产品的性能比较 1-20个普通带卷的平均值；2-20个CSP带卷的平均值,10.3.5 薄板坯连铸连轧生产线的配置 典型的薄板坯连铸连轧生产线工艺流程： 钢水中间包结晶器二冷区飞剪机 均热炉高压水除鳞（立辊轧边机） （粗轧机组）保温炉高压水除鳞 精轧机组近距离卷取机层流冷却远 距离卷取机打包入库。,（1）只有精轧机的薄板坯连铸连轧生产线,两条生产线的区别： 铸坯厚度约为50-70mm，设计年产量多在150万t，产品最小厚度1.0mm。,（2）单流连铸机与粗精机组的薄板坯连铸连轧 生产线配置,连铸坯厚度大多数为70-90mm，设计年产量多在150万t，产品最小厚度0.8-1.

11、2mm。,(3) 双流连铸机与粗、精轧机组的薄板坯连铸连 轧生产线配置,设备具有强大的轧制压力，允许采用厚度较大的铸坯，或者可以用于轧制难变形产品，如铁素体温度区轧制等产生高轧制力的产品。由于生产线采用双流连铸机配置，年产量可高达250万t。,（4）步进式加热炉布置的薄板坯连铸连轧生产 线,缓冲时间的大小取决于步进炉内钢坯的存放量，一般设计上可以考虑缓冲时间取1.5-2.0h。,（5）单流单机座炉卷轧机(TSP),适合多品种、低投资为目的的配置方式。铸坯厚度为50-70mm，最小产品厚度1.5mm，设计年产量为50万t。缺点：带钢表面粗糙度不好 。,（6）无头连铸连轧(ECR)工艺生产线的理想

12、配置,10.3.6 CSP热带性能与精度 (1) 性能,性能差异的原因： 1)铸坯在连铸机内的冷却过程钢水的过冷度大。 2)电磁搅拌和液芯压下技术的采用。 3) 轧制过程温差造成的带钢性能差基本上被消除。 4)连轧机组许用轧制力明显的大于常规热带连轧 机组。,(2) 带钢厚度和板形精度,10.4 控制轧制控制冷却在线棒材生产中的应用,特点： （1）变形量变化范围小。 （2）调整空延时间余地小。,控温轧制,控制轧制的两种类型： （1）奥氏体再结晶型和未再结晶型两阶段的控轧工艺。 加热温度： 粗轧工艺： 精轧工艺：,（2）奥氏体再结晶型、未再结晶型和两相区轧制的三阶段的控轧工艺。 粗轧工艺： 中

13、轧工艺： 精轧工艺：,连续小型棒材控制轧制时轧制表和冷却段布置 C14水冷段；C5、C6附加水冷段（与钢种有关）,10.4.1 低温轧制,目的： 技术要点： （1）加热温度和粗轧工序： （2）中轧机组与精轧机组： （3）轧件的冷却强度必须在计算机控制下完成,1）开轧温度 钢坯出加热炉温度不低于950。 2） 粗、中轧工序 粗、中轧采用型控制轧制工艺。 3）精轧工序 根据轧制钢种的不同， 精轧可采用型控制轧 制或两相区控制轧制，统称为低温精轧工艺。,应注意的问题： （1）低温精轧变形率 （2）低温精轧前轧件的均温,图10-21轧件表面及芯部温降示意图 1-芯部温度; 2-1/4层温度; 3-表面

14、温度,（3）低温精轧道次安排 （4）低温精轧适合的产品范围 大于40mm的棒材不适于进行低温精轧。 （5）低温精轧的温度范围,连续小型棒材控制轧制时轧制表和冷却段布置 C14水冷段；C5、C6附加水冷段（与钢种有关）,10.4.2 高精度轧制,存在两个矛盾： （1）为保证尺寸的高精度，在减定径轧制时需要采取相对小的变形量。,(a),(b),(c),（2）为充分发挥控冷的效果，控轧必须采用相对大的变形量。 解决方法： 1）紧凑式轧机的大压下与减定径机组的轻压下相组合，再配以较低的变形温度；2）采用2 架大变形量的减径轧机，与随后2 架小变形量的定径轧机相结合。,图10-24三辊减定径机组上控制轧

15、制后的组织,10.4.3 控制冷却在小型棒材生产中的应用,在线热处理： 优点： 10.4.3.1 棒材表面淬火及自回火工艺，“QTB (Quenched and Tempered Bar) ”或“QTR (Quenched and Tempered Rod) ” 定义： 优点：,工艺过程： (1) 淬火阶段： (2) 回火阶段：,图1 Tempeore(表面预先淬火)工艺及其与CCT曲线的关系,(3) 最终冷却阶段：冷床上完成。最终组织： 关键工艺参数：终轧温度，淬火时间，水的流量或者压力。 最终棒材产品的机械性能取决于：表面马氏体环形面积与总断面面积之比；回火马氏体机械性能；心部的组织形态。

16、 回火马氏体的性能取决于：棒材化学成分和回火温度。,10.4.3.2 影响最终棒材性能的因素,（1）加热温度的影响： （2）变形速度的影响： （3）终轧温度及变形量的影响： （4）冷却工艺条件的影响： 未再结晶： 完全再结晶：,对综合力学性能，应尽量缩短这一段时间。,自回火温度：第二阶段终了时钢筋的表面最高温 度，又称平衡温度，此温度决定于第一阶段的冷 却时间。 合适的自回火温度取决于回火温度及棒材的化学 成分。,图10-26 回火温度对轧后余热处理力学性能的影响,（5）棒材参数的影响： 1）棒材规格的影响： 大规格棒材：表层全部是回火索氏体，心部是珠光体+铁素体，并有明显的索氏体、珠光体和铁

17、素体的过渡层。 小规格棒材：淬透层以回火索氏体为主，偶尔有少量回火马氏体，心部以铁素体、珠光体为主，没有明显的过渡层。,2）化学成分的影响： C含量，Ms ，回火马氏体厚度减薄，屈服强度。,Ms对调质边缘层厚度和力学性能的影响,Mn、Mo、Cr： V、Nb：,图10-27 微量元素对轧后余热处理TC55屈服强度的影响 1-钢种I：0.15%Cr；0.15%Ni；0.06%Mo 2-钢种II：0.05%Cr；0.06%Ni；0.02%Mo C当量=C+1/6Si+1/5Mn,10.4.4 棒材轧后余热处理冷却装置,套管式： 湍流管式，又称为文氏管：,图10-28 湍流管式冷却器结构示意图 1-入

18、口嘴；2-带空气剥离器的预冷箱；3-第一组喷头；4-第二组喷头；5-中间管；6-无压回水；7-回水箱；8-偏转箱；9-供高压水；10-压缩空气用于水的偏转；11-文氏管元件,10.4.5 几种典型的控轧控冷工艺及设备配置,（1） 精轧机组前、后及机组内设置水冷装置,精轧机组前、后及机组内设置水冷装置 1-中轧机; 2-精轧前水箱; 3-飞剪; 4-精轧机; 5-精轧间水箱; 6-精轧机; 7-精轧后水箱,适合于生产优质合金钢材， 生产操作灵活， 易于实现两相区控制轧制(又称热机轧制) ， 缺点是生产线长。,（2）精轧机组前、后设置水冷装置,适合于生产优质合金钢材， 生产线长度较前一种型式短，

19、但生产操作没有其灵活。,精轧机组前、后设置水冷装置 1-中轧机; 2-精轧前水箱; 3-飞剪; 4-精轧机; 5-精轧后水箱,（3） 精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置,适合于生产高精度优质钢材，特点是生产所有规格产品均经过减定径机组，大大简化了粗中轧孔型系统，提高了轧辊共用性，减少了换辊及备辊数。,精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置 1-中轧机; 2-减径机前水箱; 3-飞剪; 4-减径机; 5-定径机; 6-定径机后水箱,（4）精轧机组为三辊轧机及其前、后设置水冷装置,适合生产高精度优质钢材，通过调整三辊轧机辊缝改变产品尺寸，大大简化了粗中轧孔型系统，提高了孔型共用性。产品尺寸精度

20、高，缺点是轧机投资稍大。,精轧机组为三辊轧机及其前后设置水冷装置 1-中轧机; 2-精轧前水箱; 3-飞剪; 4-精轧机; 5-精轧后水箱,（5） 仅精轧机组后设置水冷装置,仅精轧机组后水冷装置 1-中轧机; 2-飞剪; 3-精轧机; 4-精轧后水箱,适合于生产以建材为主的小型轧机。,10.4.6 线材轧后控制冷却 分三个阶段： 第一阶段：为相变作组织准备及减少二次氧化铁 皮生成量，吐丝温度； 第二阶段：相变过程，主要控制冷却速度； 第三阶段：相变完了，采用慢冷（一般采用空冷 以利于固溶元素的析出。,基本方法： （1）高压水快速冷却；（2） 把线材吐成环状，以散卷形式分布到运输 辊道(链)上，按要求的冷却速度均匀风 冷；（3）以较快的冷却速度冷却到可集卷 的温度。,1）普通低碳钢和碳素焊条钢盘条一般用于拉拔加工 性能要求： 冷却工艺：较高的吐丝温度，缓慢的冷却速度得到较大的奥氏体晶粒，钢中杂质含量少。 2）0.200.40%