控轧控冷核心技术

1、RAL中厚板控轧控冷技术发展中厚板控轧控冷技术发展东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室.chttp:/ n中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL讲讲 座座 内内 容容1 概概 述述 2 控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理3 中厚板控轧控冷的特点和关键技术中厚板控轧控冷的特点和关键技术4 控轧控冷的数学模型与自动控制控轧控冷的数学模型与自动控制 5 国外典型厚板轧机的控轧控冷介绍国外典型厚板轧机的控轧控冷介绍6 结结 语语RAL概概 述述中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL1 概概

2、 述述 - 控冷的意义控冷的意义两个通俗说法两个通俗说法: 1 水是最廉价的合金元素水是最廉价的合金元素 (可以用水替代合金元素来改变钢材的性能可以用水替代合金元素来改变钢材的性能) 2 中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机 (目前我们还没有充分利用好水的作用目前我们还没有充分利用好水的作用) 川崎水岛：川崎水岛：12000 m3/h，迪林根：，迪林根：14000 m3/h 宝钢宝钢2050：14000 m3/h， 1580: 13000 m3/h RAL1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性 用户要求：产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能用户要求：

3、产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能） 决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数） 决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）材料加工过程是冶金过程柔性制造技术材料加工过程是冶金过程柔性制造技术钢种钢种成分成分加工工艺加工工艺3加工工艺加工工艺2加工工艺加工工艺1组织特征组织特征3组织特征组织特征2组织特征组织特征1用户需求用户需求3用户需求用户需求2用户需求用户需求1RAL 急需通过控轧控冷改变性能的钢种急需通过控轧控冷改变性能的钢种 管线钢：开发西部，西气东输工程管线钢：开发

4、西部，西气东输工程 高级别船板高级别船板 高强度工程机械用钢高强度工程机械用钢 抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出）抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出） 新一代钢铁材料：超级钢新一代钢铁材料：超级钢1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发RAL 新一代钢铁材料：超级钢简介新一代钢铁材料：超级钢简介 思路：超洁净、超细晶、超均匀，实现强度翻番思路：超洁净、超细晶、超均匀，实现强度翻番 国家重大基础研究项目国家重大基础研究项目(973)，参与国际竞争（日、美、韩），参与国际竞争（日、美、韩） RAL承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能 经过经

5、过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产 工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度 效果：效果：Q235屈服强度屈服强度400MPa， 抗拉强度抗拉强度510MPa 延伸率延伸率28，宽冷弯合格，晶粒尺寸：，宽冷弯合格，晶粒尺寸：3.9微米微米1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发RAL超级钢实验情况：超级钢实验情况：Super-SS400宝钢首批试制宝钢首批试制200200吨，为一汽供货吨，为一汽供货投料冲压作发动机前置横梁投料冲压作发动机前置横梁40004000件，成品率件，成

6、品率10010020012001年千吨级供货，年千吨级供货，20022002年万吨级；年万吨级；500MPa500MPa级超级钢研究工作已经取得良好进展；级超级钢研究工作已经取得良好进展；预期效果：预期效果： 第一步第一步: :通过控轧控冷，节省合金元素，通过控轧控冷，节省合金元素，降成本降成本(200(200元元/ /吨吨) ) 第二步第二步: :减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗 第三步第三步: :改进车型设计，远景：改进车型设计，远景：3 3升车升车（宝钢参加国际行动）（宝钢参加国际行动）1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发RAL1.1

7、控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发10001000，保温，保温3min3min，900900、20% 20% 变形变形850850、25% 25% 变形变形770770、67% 67% 变形变形 道次间道次间10 /s10 /s冷却冷却变形后变形后 7 /s 7 /s冷却冷却25m25mm超级钢超级钢Super-SS400工业生产条件下显微组织工业生产条件下显微组织晶粒晶粒3.9卷取温度卷取温度400，抗拉强度，抗拉强度500实验室实验结果实验室实验结果工业生产结果工业生产结果RAL国外厚板控轧设备发展情况国外厚板控轧设备发展情况 - 淘汰第一代中板轧机，建设强力型轧机板凸度控制

8、功能淘汰第一代中板轧机，建设强力型轧机板凸度控制功能 * 德国迪林根：德国迪林根：10000kW2，10000吨吨 *瑞典瑞典SSAB：4000mm，10000kW2，10000吨吨 - 特点各异的待温冷却工艺和装置特点各异的待温冷却工艺和装置 * 侧辊道侧辊道 * 中间喷淋中间喷淋 * 交叉轧制工艺交叉轧制工艺 - 强力型矫直机强力型矫直机1 概概 述述 - 国外控制轧制技术发展情况国外控制轧制技术发展情况RAL国外厚板控冷设备发展情况国外厚板控冷设备发展情况 - 控冷已经成为提高钢材性能的基本手段控冷已经成为提高钢材性能的基本手段 * TMCP率：住友鹿岛：率：住友鹿岛：52，曼海姆：，曼

9、海姆：80 - 很多公司形成了自己独特的技术很多公司形成了自己独特的技术 * 新日铁的新日铁的CLC技术技术 * 川崎制铁的川崎制铁的MACS技术技术 * 住友金属的住友金属的DAC技术技术 * 欧洲：欧洲：MACOS(曼海姆曼海姆)， ISC(蒂森蒂森)， ADCO(法国法国) - DQ的研究和应用取得良好效果的研究和应用取得良好效果1 概概 述述 - 国外发展控制冷却设备情况国外发展控制冷却设备情况RAL现代中厚板轧机外观现代中厚板轧机外观RAL中厚板轧机侧视中厚板轧机侧视RAL轧制中的中厚板轧机轧制中的中厚板轧机RAL1 概概 述述 - 国外厚板轧机的控冷系统国外厚板轧机的控冷系统RAL

10、 强力型轧机强力型轧机 -济钢济钢3500mm，7000吨，吨，7000kW2 -首钢首钢3500mm，7000吨，吨，7000kW2 -鞍钢鞍钢4300mm， 8000吨，吨，6000kW2 -宝钢宝钢5000mm，10000吨，吨，10000 kW2 强力型矫直机强力型矫直机 -鞍钢鞍钢3000mm -首钢首钢2100吨吨1 概概 述述 - 国内轧机发展情况国内轧机发展情况RAL 对控轧控冷的重要作用已有认识对控轧控冷的重要作用已有认识 很多厂家利用国内力量装备控轧控冷设备很多厂家利用国内力量装备控轧控冷设备(强力轧机强力轧机ACC) -鞍钢，首钢，济钢，南钢，舞阳，新余鞍钢，首钢，济钢，

11、南钢，舞阳，新余 一些厂家在观望，一些厂家在观望， 有矛盾心情有矛盾心情: - 引进国外技术，引进国外技术， 价格昂贵，价格昂贵， 难以承受难以承受 - 使用国内技术，使用国内技术， 担心可靠性，担心可靠性， 承担责任承担责任 “ 狭路相逢勇者胜狭路相逢勇者胜”， 敢于抓住机遇，敢于抓住机遇， 迈出第一步者，迈出第一步者， 将在产品竞争中走在前面将在产品竞争中走在前面1 概概 述述 - 国内控制冷却设备发展情况国内控制冷却设备发展情况RAL国内中厚板控轧控冷研究状况国内中厚板控轧控冷研究状况: - 中厚板轧制及冷却过程温度场的中厚板轧制及冷却过程温度场的FEM模拟模拟 - 中厚板组织性能演变与

12、控制的模拟研究中厚板组织性能演变与控制的模拟研究 - 组织性能预报数学模型与软件开发组织性能预报数学模型与软件开发 - 中厚板新钢种的开发中厚板新钢种的开发(高强钢、耐火钢、桥梁钢高强钢、耐火钢、桥梁钢.) - 轧制与冷却实验设备开发（鞍钢、酒泉、宝钢）轧制与冷却实验设备开发（鞍钢、酒泉、宝钢） - 控冷设备开发研制（控冷设备开发研制（RAL + 营口流体设备集团）营口流体设备集团） * 水幕装置，管层流装置（水幕装置，管层流装置（ 直管式，直管式， U型管式，气雾式）型管式，气雾式） * 快速响应阀（气动薄膜阀）快速响应阀（气动薄膜阀） * 水处理系统水处理系统 （大流量反冲洗过滤器）（大流

13、量反冲洗过滤器）1 概概 述述 - 国内发展情况国内发展情况RAL控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL2.1 控轧控冷机理控轧控冷机理2.2 控制轧制控制轧制 轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温）轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温） 轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向）轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向） 液压弯辊等板凸度控制制度液压弯辊等板凸度控制制度2.3 控制冷却控制冷却ACC 冷却模式，冷却温度制度冷却模式，冷却温度制度2.4 直接淬火直接淬火DQ 淬火温度，回火制度（温度、时间）淬火温度，回火制度（温度、时

14、间）2 控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理RAL控轧控冷工艺图示控轧控冷工艺图示K2.1(DQ)(DQ)(ACC)RAL组织、成分、性能、组织、成分、性能、TMCP条件的关系条件的关系K2.24切变切变多边形铁素体多边形铁素体 RAL控轧控冷的组织变化控轧控冷的组织变化K2.2RAL加热温度（碳氮化物溶解，晶粒长大）加热温度（碳氮化物溶解，晶粒长大）粗轧变形制度：粗轧压下量（变形深入，粗轧变形制度：粗轧压下量（变形深入，RCR）精轧阶段轧制温度控制精轧阶段轧制温度控制 进入未再结晶区进入未再结晶区 合理的精轧温度合理的精轧温度 待温制度的确定待温制度的确定精轧阶段轧制变形控制精轧阶段轧制变形

15、控制 未再结晶区总变形量未再结晶区总变形量 精轧道次压下量精轧道次压下量控轧控冷中工艺制度制订原则控轧控冷中工艺制度制订原则RAL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RAL2.1 控制轧制和控制冷却机理示意控制轧制和控制冷却机理示意变形前奥氏体晶粒变形前奥氏体晶粒变形后晶粒被拉长变形后晶粒被拉长铁素体形核铁素体形核相变完成相变完成冷却冷却轧制轧制RAL变形带与其上的析出变形带与其上的析出T4.10变形带变形带变形带上变形带上的析出的析出RAL珠光体的不同形核地点珠

16、光体的不同形核地点T4.15变形工具钢a) 晶界b) 退火孪晶c) 变形带d)晶内RAL奥氏体晶粒尺寸与铁素体晶粒尺寸的关系奥氏体晶粒尺寸与铁素体晶粒尺寸的关系试样为7mm厚的空冷钢板空心符号：无变形实心符号：热变形后空冷RAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理再结晶区控轧：再结晶区控轧： 微合金钢微合金钢 950，普碳钢基本在再结晶区轧制，普碳钢基本在再结晶区轧制 总变形量总变形量 60%机机 理：理： 变形区内有动态恢复和动态再结晶变形区内有动态恢复和动态再结晶 道次间歇期间完成再结晶道次间歇期间完成再结晶 反复轧制再结晶使晶粒变细反复轧制再结晶使晶粒变细 低温再

17、结晶区晶粒细化明显。低温再结晶区晶粒细化明显。RAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理未再结晶区控轧：未再结晶区控轧： 空冷或喷淋控制轧制温度到奥氏体未再结晶区空冷或喷淋控制轧制温度到奥氏体未再结晶区 温度范围通常为温度范围通常为Ar3900（950） 总变形量大于一定数值（总变形量大于一定数值（70） 道次变形量大于一定的数值道次变形量大于一定的数值机机 理：理： 变形奥氏体晶粒被拉长变形奥氏体晶粒被拉长 形成大量变形带、孪晶和位错形成大量变形带、孪晶和位错 增加形核点，相变后细化晶粒增加形核点，相变后细化晶粒RAL未再结晶区变形量与奥氏体晶界面积和未再结晶区变形量

18、与奥氏体晶界面积和变形带密度的关系变形带密度的关系T4.11含铌钢，Nb: 0.03%低于30：变形带密度增加缓慢高于30：迅速增加RAL铁素体晶粒尺寸与奥氏体界面面积的关系铁素体晶粒尺寸与奥氏体界面面积的关系T4.12奥氏体晶粒尺寸有效的奥氏体晶界面积铁素体晶粒尺寸变形量晶界变形带RAL为什么要低温轧制为什么要低温轧制中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL轧制温度对组织和力学性能的影响轧制温度对组织和力学性能的影响K230.18C1.36Mn钢各道次压下量20总计9道次轧制到20mm轧制温度变化范围200RAL热变形奥氏体的温度压下量再结晶图热变形奥氏体的温度

19、压下量再结晶图K213压下量压下量/压下量压下量/CMn钢轧制后1s水冷含铌钢轧制后3s水冷RAL900以下变形量与韧脆转变温度的关系以下变形量与韧脆转变温度的关系K52钢板厚度10mm2mm切口夏氏值横向RAL轧制温度对晶粒尺寸和性能的影响轧制温度对晶粒尺寸和性能的影响K2413050MPaRAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理两相区控轧：两相区控轧： 如需进一步的提高强度，可降低终轧温度如需进一步的提高强度，可降低终轧温度750 在奥氏体和铁素体两相区轧制在奥氏体和铁素体两相区轧制机机 理：理： 奥氏体继续被拉长，晶粒内形成变形带及位错奥氏体继续被拉长，晶粒内形

20、成变形带及位错 在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒 先析出铁素体变形后内部形成亚晶，使强度提高先析出铁素体变形后内部形成亚晶，使强度提高RAL为什么进行两相区轧制为什么进行两相区轧制中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RALAr3以下压下量与力学性能关系以下压下量与力学性能关系实验室数据（）：实验室数据（）：0.17C1.6Mn钢，钢，1150加热，加热，Ar3为为730两相区轧制，利用铁素两相区轧制，利用铁素体的位错亚结构强化体的位错亚结构强化K2.7RAL两相区轧制对组织和性能的影响两相区轧制对组织和性能的影响K62Nb

21、钢在1070、1020 进行62.5的轧制，在850 进行50的轧制后，以710 进行轧制。YS提高60MPa（30）; FATT降低70 。第三阶段变形量第三阶段变形量/200织构的织构的反射强度反射强度RAL为什么需要强力轧机为什么需要强力轧机低温大压下低温大压下中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL不同钢种的变形抗力不同钢种的变形抗力T6.10温度降低温度降低RAL变形抗力与含碳量的关系变形抗力与含碳量的关系T6.6Si0.25%, Mn1.10%温度低于900时，由于碳含量引起的变形抗力发生明显变化。1000 时，碳含量的变化对变形抗力不产生影响。附带说

22、明：氮通过形成氮化钛和氮化铝等氮化物，细化晶粒而影响变形抗力温度降低温度降低RAL变形抗力与固溶合金元素含量的关系变形抗力与固溶合金元素含量的关系T6.7C0.10%, Si0.25%, Mn1.10%MoSiCrCuNiMn提高变形抗力RAL变形抗力与微合金元素含量的关系变形抗力与微合金元素含量的关系T6.8变形条件Tr加热温度1250T1第一阶段变形温度1050 T2第二阶段变形温度900 NbTiV变形抗力增大RAL控轧控冷中轧制温度控制措施控轧控冷中轧制温度控制措施粗轧机架粗轧机架 待温辊道待温辊道 精轧机架精轧机架方案方案1粗轧机架粗轧机架 喷淋冷却喷淋冷却 精轧机架精轧机架方案方案

23、2粗轧机架粗轧机架 交叉轧制交叉轧制 精轧机架精轧机架方案方案3RAL实行大压下道次数减少后轧制负荷的增大实行大压下道次数减少后轧制负荷的增大Blue10板凸度、板形控制的作用板凸度、板形控制的作用RAL板形控制手段的作用板形控制手段的作用 板形、板凸度控制手段是强力型轧机的必备手段板形、板凸度控制手段是强力型轧机的必备手段 强力型轧机实行大压下强力型轧机实行大压下 与普通轧机相比，大轧制力造成板凸度增大与普通轧机相比，大轧制力造成板凸度增大 利用板形和板凸度调整手段，保证比例凸度达到利用板形和板凸度调整手段，保证比例凸度达到设定要求设定要求 如果无板凸度调整手段，凸度无法保证，大压下如果无板

24、凸度调整手段，凸度无法保证，大压下形同虚设形同虚设RAL比例凸度放松的效果比例凸度放松的效果hPhn力矩限制轧制力限制比例凸度恒定限制RAL板凸度控制手段双锥度板凸度控制手段双锥度BUR最大改善30mmRAL板凸度调整手段液压弯辊板凸度调整手段液压弯辊BURBWRBRALCVC轧机的凸度调整轧机的凸度调整等效凸度横移距离RALPC轧机P的原理与特点C CS S- S- S b b2 2tantan2 2 2Dw 2DwScScSSDwDwb b2 2tantanb b2 2 2 22 Dw2 DwC=C=式中：式中： b带钢宽度 b带钢宽度 轧辊交叉角 轧辊交叉角 Dw工作辊直径 Dw工作辊直

25、径 b bDwDw80070060050040030020010000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Cr(um)Cr(um)(deg）(deg）RALHCW轧机轧机BURWRSSRAL改造后轧制范围扩大改造后轧制范围扩大Blue13RAL为什么要进行控制冷却为什么要进行控制冷却中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL2.3 控制冷却组织变化（细晶与相变强化）控制冷却组织变化（细晶与相变强化）RAL再结晶区控轧未再结晶区控轧两相区控轧控制冷却35m5 10 m1020m加热温度时间2.3 控制冷却晶粒细化和相变强化控制冷却晶粒细化和相变强化RALH

26、SLA控制冷却的作用控制冷却的作用对于添加微合金元素的钢，如果对于添加微合金元素的钢，如果IAC的冷却速度为的冷却速度为10 /s时，与时，与空冷相比，其强度可以增加空冷相比，其强度可以增加50100MPa；IAC材的材的vTs基本由合金成分和控制轧制程度决定；基本由合金成分和控制轧制程度决定；由空冷到由空冷到12 /s增加冷却速度时，组织变化的顺序为铁素体晶粒增加冷却速度时，组织变化的顺序为铁素体晶粒细化、珠光体带消失及其微细分散、珠光体消失和生成取代它的细化、珠光体带消失及其微细分散、珠光体消失和生成取代它的贝氏体；贝氏体；IAC引起强化的因素有：引起强化的因素有：1）铁素体晶粒细化；）铁

27、素体晶粒细化；2）析出强化量增）析出强化量增大；大；3）贝氏体的体积分数增大。其中前）贝氏体的体积分数增大。其中前2相引起屈服点提高，抗相引起屈服点提高，抗拉强度决定于拉强度决定于3）。微合金元素的添加使淬透性提高，从而增大）。微合金元素的添加使淬透性提高，从而增大特定冷却速度下的贝氏体量；特定冷却速度下的贝氏体量；如果想提高韧性，重要点在于细化铁素体晶粒的同时，生产微细如果想提高韧性，重要点在于细化铁素体晶粒的同时，生产微细分散的贝氏体，为此必须优化加热温度或控制轧制条件，细化奥分散的贝氏体，为此必须优化加热温度或控制轧制条件，细化奥氏体的晶粒。氏体的晶粒。RAL加速冷却对性能的影响加速冷却

28、对性能的影响K29对再结晶奥氏体进行水冷效果并不明显，对未再结晶奥氏体进行水冷，会产生明显的晶粒细化效果。利用10/s的冷却速度进行冷却，可以明显提高强度，韧性可以保持不变。使用的设备：OLAC (On Line Accelerated Cooling), NKK冷却参数：开冷：760终冷：550钢种：Nb钢与Nb、V钢RAL加速冷却对材料性能的影响加速冷却对材料性能的影响K7.7压下率压下率/冲击功冲击功/J贝氏体相变贝氏体相变通过控制冷却，得到微细的贝氏体；同样的压下率，强度可以提高6070MPa；同样的冲击功，利用控制冷却可以将强度提高5060MPa.RAL精轧控冷对力学性能的影响精轧控

29、冷对力学性能的影响K7.1RAL控冷终止温度对性能的影响控冷终止温度对性能的影响K7.2SiMn钢：厚度25mmNb钢：19mm轧制与冷却条件：终轧温度：760开冷温度：760 终冷温度：450 室温效果：冲击性能：保持不变YS提高：70100MPaTS提高：5060MPaRAL控制轧制对横向冲击性能的影响控制轧制对横向冲击性能的影响KF12厚度14mm2mm，V形缺口，实物尺寸试样实现控制轧制，冲击功有下降的趋势。原因：控制轧制使强度升高，因而冲击性能会有所降低。MnS在轧制温度低的区域更加容易伸展，会使夏氏试样的断裂面出现微细剥离裂纹现象。RAL控制冷却对力学性能的影响控制冷却对力学性能的

30、影响KF21CR材的YS随Nb/V含量的增加而上升，达到X60X70的强度水平。抗拉强度Nb-V钢上升的幅度比C-Mn钢大。原因： Nb-V量增大，淬透性增大，高冷速段贝氏体的生成量增大。在冷却速度为10/s的情况下，比 CR轧制可以提高强度50100MPa.当加热温度相同时，冷却与控制轧制的效果大致相同，甚至可能稍有改善。加热到1200时，韧脆转变温度随冷速提高而变差，而1100 时，会改善。韧性主要由CR条件决定。低温CR时，夏氏冲击断口产生明显的分离，它会因精轧温度的降低和两相区轧制而增大发生的频率。RAL控制冷却的效果控制冷却的效果KF22RAL铌含量对力学性能的影响铌含量对力学性能的

31、影响KF23加热温度1100冷却速度7 /sNb0.03%, 强度出现饱和趋势IAC和CR的强度差别为5060MPa.影响因素：加热温度固溶铌的数量；相变前奥氏体的微细程度；快速冷却引起贝氏体生成数量。韧性随铌含量增大而提高，到0.08%出现饱和。影响因素：晶粒细化。包括初始晶粒细化，粗轧中抑制晶粒粗化，奥氏体再结晶温度升高造成未再结晶区的累计压下量增大。加热温度1200和1100时，韧脆转变温度差30。RAL钛对控制冷却效果的影响钛对控制冷却效果的影响KF24Ti0.02%, Ti与N完全结合，在凝固和奥氏体高温区形成TiN。此时强度变化甚少。RAL为什么要添加微合金元素为什么要添加微合金元

32、素中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL溶度积溶度积T9.1各种氮化物在奥氏体和铁素体中的溶解度均低于相应金属的碳化物。溶解度依 V，Nb，Al，Ti 的顺序降低。故 Ti 在高温区即已析出；V 在低温区析出。除 AlN 之外，碳化物和氮化物均为立方晶体结构，可以忽溶，故常以碳氮化物析出。除极低含碳量的高氮钢外，很少形成VN，NbN; 含钛钢中，首先形成TiN，当全部钛以. TiN的形式与钛结合之后，TiC才随钛含量的增加而发生沉淀。溶解度降低RAL奥氏体晶粒尺寸与加热温度的关系奥氏体晶粒尺寸与加热温度的关系T9.2RAL微合金元素抑制奥氏体晶粒长大微合金元素抑

33、制奥氏体晶粒长大K25RALHSLA钢的再结晶动力学钢的再结晶动力学T9.3SiMn钢0.04Nb钢预应变0.50.08TI钢0.10V钢预应变0.5变形温度900T9.4RAL含铌钢的静态再结晶动力学含铌钢的静态再结晶动力学T9.5900, 0.002%C900, 0.10%Nb, 预变形0.5RAL含铌钢和含钛钢的力学性能含铌钢和含钛钢的力学性能T9.6基本化学成分：0.01%C0.25Si1.50MnTR:1100TF: 780 900 以下的总压下率70铌含量大于0/03时，强度饱和铌含量或钛含量大于0.06%时，冲击韧性趋于饱和钛与氮结合阶段（钛低于0.02%）RALT9.7含钒的铌

34、钢和钼、钛钢的力学性能含钒的铌钢和钼、钛钢的力学性能通过添加V，促进沉淀强化，性能进一步提高；冲击韧性保持不变注意：厚规格的钢板适于用V强化，因为它的强化机制以低温析出为主，与晶粒细化强化的机制不同，与控制冷却的速度关系不大。RAL微合金元素抑制晶粒长大微合金元素抑制晶粒长大K214钢种成分：C-Mn钢：0.13C, 1.2MnNb钢：0.16C, 1.4Mn, 0.03NbTi钢：0.13C, 1.1 Mn, 0.02Ti碳锰钢随轧制温度的提高，晶粒长大明显；Nb钢1050以下，不发生再结晶。1150 发生明显的长大；Ti钢晶粒无明显的长大RAL微合金元素抑制再结晶作用微合金元素抑制再结晶作

35、用K28微合金元素添加4大作用：抑制加热时奥氏体晶粒长大抑制再结晶相变行为析出硬化固溶在奥氏体中的铌和钛能很好的控制加工后的再结晶，再结晶温度提高100以上。再结晶临界压下量/RALNb对动态再结晶的抑制作用对动态再结晶的抑制作用K2110.08C-1.5Mn-Nb钢RAL考虑韧性要求的轧制计划实例考虑韧性要求的轧制计划实例K64管线钢控制点：待温点：待温温度，待温厚度终轧点：终轧温度RAL温度、含碳量与软化率的关系温度、含碳量与软化率的关系T4.5T4.6RAL应变诱导碳氮化铌析出过程应变诱导碳氮化铌析出过程T4.6RAL再结晶与沉淀过程的相互作用再结晶与沉淀过程的相互作用T4.7RAL析出

36、与再结晶的相互作用析出与再结晶的相互作用T4.7T4.8（a）普碳钢与含铌钢再结晶动力学的比较（b）溶质Nb对含铌钢再结晶动力学的影响（c）PPT曲线与RRT曲线的叠加注意：钒钢不会发生此种效应，因为钒的碳氮化物在低温阶段析出，此时，再结晶已经完成RAL为什么要进行为什么要进行DQ？中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RALDQ与与AC及及TEMPERM10.06C-0.25Si-1.4Mn，Nb/V/Ti最多0.08加热温度：1100，900以下轧制压下量75精轧温度：800 板厚：19 mmRAL常化与淬火回火组织常化与淬火回火组织T4.13RAL直接淬火钢的组

37、织特点直接淬火钢的组织特点K2.25直接淬火或淬火回火钢的组织特点：M或B的位错亚结构，析出物。更加微小的尺度。主要组织要素：M: 旧奥氏体的晶界、马氏体束（bundle）、马氏体包(packet)、板条(lath)、板条内的位错B:B-F析出物见于旧奥氏体的边界，板条边界，板条内。RAL淬火钢组织因素与力学性能关系图淬火钢组织因素与力学性能关系图K2.26组织变化对强度与韧性的影响 回火引起组织与性能的变化RAL轧制条件对直接淬火钢性能的影响轧制条件对直接淬火钢性能的影响K2.27RH轧制温度高MH轧制温度中LH轧制温度低（奥氏体未再结晶区轧制）a由于合金元素完全固溶引起的淬透性的提高b由于

38、奥氏体粗化引起淬透性提高causforming（强化与组织细化）d促进铁素体相变，淬透性降低，组织细化轧制条件、材料轧制条件、材料本身的淬透性对本身的淬透性对淬火钢的性能有淬火钢的性能有重要影响！重要影响！RAL冷却速度与贝氏体相变强化冷却速度与贝氏体相变强化K2230.01C1.5Mn0.04Nb0.09VSv有效奥氏体晶界面积（代有效奥氏体晶界面积（代表变形量的大小）表变形量的大小）通过加速冷却，抑制铁素体相通过加速冷却，抑制铁素体相变，促进贝氏体相变，实现相变，促进贝氏体相变，实现相变强化。变强化。RAL合金元素对力学性能影响合金元素对力学性能影响M30.06C-0.25Si-1.4Mn

39、Nb/V/Ti最多0.08加热温度：1100900以下轧制压下量75精轧温度：800 板厚：19 mmRALDQ材材B体积分数与加热时固溶合金元素量的关系（左）体积分数与加热时固溶合金元素量的关系（左）DQ材材TS与与Vs的关系（右）的关系（右）M6M7RAL合金元素通过冷却对力学性能的影响合金元素通过冷却对力学性能的影响K710基本成分：0.06C, 1.4Mn20mm厚铌、钛对提高强度有效，V效果不大。淬火组织为贝氏体微细铁素体的混合组织。通过降低Ae3增加贝氏体的体积分数，提高强度。RAL不同温度直接淬火与调质的比较不同温度直接淬火与调质的比较K7.90.11C-1.2Mn-0.6Cr-

40、0.5Mo钢回火：575，1hA: RQB: DQ(加热温度下50压下)C;DQ(820 下50压下)DQ的重要性在于此的重要性在于此RAL控轧压下量对淬火钢性能的影响控轧压下量对淬火钢性能的影响K7.11基本成分：0.06C, 1.4Mn20mm厚通过控制轧制，强度略有降低，但是韧性大幅度改善。通过控轧，铁素体的体积分数仅仅少量增长，通过铁素体的对奥氏体的阶段效果，将贝氏体变成更小的单元，贝氏体铁素体板条的长度变短，故大大改善了韧性。注意：在30之前，上述效果并不明显，在大于50以后，其效果急剧增大。RAL控轧压下量对控轧压下量对B-F长度的影响长度的影响K7.12RAL加热与精轧温度对直接

41、淬火钢力学性能影响加热与精轧温度对直接淬火钢力学性能影响K7.130.13C, 1.4Mn, 0.025Nb比再加热淬透性提高。随轧制温度的降低，强度降低，但是韧性大幅度提高。原因：奥氏体晶粒细化；未再结晶区变形引起淬透性降低。若进一步增加未再结晶区的变形量，可以看到TMT的效果。Nb可以提高淬透性（有利于贝氏体相变），回火时析出，可以利用。RAL淬火回火后淬火回火后Nb含量含量TS的关系的关系K7.140.01%Nb以下，随Nb的增加，强度提高。原因：淬透性提高，沉淀析出。大于0.01%Nb后，降低。原因：奥氏体再结晶温度提高，未再结晶区变形淬透性降低。大于0.02%Nb之后，强度提高。原因

42、：未再结晶状态下加工量增加，TMT的效果显现。280MPaRAL控制轧制控制冷却实例控制轧制控制冷却实例中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL控制轧制的轧制制度控制轧制的轧制制度KF1材料为铝镇静钢，0.14C-0.30Si-1.30Mn, 其中单独或复合添加Nb, V, Cu, Cr, Ni。150mm厚度的板坯预先轧制到60mm，冷却后沿相同方向继续轧制到12mm。加热温度：1250，1150按每道次20的压下量进行7个道次的精轧。CRIII与HR相同的加热温度，但是进行低温轧制，900的以下总压下量达到60。CRIV的加热温度为1150.RALNb对对YS

43、和脆性转变温度的影响和脆性转变温度的影响KF20.14C-0.30Si-1.30Mn在0.01Nb以下，随着Nb含量的增加，脆性转变温度急剧降低。到0.03%Nb之前，随随着Nb含量的增加，强度提高。CRIII和CRIV效果最为显著。RAL控制轧制的效果控制轧制的效果KF30.14C-0.30Si-1.30Mn添加Nb和V，均使材料的YS和TS升高。但是添加V，对韧性的改进不大。V对对YS和脆性转变温度的影响和脆性转变温度的影响RALYS和和vTs与晶粒尺寸的关系与晶粒尺寸的关系KF4RAL细晶强化和析出强化对细晶强化和析出强化对YS的影响的影响细晶强细晶强化化析出强析出强化化细晶强细晶强化化

44、析出强析出强化化HR048342CRII1535535CRIII351520300.01Nb0.033VRALC含量对含量对CRIII材料力学性能的影响材料力学性能的影响KF50.50%Si-1.4%Mn-0.045Nb, 改变C含量。采用CRIII规程进行控制轧制。C从0.13%降低到0.05%YS几乎不发生变化，因为晶粒尺寸变化甚微，均为5mm左右TS有一定的降低冲击功增加1.5倍珠光体的量由2427降低到78，故冲击功增加。RAL900以下总压下量与脆性转变温度的关系以下总压下量与脆性转变温度的关系KF6厚度厚度14mmRALKF7900以下总压下量与脆性转变温度的关系以下总压下量与脆性

45、转变温度的关系0.14C-0.24%Si-1.23%Mn厚度10mmRALS含量对冲击功的影响含量对冲击功的影响KF8厚度14mm2mmV形缺口实物尺寸试样S含量控制到0.01以下时，冲击性能明显提高改善L、C方向的压下比，可以显著改善C方向的冲击性能RALS含量对冲击性能的影响含量对冲击性能的影响KF11TS:550-650MPa2mm，V形缺口，实物尺寸试样RAL纵横方向压下比对冲击性能影响纵横方向压下比对冲击性能影响KF9厚度915mmTS:550-650MPaRALKF10纵横方向压下比对冲击性能影响纵横方向压下比对冲击性能影响厚度：12mm成分： 0.17C-0.13%Si-1.12

46、%Mn- 0.2Cu-0.2%Cr-0.019%Nb改变横轧比实际上是将MnS夹杂物向各个不同的延伸方向分配，从而将S所决定的各方向的延展性向L，C方向分配。RAL变形对变形对CCT曲线的影响曲线的影响KF26RAL3.1 中厚板中厚板 控轧控冷的特点控轧控冷的特点 3.2 控制冷却的关键技术控制冷却的关键技术 横向温度均匀性控制横向温度均匀性控制 纵向温度均匀性控制纵向温度均匀性控制 上下表面温度均匀性控制上下表面温度均匀性控制3.3 控制冷却装置及其布置控制冷却装置及其布置3 中厚板中厚板 TMCP的特点和关键技术的特点和关键技术RAL3.1 中厚板中厚板 控轧控冷的特点控轧控冷的特点 厚

47、度大，表面与中心温差大，对模型精度的要求高厚度大，表面与中心温差大，对模型精度的要求高 厚度大，内部热量传到表面需要时间，提高冷却速度困难厚度大，内部热量传到表面需要时间，提高冷却速度困难 宽度大，横向均匀性要求高宽度大，横向均匀性要求高 上下表面冷却条件不对称，导致上下面性能不对称，瓢曲上下表面冷却条件不对称，导致上下面性能不对称，瓢曲 轧件短，头尾占长度的比例大，对头尾的控制要求高轧件短，头尾占长度的比例大，对头尾的控制要求高 无张力，容易瓢曲无张力，容易瓢曲RAL核心问题：核心问题： 1 钢板冷却均匀性控制钢板冷却均匀性控制 * 纵向温度均匀性纵向温度均匀性 （头尾、梯形冷却、（头尾、梯

48、形冷却、U型冷却）型冷却） * 横向温度均匀性横向温度均匀性（遮蔽、凸度控制）（遮蔽、凸度控制） * 上下表面温度均匀性上下表面温度均匀性（水量配比、可调）（水量配比、可调） 2 提高冷却效率提高冷却效率 * 冷却装置的参数设计冷却装置的参数设计 （阀门响应性、压力、流速、水量）（阀门响应性、压力、流速、水量） 3.2 中厚板中厚板 控轧控冷的关键技术控轧控冷的关键技术RAL3.2 长度方向的冷却的均匀性长度方向的冷却的均匀性时间开 关头尾冷却部分尾遮蔽头遮蔽喷射冷却点RAL3.2 头尾部水量控制头尾部水量控制供水管路三通阀溢流阀回水管路分流管路喷嘴钢板RAL控冷装置的阀门控制控冷装置的阀门控

49、制双薄膜快速开闭气动阀电动调节阀手动调节阀流量调节范围： 25 100（水幕） 15% 100（高密直集管）RAL3.2 加速运动和温度梯度的消除加速运动和温度梯度的消除VtTtVtTt头580尾520恒速加速RAL3.2 横向均匀性横向均匀性边部遮蔽及凸型水量边部遮蔽及凸型水量凸型水量分布凸型水量分布边部遮蔽边部遮蔽(3000以上的宽板效果明显以上的宽板效果明显)RAL形成水量凸度由前馈和自适应控制遮蔽宽度3.2 横向均匀性横向均匀性边部遮蔽及凸型水量边部遮蔽及凸型水量RAL3.3 CLC系统上下面流量控制系统上下面流量控制RAL3.3 上下面流量控制上下面流量控制下冷却系统流量上冷却系统流

50、量流量比1:2.5流量比1:1.5最大流量最小流量RAL3.3 冷却强度和表面与芯部的冷却不均匀性冷却强度和表面与芯部的冷却不均匀性芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度过高RAL3.3 冷却强度和表面与芯部的冷却不均匀性冷却强度和表面与芯部的冷却不均匀性芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度适宜芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度过低RAL方式方式喷射喷射冷却能力差管式层流管式层流冷却能力较强水幕层流水幕层流冷却能力强，结构简单气雾式冷却气雾式冷却冷却范围宽，结构复杂喷射喷射气雾气雾水幕层流水幕层流管式层流管式层流3.4 控制冷却装置控制冷却装置冷却方式冷却方式RAL1.钢板钢板2.

51、上喷上喷3.下喷下喷 4.手动蝶阀手动蝶阀 5. 流量调节阀流量调节阀6.气动薄膜阀气动薄膜阀7.冷却过滤器冷却过滤器8.蓄水池蓄水池9.新水新水10.供水泵供水泵 11.高位水箱高位水箱12.回水管回水管1324679810121154543.4 控制冷却装置控制冷却装置单水箱供水系统单水箱供水系统RAL1324679810121154543.4 控制冷却装置控制冷却装置双水箱供水系统双水箱供水系统RAL系统布置简图系统布置简图高位水箱输水管RALU形管喷头的结构形管喷头的结构3.4 控制冷却装置管式层流控制冷却装置管式层流 直管式层流喷头的结构直管式层流喷头的结构直管式层流冷却装置的优点：

52、直管式层流冷却装置的优点：1 容易制作；容易制作；2 不易堵塞；容易通堵不易堵塞；容易通堵RAL定位孔板定位孔板水水 枕枕层流管层流管层流管层流管进水管进水管阻尼孔阻尼孔溢流孔溢流孔正视图正视图横截面视图横截面视图高密度直集管原理图高密度直集管原理图RAL控制冷却的数学模型控制冷却的数学模型中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL4.1 数学模型数学模型 基本方程基本方程 边界条件边界条件 热传导系数热传导系数4.2 自动控制自动控制 控制策略控制策略 控制方式控制方式 控制系统构成控制系统构成4 数学模型与自动控制数学模型与自动控制 RAL T-温度温度 t-时

53、间时间 q-内热源强度内热源强度 x，y，z-坐坐标标-导温系数导温系数 c/ k -密度密度 c-比热比热 k-导热系数导热系数tT1qzTyTxT2222224.1 数学模型数学模型 热传导方程热传导方程轧件内部热传导轧件内部热传导过程的控制方程过程的控制方程RAL 这里这里：Tt，Tt-t分别为分别为t，t-t时刻的温度场时刻的温度场 KT温度刚度矩阵温度刚度矩阵 K3变温矩阵变温矩阵 p与内热源有关的常数项与内热源有关的常数项利用上式，可以由利用上式，可以由t-t时刻的温度场求出时刻的温度场求出t时刻的温度场时刻的温度场4.14.1数学模型数学模型-有限元求解公式有限元求解公式 )13

54、3pTKTKtKtttTRAL1 对称面对称面假设几何对称面的两侧温度分布也对称，即在对称面上没有热量交换，假设几何对称面的两侧温度分布也对称，即在对称面上没有热量交换，故为绝热边界条件故为绝热边界条件 Q=04.14.1数学模型数学模型温度场边界条件BAABRAL2 自由表面自由表面通过辐射与对流与外界进行热交换，放热系数分别为通过辐射与对流与外界进行热交换，放热系数分别为 hr， hc 辐射：辐射：hrA( T4- )4.14.1数学模型数学模型温度场边界条件4T对流：对流：Qc= hc A ( T - T w ) hc与冷却介质、表面、温度等有关与冷却介质、表面、温度等有关AABRAL4

55、.14.1数学模型数学模型温度场求解实例温度场求解实例yT zyxABCDB1超薄单元板坯侧表面板厚中心板宽中心轧辊表面接触表面RAL4.14.1数学模型热交换系数数学模型热交换系数热交换系数表征钢材和周围介质的热交换的强弱，依赖于表面温度热交换系数表征钢材和周围介质的热交换的强弱，依赖于表面温度和水量，是确定冷却规程的最重要的参数之一。热交换系数强烈的和水量，是确定冷却规程的最重要的参数之一。热交换系数强烈的依赖于带钢表面的温度和水量密度，同时与水温、控冷装置的结构依赖于带钢表面的温度和水量密度，同时与水温、控冷装置的结构参数有密切的关系。参数有密切的关系。对于水幕层流冷却，在同样的水流密度

56、的情况下，其冷却能力是管对于水幕层流冷却，在同样的水流密度的情况下，其冷却能力是管式层流的式层流的1.32倍。倍。对于管式层流冷却，热交换系数可以表示为：对于管式层流冷却，热交换系数可以表示为：645. 0clwsu355. 05wppDTlog15. 150. 2TTw1072. 9hwRAL热交换系数和钢板表面温度、水流速热交换系数和钢板表面温度、水流速 率和水温的关系率和水温的关系4.14.1数学模型热交换系数数学模型热交换系数RAL空冷温降模型侧喷（SIDESPRAY）温降模型层流水冷（BANK LAMINOR）温降模型4.1 数学模型数学模型应用模型应用模型RALairairbHFa

57、BPCBAX2KKFDTRTIMEHFAXCTair3311000/31B轧件热幅射系数； aair空冷回归系数；bair空冷回归系数；HF板厚，mm；STEFAN BOLTZMAN常数； Cp平均比热 ，kJ/kgC； 比重，kg/m3；CTair空冷温降量，C； TIME空冷时间；FDTR精轧出口温度，C；K绝对温度换算值。式中：空冷温降模型空冷温降模型RAL侧喷温降模型侧喷温降模型HFCVQKXLTpSDSS36001000式中： TS侧喷温降量，C； LSD侧喷喷射幅，m； KX侧喷个数； QS侧喷热流密度，kJ/m2h。RAL层流水冷温降模型层流水冷温降模型HFCVQXLTpbnk3

58、6001000 式中： Lbnk层流冷却区长度，m； QX上下喷嘴总热流密度（QX=Q+Q），kJ/m2h；RAL3020)7371. 51 (fVENNaCTWffQ式中： Q层冷上半部分喷嘴的热流密度，kJ/m2h； f0热流密度系数，kJ/m2h ； f2上部喷嘴热流密度修正系数； CTW水温修正系数； a前面喷嘴喷水状况修正值； N上面部分的计算对象的组数（集管）； N0上面部分的实际的组数（集管）； f3压力修正系数（1：通常压力 ，0.5：1/2压力）。上部喷嘴热流密度模型上部喷嘴热流密度模型RAL020NNaCTWffQ式中： f2下部喷嘴的热流密度修正系数； a下面部分的前面喷

59、嘴喷水状况修正值； N下面部分的计算对象的组数（集管）； N0下面部分的实际组数（集管）；下部喷嘴热流密度模型下部喷嘴热流密度模型RAL)(08765VLLCCTFDTRCVCTCWCTCFDTRCWFCHFCCff4321010式中： f1基本热流密度系数.(学习系数)； C0C8基本热流密度修正系数； WF带钢宽度，mm； CT卷取温度，C； V带钢速度，m/s； LL0 FDTCT之间的距离，m；热流密度系数模型热流密度系数模型RAL比热数学模型比热数学模型CTFDTRRGCTRGFDTCp式中： Cp平均比热，kJ/kgC； RGFDTFDT的含热量，kJ/kgC； RGCTCT的含热

60、量，kJ/kgC； 1) 1(1212 RGRTFDTRRTRTRGRGRGFDT RAL控制冷却过程自动化控制冷却过程自动化过程跟踪过程跟踪v 启动冷却过程预计算、再计算、后计算启动冷却过程预计算、再计算、后计算v 启动侧喷装置启动侧喷装置v 启动端部吹扫装置启动端部吹扫装置v 启动辊道启动辊道v 启动相应喷水集管启动相应喷水集管冷却过程设定：冷却过程设定：v 喷嘴流量设定喷嘴流量设定v ON喷嘴数量设定喷嘴数量设定v 辊道速度设定辊道速度设定v 控冷宽度设定控冷宽度设定RAL自适应v辊道速度自适应v阀门流量自适应数据存储：vPDI数据存储v模型参数存储v自适应参数存储v层别数据存储控制冷却