控轧控冷应用

1、1.4 控轧控冷的应用主讲：王庆娟v控制轧制的优点如下：v（1）可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。v（2）可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。v控制轧制工艺的缺点：v（1）要求较低的轧制变形温度和一定的道次压下率，因此增大了轧制负荷。v（2）由于要求较低的终轧温度，大规格产品需要在轧制道次之间待温，降低轧机生产率。v控制冷却工艺的优点v（1）节约能耗、降低生产成本。利用轧后钢材余热，给予一定的冷却速度控制其相变过程，从而可以取代轧后正火处理和淬火加回火处理，节省了二次加热的能耗，减少了工序，缩短了生产周期，从而降低了生产成本。v（2）可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织。轧后控制

2、冷却能够降低奥氏体相变温度，对同一晶粒度级别的奥氏体，低温相变后会使，晶粒明显细化，使珠光体片层间隔明显变薄。v（3）可以降低钢的碳当量。采用轧后控制冷却工艺有可能减少钢中的碳含量及合金元素加入量，达到降低碳当量的效果。v（4）道次间控制冷却可以减少待温时间，提高轧机小时产量。在道次间采用控制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。v控制轧制、控制冷却工艺参数控制特点v（1）控制钢坯加热温度。根据对钢材性能的要求来确定钢坯加热温度，对于要求强度高而韧性可以稍差的微合金钢，加热温度可以高于1200，对以韧性为主要性能指标的钢材，则必须控制其加热温度在1150 以下。v（2）控

3、制最后几个轧制道次的轧制温度。一般要求终轧道次的轧制温度接近Ar3温度，有时也将终轧温度控制在（A+F）两相区内。v（3）要求在奥氏体未再结晶区域内给予足够的变形量。对于微合金钢要求在900950 以下的总变形量大于50%，对于普通碳钢通过多道次变形累积达到奥氏体发生再结晶。v（4）要求控制轧后的钢材冷却速度、开始快冷温度、快冷终了温度或卷取温度，以便保证获得必要的显微组织。提高控轧、控冷钢材强韧性的因素提高控轧、控冷钢材强韧性的因素控制轧制、控制冷却技术在工业中的应用控制轧制、控制冷却技术在工业中的应用1.线、 棒材控制轧制技术v控温轧制有如下两种变形制度：vA二段变形制度v粗轧在奥氏体再结

4、晶区轧制， 通过反复变形及再结晶细化奥氏体晶粒； 中轧及精轧在950以下轧制， 是在 相的未再结晶区变形， 其累计变形量为60%70%， 在Ar3附近终轧， 可以得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒， 相变以后能得到细小的铁素体晶粒。vB 三段变形制度v粗轧在 再结晶区轧制， 中轧在950以下的 未再结晶区轧制， 变形量为70%， 精轧在Ar3与Ar1(之间的双相区轧制。这样得到细小的铁素体晶粒及具有变形带的未再结晶奥氏体晶粒， 相变后得到细小的铁素体晶粒并有亚结构及位错。为了实现各段变形，必须严格控制各段温度， 在加热时温度不要过高， 避免奥氏体晶粒长大， 并避免在部分再结晶区中轧制形成混

5、晶组织， 破坏钢的韧性。v一般采用降低开轧温度的办法来保证对温度的有效控制。根据几个生产厂应用控温轧制的经验， 高碳钢 （或低合金钢） 、 低碳钢的粗轧开轧温度分别为900、850， 精轧机组入口轧件温度分别为925、870， 出口轧件温度分别为900、850。在设计上， 低碳钢可在800进入精轧机组精轧， 常规轧制方案也可在较低温度下轧制中低碳钢材， 以促使晶粒细化。v中轧机组前加水冷箱可保证精轧温度控制在900、， 而在精轧机处轧制温度为700750， 压下量为3545%， 以实现三阶段轧制。v如能在无扭精轧机入口处将钢温控制在950、以下， 粗、 中轧可考虑在再结晶区轧制， 这样可降低对

6、设备强度的要求。v日本有的厂将轧件温度冷却至 650、进入无扭精轧机组轧制， 再经斯太尔摩冷却线，这样可得到退化珠光体组织， 到球化退火时， 退火时间可缩短 1/2。2 控制冷却工艺参数设计v一、终轧温度的设定v1） 高碳钢、 低合金高强度钢以及冷镦钢之类线材的终轧温度v对于强度和韧性要求较严格线材，要求奥氏体晶粒细化 （粗晶粒冲击韧性差） 、 脱层薄， 所以它们的终轧温度不能过高， 一般应控制在930-980 。v2） 低碳软钢、 碳素焊条钢线材的终轧温度v对强度性能要求不高， 主要用于拉拔铁丝、 制钉等用途的由于含碳量低， 奥氏体化温度高， 所以终轧温度应相应高一些， 一般可设定在980-

7、1050 。v3） 轴承钢线材的终轧温度v对于轴承钢， 为了避免网状碳化物形成， 在轧机能力许可的情况下， 应该使终轧温度可能低于900 。如不能达到， 则需在轧后快冷至 650左右保温。v4） 奥氏体-铁素体型不锈钢线材的终轧温度v对某些奥氏体-铁素体型不锈钢， 为了让碳化物充分溶解， 以便在后续冷却中得到固溶处理的效果， 必须进行高温终轧。终轧温度一般不低于 1050 。终轧温度的控制可通过增加或减少精轧机机架间水冷量和精轧机前水箱水量来实现。v热轧后控制冷却工艺包括三个不同的冷却阶段，一般把从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3的冷却称为一次冷却，把随后至奥氏体相变完成的整个过

8、程的冷却称为二次冷却把奥氏体相变完了至室温的冷却称为三次冷却(空冷)。三个冷却阶段的目的和要求是不同的。v 一次冷却的目的是控制热变形后的奥氏体状态阻止奥氏体晶粒长大，固定由于变形而引起的位错，加大过冷度，降低相变温度，为相变做组织上的准备。相变前的组织状态直接影响相变机制和相变产物的形态、大小和钢材性能。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度，细化奥氏体效果越好。v 二次冷却在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止温度等，以保证得到所需金相组织与钢材性能。不同钢种根据组织性能的要求选择不同的冷却速度。低碳钢、低合金钢、微合金钢轧后快冷，可以得到铁素体和细珠光体及弥散的碳化物；高碳钢、高

9、碳合金钢轧后快冷，能减小珠光体片层间距；冷撤钢、轴承钢缓冷，等温转变可以得到变态珠光体、球状或半球状碳化物，节约用户热处理球化退火时间。v 三次冷却或空冷，相变结束后采用空冷，固溶在铁素体中的过饱和破化物随温度降低在不断弥散析出，便其沉淀强化。v 高线控制轧制技术的目的是减少脱碳，控制晶粒尺寸，控制显微组织与性能，控制氧化铁皮，节约或取消热处理。v控制上一般采用两段或三段变形制度，由于高线孔型系统一定，因此变形量调整不大，主要靠温度控制来改善变形奥氏体的组织状态，提高钢材性能，在设计上采用低温开轧、精轧前后水箱水冷来实现。一般粗轧在奥氏体再结晶区变形细化晶粒，中轧或精轧在950以下轧制，在相末

10、再结晶区变形；或中轧在950以下轧制，在相未再结晶区变形精轧在Ar3与Ar1两相区轧制。 v不同产品因钢种、成分及最终用途的不同要求不同的冷却速度，以此来控制转变时间、相交组织状态。冷却方法主要有两种类型：一类是采用水冷+运细机散卷风冷(或空冷)，典型工艺有斯太尔摩冷却工艺、阿希洛冷却工艺、施罗曼冷却工艺、达涅利冷却工艺等；另一类是水冷+其他介质或其他布卷方式冷却，如ED法、它是控制相变开始温度的关键参数。在斯太尔摩控冷工艺中， 一般根据钢种和用途的不同将吐丝温度控制在760-900。部分钢种选用下列吐丝温度：二、 吐丝温度的设定对低、 中碳钢为了提高强度， 应降低吐丝温度， 而对高碳钢， 则

11、要提高吐丝温度才能获得强度的增加。 对有些以强度为主的线材， 如建筑用钢筋， 为了提高其抗拉强度， 有意将吐丝温度设定得很低 （ 600以下） ， 让其表面形成马氏体， 然后在后续冷却中利用芯部余热进行自回火而得到回火马氏体。这样处理使线材抗拉强度大大提高。v相变区冷却速度决定着奥氏体的分解转变温度和时间， 也决定着线材的最终组织形态， 所以整个控冷工艺的核心问题就是如何控制相变区冷却速度。v对具有散卷风冷运输和这一类型的冷却工艺来说， 冷却速度的控制取决于运输机的速度、 风机状态和风量大小以及保温罩盖的开闭。v运输机速度是改变线圈在运输机上布放密度的一种工艺控制参数。通过改变运输机速度采改变

12、线圈布放密度， 从而控制线材的冷却速度， 这是散卷冷却运输机的主要功能。v一般说来， 在轧制速度、 吐丝温度以及冷却条件相同的情况下，运输机的速度越快，线圈布放得越稀， 散热速度越快， 因而冷却速度越快。但这种关系并非对全部速度范围都成立， 当运输机的速度快到一定值时， 冷却速度达到最大， 即使再增大运输机速度， 冷却速度也不再增加。这是因为运输机速度加快， 增加了线圈间距， 使线圈之间的相互热影响不断减小， 直至消失， 此时运输机速度增加， 不能提高冷却效果。相反， 运输机速度加快缩短了盘卷的风冷时间， 反而会降低冷却效果。v运输机速度的确定除了与钢种、 规格和性能要求有关之外， 还与轧制速

13、度有关。三、相变区的冷却速度控制v集卷温度主要取决于相变结束温度及其后的冷却过程。为了保证产品性能， 避免集卷后的高温氧化和 FeO 的分解转变以及改善劳动环境， 一般要求集卷温度在 250以下。有时由于受冷却条件的限制， 集卷温度可能会高一些， 但不应高于350。所以， 多数情况下要求集卷段鼓风冷却， 以降低集卷温度。四、集卷温度的确定v为了避免水箱水流对线材头部造成的阻力， 每根钢的头尾要有一段不水冷。头尾不冷段长度的设定主要取决于钢种和规格以及水冷段的长度。一般对于小规格线材要等到头部全部通过三段水冷箱到达夹送辊时才能通冷却。在尾部还未出水冷箱时就要从前到后每个水箱逐个断水不冷。对于中等

14、规格的软线线材， 一般是轧件头部到达下一水箱时， 前一水箱才开始通水， 尾部可全冷。对大规格线材， 由于轧制速度慢、 直径粗， 故可让其头部通过某一水箱后就对该水箱通水。但大规格线材， 尤其是大规格硬线， 不能对其尾部冷却， 否则尾部太硬不便于通过吐丝机成圈。五、头尾不冷段长度的设定3.合金元素的作用v在HRB400盘条生产中，钒、钒-氮、铌、钛微合金化成分在20Mnsi基础上分别增加0.04%-0.12%V、 0.02%-0.04%Nb ， 0.02%-0.05%Ti，强化机制主要为析出强化和细晶强化vHRB400盘条的组织是铁素体+珠光体钒、铌微合金元素在控轧控冷中的作用主要有：(1)加热

15、时抑制 奥氏体晶粒长大；(2)变形时抑制奥氏体再结晶；(3)相变时使铁素体晶粒细化；(4)相间或铁素体基体析出强化。v 钒的溶解度较大，热变形时一般处于固溶状态，对再结晶过程抑制较小，它的主要作用是奥氏体向铁素体转变时相间或铁素体基体析出强化细晶强化作用较小但是氮的加入在奥氏体中VN的溶解度与NbC相当，变形时诱导析出的VN能抑制奥氏体再结晶和阻止晶粒长大。v 铌的最突出的作用是抑制高温变形的再结晶，扩大了再结晶温度范围，微量的铌能起到显著的细晶强化效果和中等的析出强化效果。在非再结晶区累计变形能诱导相变获得超细铁素体晶粒合金元素在钢中的作用v A 加热阻止奥氏体长大v 随着加热温度的提高及保

16、温时间的延长，奥氏体晶粒变得粗大。微合金元素形成高度弥散的碳氮化合物小颗粒可以对奥氏体晶界起固定作用从而阻止奥氏体晶粒长大即提高了钢的粗化温度当Nb、Ti含量在0.10%时，可以提高奥氏体粗化温度到10501100，V在小于0.10% 时，阻止晶粒长大的作用不大在950 左右奥氏体晶粒就开始粗化。v B 抑制奥氏体再结晶抑制奥氏体再结晶v 微量元素对奥氏体再结晶的微量元素对奥氏体再结晶的作用是影响奥体再结晶的临界作用是影响奥体再结晶的临界变形量、再结晶温度、再结晶变形量、再结晶温度、再结晶速度以及再结晶的晶粒大小。速度以及再结晶的晶粒大小。关于微合金元素阻止再结晶的关于微合金元素阻止再结晶的机

17、理，但一般认为，在高温下机理，但一般认为，在高温下产生析出之前。微合金元素固产生析出之前。微合金元素固溶产生变形、位错与畸变的交溶产生变形、位错与畸变的交互作用，使得点阵常数发生变互作用，使得点阵常数发生变化，此时拖曳机制起主要作化，此时拖曳机制起主要作用而在相对低的温度下，变用而在相对低的温度下，变形诱导析出发生，析出粒子钉形诱导析出发生，析出粒子钉扎晶界移动变得重要扎晶界移动变得重要微合金元素对奥氏休再结晶的影响vC沉淀析出强化v 微合金元素的碳氮化物沉淀强化是微合金钢中最重要的强化方式之一，微合金碳氮化物的析出不仅可以产生析出强化而且还可以达到晶粒细化的目的。在热加工或延迟奥氏体在结晶时

18、应变诱导产生的析出会使奥氏体在冷却转变时形成极为细小的铁素体晶粒。v强化作用主要是通过微合金碳化物氮化物在转变时在铁素体中析出而产生的。这些在铁素体中析出的细小弥散的析出物不仅产生显著的强化效果、而且能够阻碍在转变中或转变后的铁素体晶粒长大，从而间接的细化晶粒。v细晶强化和沉淀强化在微合金化钢的强化机制中占主导地位。在这三大作用（固溶、细晶、沉淀）中，每种机理的强化程度又不同，Nb有最强的晶粒细化强化效果，而V具有最强的沉淀强化效果Ti介于上述两者之间；钢中微合金元素的碳氮化物溶解析出行为贯穿于物理冶金的方方面面。不同尺寸的析出粒子是机械热处理过程中的不同阶段形成的：(1)在高温区奥氏体中析出

19、的大颗粒；(2)在随后热轧过程小的未再结晶区析出的较小粒子(大于2050nm)；(3)高温铁素体区析出的细小粒子：(4)冷却过程中析出的非常细小的粒子（3-10nm)。应用实例v1)轧制1025mm一般棒材，开轧温度为1100，16架轧机轧出后经C1水冷器后轧件平均温度达到850 ，精轧后经过C4冷却后钢温降到650 左右。轧制2850mm圆钢第十架轧后经C1水冷器空冷，进入17、18精轧机，经过C4冷却。v2）轧制轧制14mm轴承钢，出炉温度为1100，16架轧机轧出后经C1水冷器后轧件进入17、18精轧机，使中轧温度880 左右。v3）利用轧制预热进行奥氏体不锈钢直接淬火，以抑制Cr-C化合物析出，精轧温度大约1050 ，经水冷淬火后钢温低于400 v4）小型控轧控冷，在精轧的最后两架之前传水冷，使温度降到850 以下，在最后两精轧机给以30%的变形量，轧后再穿水冷到650 以下，控制钢的组织。