材料加工组织性能控制（第十章PPT课件

1、（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围即部分再结晶区温度范围、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：第1页/共81页（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% 。第2页/共81页控制冷却工艺设计（已讲过，略）10

2、.2控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用热轧带钢的控制轧制和控制冷却5个步骤：1)加热中，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。 第3页/共81页图10-1 热轧带钢机组中的控制轧制参数和作用 第4页/共81页图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第5页/共81页 控制轧制进一步改进的工艺： 1)板坯加热

3、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。第6页/共81页对测量技术装置各工艺步骤的可控性要求：1)提高轧机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。第7页/共81页中厚板的控制轧制及控制冷却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：第8页/共81页（2） 双机架中厚板轧机的控制轧制工艺

4、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：第9页/共81页控制轧制工艺：（a）粗轧终了温度： 道次压下率： 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。第10页/共81页热轧双相钢的控制轧制和控制冷却双相钢的组织形貌、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

5、奥氏体或铁素体和奥氏体构成的双相不锈钢。第11页/共81页影响双相钢性能的组织因素：马氏体的成分和体积分数、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。第12页/共81页双相钢应力-应变曲线第13页/共81页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”。第14页/共81页（2）

6、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。第15页/共81页中温卷取型：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： 第16页/共81页中温卷曲冷却工艺第17页/共81页（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第18页/共81页

7、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第19页/共81页10.3 连铸连轧理论与应用五种典型工艺图工艺1：连铸坯直送轧制工艺(Continuous castin-Hot direct rolling，即CCHDR)。特点：第20页/共81页工 艺 2 ： “ 热 送 轧 制 ” 工 艺(HotChargeRolling，简称HCR)。特点：工艺3：特点： 第21页/共81页工艺4：特点：工艺5：“冷装炉”轧制工艺(即ColdCharge-Rolling，简称CCR)。第22页/共81页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

8、艺设备布置简图第23页/共81页（2）低碳钢薄板坯连铸连轧的铸态组织第24页/共81页（3）薄板坯在结晶器内的冷却速度远远大于传统的板坯与方坯的冷却速度。（4）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第25页/共81页（5）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 。第26页/共81页（6）第二相粒子析出行为不同（7）半无头轧制（8）铁素体区轧制第27页/共81页薄板坯连铸连工艺与设备参数分析（1）薄板坯厚

9、度的选择表10.2 薄、中、厚板坯3种连铸工艺的特性连铸工艺薄板坯连铸中板坯连铸厚板坯连铸铸坯厚度/mm结晶器类型铸速/mmin-1轧制线主要设备品种质量投资40-70漏斗型高，最大6.0精轧（4-6机架）以低碳钢为主较低（表面质量较差）小90-150平行板型中，最大5.0粗轧1-2机架+卷取精轧4-6机架与传统工艺相当与传统工艺相当中200-300平行板型低，最大2.5粗轧1-3机架，精轧7机架多高大第28页/共81页1）不同工艺与产品厚度关系2）产品规格的市场需求3）设备与产品花色的关系（2）压缩比（3） 连铸坯的加热1)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

10、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：第29页/共81页 图10-16 薄板坯连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带卷的平均值第30页/共81页2)感应加热ISP技术(Inline Strip Production)：在加热炉中采用排列在辊道上的一组感应线圈进行感应加热。在长为1820m的炉中，大约每米设置一个感应线圈，改变线圈中电流的强度可以控制加热速度，而改变电流的频率，则可以调节对钢坯的加热深度。最大加热效率达到70，带坯感应加热温升可达到1050l100C，有非

11、常灵活的控制加热和均热段。 第31页/共81页（4） 轧件宽度的在线调整在线调宽自动控制AWC(Automatic Width Control)；液压宽度自动控制HAWC(Hydraulic Automatic WidthControl)立式轧机。（5）无相变加热对产品组织的影响影响：1）；2）；3）第32页/共81页（6）半无头轧制半无头轧制工艺：作用：1)有利于生产超薄带钢和宽而薄的带钢，拓宽产品大纲；2)稳定轧制条件以利于产品质量；3)消除了与穿带和甩尾的麻烦；4)显著提高了轧机的作业率和金属收得率。第33页/共81页（7）铁素体轧制传统热轧工艺：精轧温度在Ar3以上 ，不可进入两相区轧

12、制，否则，带来如下问题：1）带材的跑偏和板形缺陷；2）。引起带钢机械性能不均匀和最终产品的厚度波动 。铁素体轧制优点：1）轧制力低；2）减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损，提高了带钢表面质量；3）降低了输出辊道上冷却水的消耗。第34页/共81页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。第35页/共81页（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。第36

13、页/共81页（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0.8-1.2mm。第37页/共81页(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。第38页/共81页（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。第39页/共81页（5）单流单机座炉卷轧机(TS

14、P)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 。第40页/共81页（6）无头连铸连轧(ECR)工艺生产线的理想配置第41页/共81页热带性能与精度(1) 性能第42页/共81页性能差异的原因：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。第43页/共81页(2) 带钢厚度和板形精度第44页/共81页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。

15、 （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；精轧。（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；中 轧、精轧。第45页/共81页 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）第46页/共81页低温轧制目的：技术要点：加热温度和粗轧工序。中轧机组与精轧机组。轧件的冷却强度必须在计算机控制下完成。第47页/共81页（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

16、型控制轧制或两相区控制轧制，统称为低温精轧工艺。第48页/共81页应注意的问题：（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-表面温度第49页/共81页（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钢种温度范围 未再结晶轧制两相区轧制低碳钢880920800850中碳钢860900800850高碳钢850900750800齿轮钢850900780850冷镦钢850900780850轴承钢850900 第50页/共81页 巴西AFP厂低温精轧工艺的温度

17、范围第51页/共81页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)第52页/共81页（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。第53页/共81页晶粒度的差别不到1级，而且不存在粗大晶粒。图10-24三辊减定径机组上控制轧制后的组织第54页/共81页控制冷却在小型棒材生产中的应用在线热处理：优点：棒材表面淬火及自回火工艺，“QTB (Quenched and Te

18、mpered Bar) ”或“QTR (Quenched and Tempered Rod) ”定义：优点：第55页/共81页工艺过程：(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曲线的关系第56页/共81页(3) 最终冷却阶段：冷床上完成。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。 回火马氏体的性能取决于：棒材化学成分和回火温度。 第57页/共81页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

19、变形量的影响：（4）冷却工艺条件的影响： 未再结晶：延长时间，可能发生部分再结晶。 完全再结晶：应尽量缩短这一段时间。第58页/共81页自回火温度：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。自回火温度不能反映淬火层厚度但直接与产品的屈服强度有关。图10-26 回火温度对轧后余热处理力学性能的影响第59页/共81页（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，心部是珠光体加铁素体，并有明显的索氏体、珠光体和铁素体的过渡层。 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。

20、 第60页/共81页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成分温 度/直径/mm冷却条件力学性能C:0.2%，Mn:1.2%44026冷却时间1.20s水流量：950m3/hs705Mpa,b790Mpa, 517.5%C:0.3%，Mn:1.5%，Cr:0.17%350s675Mpa,b870Mpa, 518.5% Mn、Mo、Cr： V、Nb：第61页/共81页图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%Mo2-钢种II：0.05%Cr；0.06%Ni；0

21、.02%MoC当量=C+1/6Si+1/5Mn第62页/共81页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-文氏管元件第63页/共81页 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，

22、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。第64页/共81页（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， 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-精轧后水箱第65页/共81页（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

23、机; 6-定径机后水箱第66页/共81页（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-精轧后水箱第67页/共81页（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。第68页/共81页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

24、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。 第69页/共81页基本方法： （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。第70页/共81页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%C的中碳钢，通常用于冷变形制造紧固件。 冷却工艺：较慢的冷却速度，具有低的抗拉强度，有利于简化甚至省略冷变形前的初次退火或冷变形中的中间退火。第71页/共81页 3）0.350.55%C的碳素钢要求：冷却工艺：要采用大的风冷量和高的运输速度，快速经过Ar3