控轧控冷工艺的技术研究及应用资料

1、控轧控冷工艺的技术研究及应用 学校： 沈阳工业大学 院系： 专业： 材料成型及控制工程 姓名： 李文华 学号： 控轧控冷工艺的技术研究及应用李文华【摘 要】介绍了控轧控冷的机理，控制轧制的优缺点。控制轧制与传统轧制的比较；由于各种钢种以及用户对产品性能的要求越来越高，使得控制轧制应用的必要性逐渐增大。高速线材轧制中应用的主要是控制冷却工艺，该技术的核心是通过对加热温度控制、轧前水冷、精轧机内水冷、精轧机组后水冷、风冷线温控等参数实现控制轧制。由于线材的轧制速度相比其它都较高，在生产中产生的变形热也相对较高，实现控制冷却尤为重要，控制加热温度，在轧制的道次间使用间断冷却，保证产品的综合性能（抗拉

2、强度，硬度等等）。 在板带材中应用的控制轧制技术的核心是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数, 改善钢材的强度、韧性、焊接性能。【关键词】控轧控冷；机理；特点；必要性；工艺参数；扩展应用高速线 材；加热温度；控轧控冷Abstract: Describes the mechanism of controlled rolling and cooling to control the rolling of the advantages and disadvantages. Controlled rolling compared with the traditional roll

3、ing; because of various steel and users are increasingly demanding high performance, making the need for the application of controlled rolling increases. Application of high-speed wire rod rolling is mainly controlled cooling process, the technology is the core temperature control by heating, coolin

4、g before rolling and finishing mill in water-cooled, water cooled after finishing mill, cooling line temperature and other parameters to achieve controlled rolling .As compared to the other wire of the rolling speed is high,the deformation generated in the pooduction of heat is relatively high,the c

5、ooling is particularly important to achieve control,control heating temperature,the rolling is particularly important to achieve control,control heating temperture,the rolling of the use of intermittent cooling between passes,to ensure that the intergrated product properties (tensile strength, hardn

6、ess, etc.). In the application of plate and strip rolling technology is the core of the control during rolling by controlling the heating temperature, the rolling process, the cooling conditions, process parameters, to improve the steel's strength, toughness, weldability.Keywords: mechanism,char

7、acteristics,necessity,process parameters,extension using the high speed wire rod, heating temperature,controlled rolling and cooling引言控制轧制（C-R）和控制冷却（C-C）技术的研究始于1890年二次世界大战的德国，当时科研人员对钢铁产品的加热工条件、材质及显微金相组织之间的关系进行了非系统的零散研究。1. 控制轧制的概述1.1控轧控冷的定义1 控制轧制：是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织

8、状态，从而达到控制钢材组织性能的目的 2 控制冷却：是通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制奥氏体组织状态控制相变条件、控制碳化物析出行为、控制相变后钢的组织和性能。 3 TMCP：控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。1.1.1 控制轧制与普通轧制的比较 与普通生产工艺相比，通过控轧控冷生产工艺可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约4060MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。1.2 钢板和

9、带钢控制轧制工艺的种类和特点1.2.1 控制轧制的种类：中厚钢板的普通热轧工艺是指坯料的加热温度一般高于1200，出炉后在高温区不间断地轧制到成品厚度，中轧温度偏高，多在950以上，变形制度不严格控制，轧后一般采用空冷，因而获得比较粗大的铁素体和珠光体组织，钢的力学性能偏低，特别是低温韧性很难达到要求。 根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同，将控制轧制分为三个阶段，即在奥氏体再结晶温度区的控制轧制称为奥氏体再结晶型控制轧制；在奥氏体未在结晶温度区的控制轧制称为奥氏体未在结晶型控制轧制；在奥氏体和铁素体（A+F）两相温度区的控制轧制叫两相区控制轧制中厚板和板带钢热轧时，几可以采用单一

10、类型的控制轧制工艺，也可以采用两种或三种类型相配合的控制轧制工艺。1.2.2控制轧制的特点1控制轧制优点： 1）可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。 2）可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。 2 控制轧制工艺的缺点： 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。 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。 3 控制冷却工艺的优点 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。 2）

11、可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织。轧后控制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。 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。 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。2控轧控冷的基本原理以及必要性 2.1控轧控冷的基本原理 控制轧制的机理简单可以描述为： 1） 变形奥氏体晶粒被拉长 2）形成大量变形带、孪晶和位错 3）增加形核点，相变后细化晶粒2.2控制轧制的必要性

12、2.2.1用户对产品性能的要求产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能等） 决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数等） 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 2.2.2控制轧制对新产品开发对的必要性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 高级别船板 高强度工程机械用钢 抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出） 新一代钢铁材料：超级钢要求：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(973)，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 经过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批

13、量生产 工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度 效果：Q235屈服强度>400MPa， 抗拉强度>510MPa 延伸率>28，宽冷弯合格，晶粒尺寸：3.9微米 超级钢实验情况：Super-SS400 宝钢首批试制200吨，为一汽供货 投料冲压作发动机前置横梁4000件，成品率100 2001年千吨级供货，2002年万吨级； 500MPa级超级钢研究工作已经取得良好进展；预期效果： 第一步:通过控轧控冷，节省合金元素，降成本(200元/吨) 第二步:减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗 第三步:改进车型设计，远景：3升车（宝钢参加国际行动）通过新钢种新产品的简单介绍，SS

14、400的各种屈服强度，抗拉强度，晶格的细度，延伸率，以及对成本的要求和各种优势都进一步说明了控制轧制对新产品的必要性。2.2.3为什么热轧线材轧后需要采用控制冷却工艺不同钢种的线材热轧生产过程中，根据其组织和性能的要求，必须从轧后的高温状态以不同的冷却速度冷却到常温状态。线材的终轧温度和轧后的冷却速度决定了线材的组织、力学性能及表面氧化铁皮数量，因而对产品质量有着极其重要的影响。所以，线材轧后采用什么样的冷却速度，是热轧线材生产过程中产品质量控制的关键环节之一。线材轧后的冷却方法基本分为两大类：一类是自然冷却；另一类是控制冷却。在老式的线材轧机上，由于轧制速度低，而且线卷盘重不大，所以热轧后的

15、盘卷多采用钩式或板链式运输机在自然环境中进行自然冷却。尽管这种冷却方式的冷却速度慢，但因盘重小、温度低，所以对整个线材盘卷的组织和性能影响不算太大，但是，无法通过控制轧后的冷却速度调整其组织和性能。 随着线材轧机的结构、布置的发展和变化，特别是在全连续式线材生产条件下，线材的终轧速度和终轧温度不断提高，盘重不断加大。现代化的高速线材轧机的终轧速度高，终轧温度高，盘重也越来越重.。在这种情况下，如再采用自然冷却方式，将使线材的冷却时间加长，加剧盘卷内外温差，导致冷却极不均匀，引起金相组织和性能不均，而且表面氧化铁皮过厚。对于碳含量较高的线材来说，容易引起二次脱碳。这些不良影响随着终轧温度的提高和

16、盘重的增加而愈加显著。而合理地控制线材轧后的冷却速度并使冷却均匀，能有效地减轻或消除这些影响。因此，对于连续式线材轧机、尤其是高速线材轧机，为了克服上述缺陷，提高线材质量，采用热轧后的控制冷却工艺是必不可少的。3控轧控冷的应用3.1 控轧控冷在板带钢中的应用控轧控冷在板带材中用的控轧控冷的工艺类型及相对应用的钢种： 在结晶控制轧制法 此方法通常应用的钢种是低碳矾钛氮钢，含铌中高碳钢 未再结晶控制轧制法 此方法通常应用的钢种是低碳硅锰钢，20g钢，低碳锰铌钢 (+)两相区控轧法 此方法通常应用的钢种是低碳锰铌钢，低碳锰铌钒钢 控制轧制+控制冷却 此方法通常应用的钢种是低碳锰铌钢，低碳钛钢，A2F

17、钢，20g钢，含铬钼热轧双相钢3.2控轧控冷在线棒材中的应用高速线材轧机的控制冷却技术，也称在线热处理，是直接关系到产品力学性能及其均匀性的关键工艺。采用轧后控制冷却技术增加了产品的附加值。同时实现了生产节能。在我国新建的高速线材车间得到了广泛的采用。 1 现代高速线材车间轧后控制冷却技术包括两部分: 1)精轧机至吐丝机间的喷水冷却(也称一次水冷)； 2)吐丝机至集卷站间的散卷吹风冷却(也称二次风冷)。 2 高速线材的轧后控制冷却技术的主要目的: 1)通过控制冷却生产的线材，可使表面一次氧化铁皮大大减少，节约金属。 2)简化一次加工工艺，节约能源。经控制冷却生产的线材，在一次加工中，几乎可以取

18、消拉拔前的退火和铅浴淬火工艺。 3)由于表面氧化铁皮薄，而且为易于清除的Feo，因此在一次加工时，酸洗时间可以减少一半左右，大大降低了酸洗过程中酸的消耗量。 4)经过控制冷却的线材金属组织中细粒状珠光体和索氏体占大部分，从而使线材易于拉拔，断面收缩率可提高到80%一90%以上，5.5 mm线材可一次拉拔到2.0 mm以下。同时，由于整个盘卷在性能上均匀一致，保证了拉拔机能够用较高的速度操作，由于这些原因可使拉拔费用降低20%左右。 5)通过控制冷却，可以获得所要求的金相组织结构和机械性能，线材通条机械性能均匀性好，其抗拉强度波动可以控制在30MPa以下。3.3控轧控冷在型材中的应用过去国外用于阿拉斯加的H型钢，490MPa级在-46时的冲击韧性值大于等于34焦耳，平均值最小大于等于30焦耳。而新日铁开发的指标为-46时，平均值最小大于等于44焦耳，平均值大于等于54焦耳。 为了达到这一性能，新日铁采取了如下H型钢控制轧制法： 1） 控制刚钢的成分，根据规格的不同选用不同的成分，并且加入为合金元素； 2）低温加热在950以下，未在结晶区轧制时，累积变形量大于50%，以提高钢材的韧性 参