现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术

1、现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术专业：材料成型及控制工程姓名：学号：38何应钦（材料成型及控制工程专业12）摘要: 近三十年以来，控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展，各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以利用，明显的改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为了节约能耗、简化生产工艺和开发钢材新品种创造了有力条件。目前国内外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。控制轧制和控制冷却工艺的开发与理论研究进一步揭示了热变形过程中变形和冷却工艺参数与钢材的组织变化、相关规律以及钢材性能之间的内在关系，充实和形成了钢材

2、热变形条件下的物理冶金工程理论，为制定合理的热轧生产工艺提供理论依据。 关键词:宽厚板厂，控制轧制，控制冷却Modern lenient plate factory controlled rolling and controlled cooling technology，（Material forming and control engineering） Abstract: For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtained the rapid development in for

3、eign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save energy consumption, simplify pr

4、oduction process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt controlled rolling and controlled cooling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high qualified steel plate. Controlled

5、 rolling and controlled cooling technology development and theory research of further reveals that the thermal deformation in the process of deformation and cooling process parameters and the change of the organization of the steel, the relevant laws and the internal relations between steel performa

6、nce, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process. Keywords: generous plate factory, controlled rolling and controlled cooling 1 前言在第二次世界大战期间，全焊接型船舶发生了脆性断裂事故，从而要求钢铁制造厂家改进工艺，改

7、善船板的低温韧性，以确保船舶的安全性。战后欧洲一些国家的宽厚板厂采用二阶段轧制工艺，以替代常规轧制和正火热处理组合工艺，生产出了造船用抗拉强度为400M Pa 级且具有良好韧性的船板，从而导致了控制轧制原始工艺的诞生。1958年美国研究人员发现，钢中添加微量的合金元素N b，在轧制状态下能明显提高钢的强度。但由于采用常规轧制, 含N b 钢的脆性转变温度升高，韧性恶化。进入60 年代，欧美等国的宽厚板厂对含N b 钢采用原始的控制轧制工艺生产出了管线用钢板。与此同时，英国钢铁协会开展了钢的显微组织与机械性能之间的定量关系、微量合金元素N b、V的强化机理、控制轧制机理等方面的研究。这些研究为以

8、后在世界范围内采用控制轧制工艺生产高强韧性钢板作出了积极的贡献。2 控轧控冷技术的冶金学原理2.1 钢的强化机理及对韧性的影响 钢的强化机理主要有：固溶强化、析出强化、位错强化、细晶强化(晶界强化、亚晶强化)、相变强化等。固溶强化，通过添加C、Mn、Si、Ni等合金元素来获得。通过添加N b、V、Ti微合金元素及采用控制轧制工艺可实现细晶强化、析出强化、位错强化。在采用强化手段提高钢的强度的同时，还必须考虑到强化手段对钢韧性的影响。通常固溶强化(Ni元素除外)、析出强化、位错强化的结果导致脆性转变温度升高；而细晶强化使脆性转变温度下降。因此通过控轧工艺以获得细小铁素体晶粒及采用奥氏体和铁素体两

9、相区轧制获得铁素体亚晶组织，在提高钢的强度的同时，又可以降低脆性转变温度。加入Nb、Ti微合金元素后，由于析出强化使屈服强度上升，同时脆性转变温度也上升。当采用控轧工艺后，细晶强化与析出强化共存，使屈服强度上升，脆性转变温度下降, 即提高了钢的强韧性。V微合金元素细晶强化不明显，对改善钢的韧性不利，一般需与Nb组合使用，发挥V 的析出强化和Nb的细晶强化的综合使用，以改善钢的强韧性。钢中第二相组织的存在，对脆性转变温度有不利影响，因而尽可能降低其体积比或细化第二相组织使其均匀分布。综合上述，细晶强化是提高钢强韧性的最佳手段。 2.2 获得细小铁素体晶粒的途径三阶段控制轧制原理 图1给出了多种控

10、制轧制工艺与相变后组织之间的对应关系。如上所述，细晶强化可获得高的强韧性，它可通过奥氏体再结晶区域控轧、奥氏体未再结晶区域控轧、奥氏体和铁素体两相区控轧来获得细小铁素体晶粒。3 现代化宽厚板厂控制轧制技术 3.1 控制轧制工艺参数的确定原则3.1.1 板坯出炉温度 在确保钢中微合金元素碳氮化合物溶解的前提下，应尽可能采用低的出炉温度，以获得细小的原始奥氏体组织。板坯加热温度过高，碳氮化合物完全固溶后，奥氏体晶粒将迅速长大，影响控轧效果，对钢的强度和韧性有负面影响，同时延长了控制轧制中间待温冷却时间，降低轧机产量。采用控制轧制工艺时，板坯的出炉温度一般控制在10501200之间，具体出炉目标温度

11、的确定应根据钢的化学成分、控轧工艺、成品厚度以及规格难轧程度而定。 3.1.2 再结晶区域轧制后中间坯厚度及温度 为了保证该阶段轧制后变形奥氏体完全再结晶，此时中间坯目标温度一般> 950，在确定板坯出炉目标温度时，必须考虑这一因素。该阶段累积压下率通常占总压下量的60%80%，轧后中间坯厚度为成品厚度的34倍，以确保后阶段轧制时奥氏体有足够的延伸，发挥控制轧制的强化作用。 3.1.3 未再结晶区域轧制开轧温度和两相区轧 制累积压下率及终轧温度奥氏体未再结晶区域轧制开轧温度，通常在900 800之间，尽可能避开奥氏体部分再结晶区域，防止因出现奥氏体混晶组织对性能造成不利影响。对于在未再结

12、晶区域结束轧制的控轧工艺而言，终轧温度高于Ar3。Ar3取决于钢的化学成分、变形量等影响因素，应通过试验方法确定，这对制定目标终轧温度是必要的。对于需在(C+A)两相区进行轧制的控轧工艺而言，终轧温度低于Ar3。在确定终轧温度时，必须考虑到两相区轧制的累积变形量，一般取20%30%，使未相变变形奥氏体晶粒在两相区轧制时，继续拉长；相变获得的铁素体晶粒产生塑性变形，形成亚晶结构及位错，以进一步提高钢板的强度及韧性。高牌号管线钢终轧温度一般选680720。随着终轧温度的降低，钢板强度提高，但过低的终轧温度使得韧性恶化。由于各宽厚板厂设备不同，轧制条件不同，对于具体的某一产品由于所要求的性能、化学成

13、分、板厚等不同，因而无法确定标准控制轧制工艺参数，而应根据具体的轧制条件及所期待的产品性能，通过工厂试验，优化确定。3.2 控制轧制生产工艺 宽厚板厂控制轧制工艺与常规轧制工艺相比，由于增加了中间待温冷却，后阶段需在规定温度范围内轧制且累积压下率有特殊要求，因此轧钢工艺很复杂。如果中间坯在冷却过程中，轧机处于空载待机状态，将大大影响轧机产量，因而国外宽厚板厂自70年代开始采用多块板坯交叉轧制方式，减少轧机待机时间，提高产量。现将国外采用的单机架二阶段控制轧制工艺、双机架二阶段及三阶段控制轧制工艺作一介绍。 3.2.1 单机架二阶段控制轧制工艺 图2为单机架宽厚板轧机三块板坯交叉轧制工艺。采用此

14、工艺时，轧线上板坯数量一般大于两块, 板坯数量取决于板坯轧制所需时间及中间冷却所需时间，中间坯的中间待温冷却在机架的出、入口两侧进行。板坯完成第一阶段(再结晶型)轧制后，中间坯在机架的出口侧辊道上空冷(也有采用水冷方式)，与此同时，后续板坯进行第一阶段轧制。当第一块中间坯将要冷却至第二阶段开轧温度时，轧机辊缝抬起、空设，所有在线中间坯送至轧机入口侧。当中间坯冷却至第二阶段开轧温度时，依次进行第二阶段(未再结晶区域及两相区)轧制，按目标板厚及目标终轧温度轧至成最终成品。此控制轧制工艺比较简单，对产量的影响程度较小，但要求轧机前后有足够长的待温冷却辊道。为了缩短中间坯的冷却时间，日本的一些宽厚板厂

15、采用水冷装置进行强制冷却。4 控轧控冷工艺对宽厚板工厂设备的要求 控制轧制的显著特点是超低温轧制和高的轧制负荷，因而对轧机设备提出了极高的要求。对于5m级宽厚板轧机，最大轧制压力应达100MN。为了确保成品钢板的厚度精度、低平凸度、良好的平直度，轧机的刚性系数应达10kN/mm，支承辊直径达20002400mm，同时应采用工作辊弯辊等平直度控制手段。为了确保控制轧制所需的大轧制力矩,轧机主传动电机功率应达2×10000 kW (上、下单独传动),允许最大过载力矩达2×4000kNm，电机转速060/120 r/min,最大轧制速度达6.57m/s。经控制冷却后的钢板温度低于

16、600，高牌号管线钢低于500，因而对加速冷却装置、热矫直机的能力及钢板平直度确保功能提出了很高的要求。为了使冷却后的钢板在长度、宽度方向上温度均匀，国外加速冷却装置及相关计算机控制系统均有特殊控制功能。为了保证钢板热矫直后具有良好平直度,国外出现了最大矫直力达40000kN等级的强力热矫直机，矫直辊辊缝调节采用全液压方式且具有动态调整功能，上辊组具有整体前后、左右倾斜功能及整体正弯、负弯功能，以消除钢板的单边浪、双边浪及中浪。随着控轧控冷技术的发展，经控轧控冷工艺生产的钢板强度将进一步提高。国外许多宽厚板厂已完成X100管线钢制造技术的开发及焊管试验，现具备小批量供货能力。这对剪切线设备提出

17、了新的要求。国外出现了可剪切钢板强度达1200MPa(厚度40mm)的强力三曲轴(或二曲轴)滚切式剪切机，此类设备适应了控轧控冷技术的发展。控轧控冷工艺复杂，各类工艺参数控制精度要求极高。从加热至热矫直机(即:轧制线)，至少必须由两级计算机(L1、L2)实施生产工艺过程全自动控制，同时必须设置大量的钢板位置检测仪表及测温仪表。国外大多数宽厚板厂均采用四级计算机控制。5 结束语 随着用户对钢板强度、韧性、可焊性要求的日益严格化，促使了国外宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术的开发及应用，导致了一批控轧控冷型现代化宽厚板轧机的诞生。目前，控轧控冷技术已成为国外宽厚板厂的主导生产工艺，控制冷却工艺所能处理的钢板厚度及强度范围仍在扩大。而我国现有的三套4m左右级厚板轧机，成品钢板最大宽度小于4m，设备装备仅相当于国外五、六十年代水平。且其中两套轧机为国外二手设备，均无加速冷却装置，即使通过局部改