钢材的控制轧制与控制冷却工艺

1、钢材的控制轧制与控制冷却工艺蒋欣（材料成型及控制工程）【摘要】控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。控轧 控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。【关键词】控制轧制，控制冷却，技术发展Abstract: Con trolled rolli ng is con trolled cooli ng of hot rolled steel orga ni zati on performa nee con trol tech no logy, has bee n widelyExte nsi

2、ve applicati on in hot rolled strip steel, plate, sect ion steel, bar wire and steel and other steel product ion fields. Con trolled rolli ng tech no logy of con trolled cooli ng can pass over assaulting a police officer, phase transformation strengthening and so on, to improve the stre ngth of the

3、steel tough nessKey Words： Control rolling; Controlled cooling; Technology development1引言近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高，除了具有高强度外，还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上许多 国家都利用控轧和控冷工艺生产高寒地区使用的输油、输气管道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板，以及造船板、桥梁 钢板、压力容器用钢板等。2文献综述2.1控制轧制的阶段划分通常将控制轧制分为3个阶段：奥氏体再结晶阶段（1000C）。在这一温度范围内，奥氏体变形和再结晶同时进行，因再结晶而获得

4、的细小奥氏体晶粒，将导致铁素体晶 粒的细化。奥氏体非再结晶阶段（950 C Ar3）。在这一温度范围内，形变使奥氏体 晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形 变带,同时微合金碳、氮化物因应变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒。（丫 + a ）两相区轧制阶段（Ar3Ar1）。在这一温度范围内，奥氏体和 铁素体均发生变形，形成亚结构。亚晶强化使强度进一步提高。实践 表明,非再结晶区变形突破了再结晶区所能达到的奥氏体晶粒尺寸极 限,在一定的变形量下，非再结晶的晶粒细化也会达到某一极限，这一 极限只有通过两相区变形才能突破。2.1分隔开的冷却和润滑系统（SLC

5、板带材轧制大多数采用乳液来实现冷却润滑。在采用乳液冷却润滑 的过程中，普遍存在乳液稳定性差、使用寿命短，尤其是轧后板带材 表面质量达不到最佳程度等问题。利用分隔开的冷却和润滑系统可避 免常规乳液冷却润滑给制品带来的缺陷。该系统有两个连在一起的钢质冷却箱。每个冷却箱分别封住上工 作辊和支承辊的辊面及下工作辊和支承辊的辊面，从而使每一个对轧 辊和冷却箱构成一个隔离系统。上下两个冷却箱之间有一道缝，需轧 制的带材由此通向辊缝，实现轧制。在轧制过程中把冷却系统和润滑系统分隔开，这就意味着在具备冷却 润滑综合功能的基础上，还可以分别按各自独特的功能去进行配制。SLC系统可最大限度地发挥冷却和润滑的功能，

6、从而使轧机的功率密 度大大提高。2.2影响冷却质量的主要因素221冷却速度。为了使钢板获得均匀的组织和力学性能，冷却装置 的冷却速度应随钢板厚度增加而降低。如果厚钢板的冷却速度太高， 钢板的表面和中部温差会过大。对厚规格钢板而言，沿厚度方向的热 传导系数是限制因素；对薄钢板而言，表面的热传递系数才是关键因素。加速冷却应用的温度范围一般为 800500C，处于稳定膜态沸腾 区，因此热交换系数的稳定是控制冷却速度的关键因素。典型直接淬火的温度范围为900200C，冷却过程通过部分膜态沸腾区，热交换 系数对冷却效果不产生主要影响。2.2.2钢板平直度。如果进入冷却区的钢板平直度差，就会造成钢板 冷却

7、不均，并使板形更加恶化。因此，坯料的均匀加热和轧机具有良 好的平直度控制水平是取得良好板形的前提条件。如果以生产薄规格钢板为主，75%以上的钢板厚度在20mn以下，可以考虑在冷却装置前 设置预矫直机。2.2.3钢板表面状态。由于氧化铁皮的导热系数较钢低，残留的氧化 铁皮会破坏稳定的膜态沸腾，导致钢板的不均匀冷却。因此，轧制过 程中的有效除磷是很重要的。2.2.4钢板温度的均匀性。包括提高钢板进入冷却装置时的均匀性和 避免冷却过程的头尾和边部过冷。采用低的冷却速度时(通常钢板以 低速运行)，要提高钢板进入冷却装置时头尾温度的均匀性，应限制 钢板的长度，也可采取同时冷却方式。随钢板宽度的增大，钢板

8、横向 冷却不均匀的趋势也增加。可采用边部罩、水量中凸分配避免边部过 冷。避免钢板头尾过冷需要可靠的计算机模型和快速的冷却介质开闭 速度。增加下部喷嘴供水比例，避免钢板上表面过冷。2. 3控制轧制与控制冷却的概念2.3.1 控制轧制(Con trolled rolli ng )是在热轧过程中对金属加 热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变 结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制 新工艺。232 控制冷却(Controlled Cooling )是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。2.4 控制轧制与控制冷却的原理2.4.1控制轧制的原理

9、单地说，控制轧制的操作如图1所示，即通过全部热轧条件(加热温度、轧制温度、道次压下量)的最优化,人为 地调整奥氏体的状态，使其在后续的冷却过程中相变为细晶铁素体和 期望的相组织,以得到良好的强度和韧性的组合的加工过程。2.4.2控制轧制与控制冷却的发展控制轧制是轧钢领域的一项新工艺，它是提高钢材产品质量和创造 名牌产品的既经济又有教的手段.从本世纪60年代末到70年代，世界上许 多国家对控制轧制技术无论在理论方面还是在 应 用方面都做了许多工作，取得了显著成效，并公认控制轧制技术是 80年代、90年代的一个主要发展方向，将控轧、控冷技术作为主要推广项目。虽然控轧、控冷技术的研究我国起步较 晚，

10、但已获得了可喜的进展。在生产上，提高产品的性能合格率，提高牌号以及利用国内富有资源创造名牌产品等已初见成效，在科研方面，许多单位继地开展了控轧工艺和机理方面研究，并发表了一些水平较高的论文.2.5低碳贝氏体钢的发展在控轧的早期，主要是提高钢材的强度和获得较细的晶粒，继而在 高强度的基础上，对韧性也有了相应的要求。目前已经转向更高强度、 更好的韧性和较大的厚度，同时要求不恶化焊接性能。天然气输送用 的管线钢要求较高的横向冲击贮存能。提高再结晶温度以下总的热轧 变形量能够达到改进、提高韧性方法的效果。在控轧的含铌钢中降低含碳量、 提高含锰量的发展过程中，开发了被 命名为低碳贝氏体钢和针状a -钢的

11、低碳高锰（0.06%）相变强化钢。 与传统的a珠光体钢相比，这种钢表现出连续的屈服及拉伸强度提高 的特征。尽管含碳量较低，管材成形后，屈服点却有所提高。在屈强 比比较低的钢材中，快速加工硬化能够超过任何因包申格效应而引起 的屈服强度的降低。这种钢的组织是典型的针状铁素体或低碳贝氏 体。同时在常规轧制后，即丫晶粒发生相变之后，会保持以前晶粒的 清晰边界。再结晶型的控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形 过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶， 并完成其再结晶过 程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细 小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再

12、结晶后奥氏体晶粒长 大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、 轧制温度和轧制的间隙时 间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。 为防止相变前的奥氏体 晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种 控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。未再结晶型控制轧制它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变 形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因 此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形 核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作 用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、 钒的低碳

13、钢。两相区控制轧制它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁 素体两相区再继续进行塑性变形， 并在Ar1温度以上结束轧制。实验 表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形 量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15% -30%）,回复程度减小。在两相区的高温区，铁素体易发生 再结晶；在两相区的低温区只发生回复。经轧制的奥氏体相转变成细 小的铁素体和珠光体。由于碳在两相区的奥氏体中富集，碳以细小的 碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当，就可以 得到细小的铁素体和珠光体混合物， 从而提高钢材的强度和韧性。 在实际轧制中，由于钢种、使用要求、设备能力等各不相同，各种控 制轧制可以单独应用，也可以把两种或三种控制工艺配合在一起使 用。3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