线棒材的koong冷技术

线棒材的空扎空冷技术2013年1月18日汇报人：高建

邯钢面临的问题资源限制：能源、水、原材料环境负荷：废物、废水、废气产品：产品结构（品种范围、高端高附加值产品）、综合性能与其它钢厂的差距目前钢铁工业形势：订单，钢铁价格，利润空间出路：寻求新的技术支撑，新技术、新工艺，开发具有市场竞争力的新产品当前钢材产品开发的主要方向遵循科学发展观，节省资源、能源，减少排放，保护环境，生态友好的高性能绿色产品。减量化的成分设计+减量化的生产工艺减量化的绿色产品（产品创新）节省能源资源节省能源，降低成本，减少排放，保护环境用户减量化，节省钢材，减少加工量控轧控冷发展的三个阶段控轧控冷是伴随着超级钢的开发而发展的，作者将其分为三个发展阶段：第一阶段：传统的控轧控冷，低温大压下，微合金元素，少水无水。目标：晶粒细化第二阶段：低温大压下，强化冷却，少无微合金元素。目标：晶粒细化、相变强化，水的优化使用第三阶段：新一代TMPC，超快冷，少无微合金元素，在线热处理工艺（HOP工艺）。目标：晶粒细化、相变强化、减免离线处理TMCP机理传统TMCP基本要素控制轧制控制冷却再结晶温度动态相变温度未再结晶温度区间低温大压下添加Nb等微合金元素，提高再结晶温度TMCP工艺及其关键点TMCP的关键点：“奥氏体状态的控制”和进一步的“由这种状态受到控制的奥氏体发生的相变的控制”。控制轧制要点：奥氏体状态的控制（晶粒尺寸、硬化状态)控制冷却要点：奥氏体相变条件控制（开冷温度、冷却速率、终冷温度、冷却路径)保持应变硬化奥氏体再结晶形核奥氏体晶粒长大常规铁素体晶粒细化铁素体晶粒塑性变形相变相变常规轧制控制轧制低温未再结晶区轧制再结晶区轧制高能状态保持释放控制轧制控制轧制是通过微合金化处理，从轧前的加热到最终轧制道次结束为止的整个轧制过程实行最佳控制的全新工艺，以控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，达到改善钢材的综合机械性能的目的。提高钢材强度，并具有良好韧性和焊接性能的方法是细晶化，主要是细化铁素体晶粒。它可以通过两种途径来完成：一种是细化奥氏体晶粒，然后通过相变得到细化的铁素体晶粒；另一种是直接细化铁素体晶粒。细化奥氏体的机理首先要细化原始奥氏体晶粒，即从加热温度、加热时间和加入微量合金元素这三方面入手，然后采用形变再结晶的方法。直接细化铁素体晶粒，主要是在两相区轧制。在未再结晶区内轧制时，变形奥氏体晶粒不发生再结晶，而是沿轧制方向伸长，在奥氏体晶粒内产生形变带和大量位错，一个奥氏体晶粒被形变带分割成几个小部分，显著增加有效晶界面积，细化相变后的铁素体晶粒。

加热温度对控轧效果的影响奥氏体晶粒尺寸的大小直接影响到轧后晶粒尺寸。奥氏体晶粒尺寸的长大，将导致转变后组织粗大。降低加热温度可以缩短轧件在高温区停留时间，避免再结晶奥氏体晶粒过分长大，而使韧性下降。故一般认为钢坯在1150℃加热最适宜。由Hall——Pecth理论可知，粗大组织直接影响到钢材的性能，特别是低温冲击韧性。在线棒生产中，初轧机架变形量很大，大于临界变形量，使变形晶粒完全再结晶；且轧制节奏快，再结晶后的晶粒长大有限，加热温度可提高到1180℃。

变形量与低温韧性的关系变形温度一定时，变形后的奥氏体晶粒直径随变形量的增大而减小。奥氏体在高温区变形时，由于变形后奥氏体再结晶数量随变形量的增加而增加，再结晶形核速率较快，在晶粒长大过程中，晶粒相互碰撞，从而晶粒尺寸普遍减小，奥氏体晶粒直径就较小。当奥氏体在低温区变形时，奥氏体晶粒随变形量的增加而被拉长、压扁，晶内出现大量变形带，此时，再结晶晶粒不但在晶界处形核，而且在变形带上形核，使奥氏体晶粒较小。因此为了保证最大限度地细化晶粒，避免粗大奥氏体晶粒出现，在奥氏体再结晶区必须给予大的变形量，使变形晶粒完全再结晶，使再结晶后的晶粒来不及长大，从而得到均匀、细小的奥氏体晶粒组织。在奥氏体未再结晶区进行轧制，变形晶粒不再进行再结晶，而是沿轧制方向拉长、压扁，晶内形成大量滑移带和位错，碳、氮化合物优先在这些部位析出，而且主要沿奥氏体晶界析出，可以阻止晶粒长大，同时，随着变形量的加大，铁素体形核部位增多，转变结束后，铁素体含量增高，珠光体数量减少。因而相变后的组织更细、更均匀。控轧的优点l)显著提高钢的强度和改善钢的低温韧性细化晶粒。常规轧制工艺，铁素体晶粒最好能达到7—8级；而控轧工艺，铁素体晶粒度可达12级。2)简化工艺，节省能源。控轧工艺可以替代常化工艺达到提高钢的强度和改善钢的低温韧性。3)充分发挥微合金元素的作用

控制冷却控制轧制可以细化晶粒，改善钢的强度和韧性。轧后控制冷却的目的是改善钢材的组织状态，细化奥氏体组织，阻止或延迟碳、氮化物在冷却过程中过早析出，使其在铁素体中弥散析出，提高强度。同时减小珠光体团的尺寸，细化珠光体片层间距，改善钢材的综合力学性能。但是由形变诱发相变，使Ar3温度提高，特别是在未再结晶区这种作用更明显，导致铁素体在较高温度下析出，轧后缓慢冷却易使晶粒长大，因此轧后要控制适当的冷却速度。控轧后的冷却速度，对铁素体晶粒尺寸有明显影响，冷速加大，铁素体晶粒变细，因此强度随冷速增大而升高。但冷速过大，终冷温度就会降低，钢的显微组织中将出现中、低温组织（贝氏体或马氏体）。因此控轧控冷的良好配合才能得到强度和韧性良好的材料。控制轧后冷却还可以减小珠光体的片间距，增加钢的强度而不损害韧性。轧后的终冷温度对钢的显微组织的影响是终冷温度过高，析出的铁素体也会长大，终冷温度在550一650℃之间，铁素体晶粒不易长大，又不易出现B和M组织，这样既可以增加钢的强度，又对钢的韧性影响不大。控制冷却控制相变钢坯加热冷却模式可以通过水量水压控制控冷的优点提高产品质量：提高强度，改善韧性，改善可焊性，提高氢致裂纹抗力，提高成型性；增强组织的分散度，细化晶粒和减小珠光体的片间距，增加钢的强度而不损害韧性；增强析出；减少氧化铁皮，表面脱碳。节省合金，节约能源，简化工艺流程，提高成材率，降低成本。减轻构件或设备重量，节省自然资源，减少环境污染。

新一代TMPCUFC动态相变温度冷却路径控制①②NG-TMCP正常轧制温度T③④传统TMCP:低温大压下TimeTemperatureUFC“冻结”硬化的奥氏体正常温度连续轧制+UFC+动态相变点+随后冷却路径控制不添加或少添加微合金元素减量化超级钢强化机制现代轧制过程特点（连续大变形、高应变速率、低变形温度(硬化奥氏体)）和冷却过程特点(变形后立即进入冷却区，高冷却速率)，从温度和时间两方面考虑，低碳超级钢的强化机制：利用轧制过程中得到强化的奥氏体，利用冷却过程对硬化奥氏体的转变进行控制，实现复合强化机制——细晶强化、相变强化。新一代TMCP追求的是细晶化，强调轧制和冷却分工，强调轧制过程是能量的积累过程（抑制再结晶软化），希望累计能量，为相变准备条件；强调冷却过程的控制，利用冷却过程控制相变的方向和组织（包括晶粒尺寸）。

超级钢组织控制要点利用现代轧制过程的连续大变形，得到细晶、硬化的奥氏体，为后续相变做好组织准备，利用快速冷却对硬化的奥氏体的相变进行控制。把轧后冷却的控制作为关注的重点，易于在现有的轧制工艺、设备条件下实施。工业生产证实当前条件下晶粒细化的适宜尺寸范围：线材6-7微米，棒材8-10微米。高速连轧的温度制度新一代的TMPC采用适宜的正常轧制温度进行连续大变形，在轧制温度上不再坚持低温大压下的原则，轧制负荷（包括轧制力和电机电流）可以大幅度降低，设备条件限制可以大为放松。可以大大提高轧制的可操作性，避免轧制工艺事故，同时也延长了轧辊、导卫等轧制工具的寿命，有利于降低成本，提高产量。轧后钢材由终轧温度极速快冷，经过一系列精细控制，迅速通过奥氏体区，达到快速冷却条件下的动态相变点。在轧件温度达到动态相变点后，立即停止超快速冷却。晶粒尺寸与钢材强韧性的关系钢中组织特别是晶粒尺寸的大小对钢材强韧性起着重要的作用。晶粒尺寸的大小对钢材强韧性的影响，可由Hall——Petch关系式表示:σ=σ0+kd-1/2其中σ是外加应力，σ0、k在一定温度一定应变速率下是常数，d晶粒直径晶粒细化原理正常温度下的连续大压下+UFC+相变点附近停止冷却+随后控制冷却路径保持硬化奥氏体不变，直到动态相变点提高形核率，控制晶粒长大速率细化铁素体晶粒不添加或少添加微合金元素－减量化优良的力学性能(高强度,良好的韧性,低屈强比)和良好的焊接性能，生产顺利正常温度热轧UFC动态相变点冷却路径控制TemperatureTime硬化的奥氏体UFC停止.相变开始.现代线材轧制：高速、大压下、高终轧温度轧制速度大于100m/s终轧温度接近1000℃

现代线材轧制特点：大压下连续轧制+高速轧制→高的终轧温度（1000℃）怎样实现TMCP？前部机架：应变积累后，发生动态和亚动态再结晶，晶粒细化；后部机架，应变积累，得到应变硬化奥氏体。轧制后快速冷却，在适当的温度停止冷却。超快速冷却技术具备以下特点：具有超快的冷却能力；可以实现高精度的冷却终止温度控制。实施超快速冷却后的钢材还要依据所需要的组织和性能要求，进行冷却路径控制，从而得到多样化的相变组织和多样化的材料性能。这对于利用简单的成分设计获得不同性能的材料，实现柔性化的轧制生产，提高炼钢和连铸的生产效率，具有重要意义。冷却条件的控制：冷却速率、开冷温度、终冷温度、冷却模式冷却路径控制正常温度热轧UFC动态相变点TemperatureTime保温以进行铁素体相变连续冷却ColorfulOn-LineHeatTreatmentwithUFCTemperature,℃TimeUFC-F：保温以进行铁素体相变UFC-M=DQMsFBMB+RAF+PHTRUFC-B:保温以进行贝氏体相变和碳化物析出MM’＋CCertainly，ColorfulMicrostructure&Properties！B+C300400500600700800900新一代控轧控冷的优势大大降低对微合金的依赖，在材料设计上实现低成本、减量化，节省资源和能源，降低生产成本。采用正常轧制温度进行连续大变形，大幅度降低轧制负荷，放松设备条件的限制，提高轧制的操作稳定性。依据所需要的组织和性能要求，进行冷却路径控制，从而得到多样化的相变组织和优异的材料性能。可以发挥细晶强化的作用，材料的力学性能可以大为改善；均匀冷却，最终组织、性能均匀，降低材料中的残余应力；材料的碳当量低，具有良好的焊接性能。动态再结晶的规律资料显示当应变速率超过10s-1时，即使变形温度很高，动态再结晶过程也很难发生。高温快速变形同样能获得很高的能量状态。轧制过程的组织控制细化晶粒的微观机制：再结晶控制轧制——细化奥氏体；未再结晶控制轧制——硬化奥氏体；形变诱导相变。实现奥氏体硬化的基本思路变形后冷却过程的相变变形对低碳钢奥氏体/铁素体、奥氏体/珠光体、奥氏体/贝氏体相变的影响规律：变形促进铁素体相变，降低变形温度有利于获得等轴状铁素体；变形对珠光体的形核没有直接影响，但变形增加了珠光体的分散度，从而改变了珠光体的分布；在一定的温度范围内，变形对贝氏体转变有明显的促进作用。利用相变