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1、 第五章第五章 控制轧制和控制冷却工艺的控制轧制和控制冷却工艺的选择与设计及其在轧制生产中的应选择与设计及其在轧制生产中的应用用15.15.1控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参数控制轧制和控制冷却的基本内容及工艺参数设计设计5.1.1控制轧制工艺的主要内容控制轧制工艺的主要内容根据钢材的化学成分、组织特点和对性能及质根据钢材的化学成分、组织特点和对性能及质量的要求不同，制定各种钢材的控制轧制工包量的要求不同，制定各种钢材的控制轧制工包括的内容也不同，控制的参数及重点也各不相括的内容也不同，控制的参数及重点也各不相同，基本内容包括几个方面。同，基本内容包括几个方面。q 坯料加热制度的选择坯料加
2、热制度的选择原料有钢锭、连铸坯和钢坯三种。钢锭或坯料原料有钢锭、连铸坯和钢坯三种。钢锭或坯料的加热制度与钢种和所采用的控制轧制工艺有的加热制度与钢种和所采用的控制轧制工艺有密切关系；同时也与所采用的现有加热炉结构密切关系；同时也与所采用的现有加热炉结构和特点有关。和特点有关。2q加热制度主要有：加热制度主要有：坯料的入炉温度坯料的入炉温度加热速度加热速度最高加热温度最高加热温度保温时间保温时间坯料出炉温度坯料出炉温度坯料温度均匀性、氧化和脱碳程度的要求。坯料温度均匀性、氧化和脱碳程度的要求。q坯料的最高加热温度的选择：坯料的最高加热温度的选择：应考虑原始奥氏体晶粒、晶拉均匀程度应考虑原始奥氏体
3、晶粒、晶拉均匀程度碳化物的溶解程度碳化物的溶解程度开轧温度和终轧温度的要求。开轧温度和终轧温度的要求。3生产经验生产经验采用控制轧制和控制冷却工艺的钢种有降低加采用控制轧制和控制冷却工艺的钢种有降低加热温度的趣势。热温度的趣势。控轧钢坯料的加热温度比普通热轧坯料的加热控轧钢坯料的加热温度比普通热轧坯料的加热温度低温度低50100左右左右如果轧机的能力比较大，轧制压力和电机能力如果轧机的能力比较大，轧制压力和电机能力许可的话，加热温度可以进一步降低到许可的话，加热温度可以进一步降低到l050左右。左右。因为提高加热温度除了增加燃料消耗、金属消耗和缩短加热炉因为提高加热温度除了增加燃料消耗、金属消
4、耗和缩短加热炉的使用寿命外，将促使原始奥氏体晶粒粗大，延长道次之间的的使用寿命外，将促使原始奥氏体晶粒粗大，延长道次之间的待温时间，影响轧机的生产能力，降低轧机的产量待温时间，影响轧机的生产能力，降低轧机的产量特别注意特别注意不具备轧后冷却设备或冷却设备能力缺乏时，不具备轧后冷却设备或冷却设备能力缺乏时，因加热温度高而造成的终轧温度过高将使钢组因加热温度高而造成的终轧温度过高将使钢组织粗大而不均匀，力学性能降低织粗大而不均匀，力学性能降低 45.1.25.1.2选择和设计控制扎制工艺的类型选择和设计控制扎制工艺的类型q根据轧钢车间的轧机布置、结构、道次根据轧钢车间的轧机布置、结构、道次分配、冷
5、却设备的型式、特点和冷却能分配、冷却设备的型式、特点和冷却能力力q按钢种的变形奥氏体再结晶曲线、变形按钢种的变形奥氏体再结晶曲线、变形奥氏体相变曲线图、相变产物组织状态、奥氏体相变曲线图、相变产物组织状态、变形抗力曲线以及钢种的力学性能要求，变形抗力曲线以及钢种的力学性能要求，选择以下工艺方案选择以下工艺方案5工艺方案工艺方案v第一种方案：完全再结晶型控制轧制工艺。全第一种方案：完全再结晶型控制轧制工艺。全部变形在奥氏体再结晶区进行，终轧温度不低部变形在奥氏体再结晶区进行，终轧温度不低于奥氏体再结晶温度的上限奥氏体再结晶的于奥氏体再结晶温度的上限奥氏体再结晶的最低温度，道次变形量不低于奥氏体再
6、结晶最低温度，道次变形量不低于奥氏体再结晶的临界变形量。的临界变形量。v第二种方案：完全再结晶型与未再结晶型配合第二种方案：完全再结晶型与未再结晶型配合的控制工艺。完全再结晶进行一定的变形，局的控制工艺。完全再结晶进行一定的变形，局部再结晶区进行待温或快速冷却，而在奥氏体部再结晶区进行待温或快速冷却，而在奥氏体的未再结晶区继续变形，并在未再结晶区结束的未再结晶区继续变形，并在未再结晶区结束轧制。轧制。6工艺方案工艺方案第三种方案：完全未再结晶型、未再结晶型和第三种方案：完全未再结晶型、未再结晶型和奥氏体与铁素体两相区轧制的三阶段控制轧制。奥氏体与铁素体两相区轧制的三阶段控制轧制。在奥氏体再结晶
7、区轧制一些道次，接近局部再在奥氏体再结晶区轧制一些道次，接近局部再结晶区时进行待温或快冷，进入未再结晶区温结晶区时进行待温或快冷，进入未再结晶区温度后继续轧制，在奥氏体和铁素体两相区轧制度后继续轧制，在奥氏体和铁素体两相区轧制一定道次，到达一定变形量后终止轧制。一定道次，到达一定变形量后终止轧制。国内轧机条件：多采用第一种和第二种类型的国内轧机条件：多采用第一种和第二种类型的控制轧制方案。控制轧制方案。设计控制轧制工艺类型要与设计控制冷却工艺设计控制轧制工艺类型要与设计控制冷却工艺相配合才能取得更好的强韧化效果相配合才能取得更好的强韧化效果75.1.35.1.3控制轧制工艺参数的设计与确定控制
8、轧制工艺参数的设计与确定控轧工艺类型确定之后，应进一步设计和确定所有的工艺控轧工艺类型确定之后，应进一步设计和确定所有的工艺参数。钢材类型不同，确定工艺参数内容不同。参数。钢材类型不同，确定工艺参数内容不同。中厚板和热轧带钢生产的控制轧制工艺参数包括温度制度中厚板和热轧带钢生产的控制轧制工艺参数包括温度制度和变形制度确实定。和变形制度确实定。温度制度参数为开轧限度、中间停轧待温时的温度范围、温度制度参数为开轧限度、中间停轧待温时的温度范围、未再结晶区的开轧温度及终轧温度。未再结晶区的开轧温度及终轧温度。变形制度包括按控制轧制类型阶段进行轧制道次和变变形制度包括按控制轧制类型阶段进行轧制道次和变
9、形量的分配、每道变形量确实定、未再结晶区总变形量确形量的分配、每道变形量确实定、未再结晶区总变形量确实定以及根据钢种要求确定平整道次的压下量。实定以及根据钢种要求确定平整道次的压下量。对平整道对平整道次临界变形量比较敏感的钢种应给予足够的注意次临界变形量比较敏感的钢种应给予足够的注意。不然，出于平整道次压下率确定不适宜，引起晶粒严不然，出于平整道次压下率确定不适宜，引起晶粒严重不均，产生个别特大晶粒，造成混晶，导致性能下重不均，产生个别特大晶粒，造成混晶，导致性能下降。降。8道次变形分配道次变形分配满足奥氏体再结晶区和未再结晶区临界变形量的要求，满足奥氏体再结晶区和未再结晶区临界变形量的要求，
10、要考虑轧机设备能力及生产率的要求。要考虑轧机设备能力及生产率的要求。压下量的分配一殷在奥氏体区采用大的道次变形量压下量的分配一殷在奥氏体区采用大的道次变形量 ，以增加奥氏体的再结晶数量，细化晶粒。在未再结，以增加奥氏体的再结晶数量，细化晶粒。在未再结晶区在不发生局部再结晶的前提下，尽可能采用大的晶区在不发生局部再结晶的前提下，尽可能采用大的道次变形量，以增加形变带，为铁素体相变形核创造道次变形量，以增加形变带，为铁素体相变形核创造有利条件。有利条件。在轧机能力比较小的条件下，采用在未再结晶区多道在轧机能力比较小的条件下，采用在未再结晶区多道次、每道次小变形量并缩短中间停留时间的快轧控制次、每道
11、次小变形量并缩短中间停留时间的快轧控制方案，也取得较好的效果，而且不降低轧机产量。方案，也取得较好的效果，而且不降低轧机产量。经验结论经验结论 在未再结晶区大于在未再结晶区大于45504550的总变形率有的总变形率有利于铁素休晶粒细化。利于铁素休晶粒细化。9终轧温度确实定终轧温度确实定终轧温度必须按变形奥氏体的相变曲线终轧温度必须按变形奥氏体的相变曲线来确定。因为热变形的影响，变形奥氏来确定。因为热变形的影响，变形奥氏体向铁素体或渗碳体转变的相变温度都体向铁素体或渗碳体转变的相变温度都有提高。有提高。如果采用两相区终轧的控轧工艺，要根如果采用两相区终轧的控轧工艺，要根据变形奥氏体的相变温度确定
12、在两相区据变形奥氏体的相变温度确定在两相区内的压下道次、总变形量和终轧温度，内的压下道次、总变形量和终轧温度，只有这样才能到达两相区控轧要求只有这样才能到达两相区控轧要求10工艺优化工艺优化v根据各钢种的要求，提出的控制轧制工根据各钢种的要求，提出的控制轧制工艺参数可以进一步进行工艺优化。艺参数可以进一步进行工艺优化。v优化参数：轧机的允许轧制压力，设备优化参数：轧机的允许轧制压力，设备条件。条件。v优化后的控制轧制工艺参数既能满足控优化后的控制轧制工艺参数既能满足控制轧制要求，又能满足轧机条件要求，制轧制要求，又能满足轧机条件要求，充分发挥轧机能力，提高轧机产量，并充分发挥轧机能力，提高轧机
13、产量，并为工艺参数的计算机控制提供了合理数为工艺参数的计算机控制提供了合理数据和控制程序。据和控制程序。111型钢生产中的控制轧制工艺参数型钢生产中的控制轧制工艺参数温度制度温度制度生产型钢的孔型系统和尺寸基本确定生产型钢的孔型系统和尺寸基本确定 例如改变加热温度、开轧和终轧温度等措例如改变加热温度、开轧和终轧温度等措施以实现控制轧制工艺。施以实现控制轧制工艺。根据这一特点，型钢生产的控制冷却工根据这一特点，型钢生产的控制冷却工艺的作用就十分重要了？艺的作用就十分重要了？通过控制冷却工艺参数可以到达改善钢通过控制冷却工艺参数可以到达改善钢材性能和开发新品种的目的。材性能和开发新品种的目的。12
14、2 2热轧钢管生产的控制轧制工艺参数热轧钢管生产的控制轧制工艺参数温度制度和变形制度温度制度和变形制度确定管坯的加热温度和各机组的变形温确定管坯的加热温度和各机组的变形温度和变形量。度和变形量。将控制轧制与控制冷却工艺相结合，特将控制轧制与控制冷却工艺相结合，特别是采用钢管形变热处理工艺以到达提别是采用钢管形变热处理工艺以到达提高钢管性能，简化工艺过程和节省能源高钢管性能，简化工艺过程和节省能源的目的。的目的。133控轧、控冷钢化学成分的调整控轧、控冷钢化学成分的调整其他成分相同时，含其他成分相同时，含0.1C钢的经过控轧，因晶钢的经过控轧，因晶粒细化粒细化,s相当于普通热轧含碳相当于普通热轧
15、含碳0.2%C钢的钢的s值。值。由于铁素体晶粒细化和珠光体数量相对减少，钢由于铁素体晶粒细化和珠光体数量相对减少，钢的韧性得到提高。改善不了钢的焊接性能。的韧性得到提高。改善不了钢的焊接性能。碳对钢的韧性和可焊性不利，为了改善钢的塑性碳对钢的韧性和可焊性不利，为了改善钢的塑性和焊接性能，在控制轧制条件下，低碳钢、低合和焊接性能，在控制轧制条件下，低碳钢、低合金钢和微合金化钢可以适当降低碳含量。金钢和微合金化钢可以适当降低碳含量。其他成分也要作适当调整如其他成分也要作适当调整如 Mn P S Si等等145.1.4控制冷却工艺设计控制冷却工艺设计根据钢材的产品种类、尺寸规格和形状根据钢材的产品种
16、类、尺寸规格和形状的不同以及轧机特点和主设备布置的区的不同以及轧机特点和主设备布置的区别，控空冷却工艺各不相同，工艺设计别，控空冷却工艺各不相同，工艺设计的内容也有所差异。的内容也有所差异。现就钢板、钢管和型钢的控制冷却工艺现就钢板、钢管和型钢的控制冷却工艺的设计分别介绍如下。的设计分别介绍如下。151 1钢板控制冷却工艺的设计钢板控制冷却工艺的设计 1板带材的冷却方式主要根据以下选择板带材的冷却方式主要根据以下选择 冷却能力，冷却均匀程度，节省冷却介质水、冷却能力，冷却均匀程度，节省冷却介质水、高压空气等，节省动力，可控性好高压空气等，节省动力，可控性好 灵活可靠，灵活可靠，对水质要求不高，
17、容易维修保养，能够用计算对水质要求不高，容易维修保养，能够用计算机进行控制。机进行控制。冷却方式：层流冷却、喷射冷却、喷流冷却、冷却方式：层流冷却、喷射冷却、喷流冷却、喷雾冷却、水雾混合冷却、冷床上进行风冷、喷雾冷却、水雾混合冷却、冷床上进行风冷、空冷空冷在空气中自然冷却在空气中自然冷却、压力淬火和辊式淬火法压力淬火和辊式淬火法主要是采用高压水冷却钢板，同时用压力淬火机或辊式淬火主要是采用高压水冷却钢板，同时用压力淬火机或辊式淬火机的压住钢板以防止钢板变形机的压住钢板以防止钢板变形 16 2水冷设备和系统水冷设备和系统设计设计按所选择的水冷方式对水冷设备进行设计。按所选择的水冷方式对水冷设备进
18、行设计。如果本车间已经具有控制冷却装置，则可如果本车间已经具有控制冷却装置，则可以直接进行工艺参数设计。以直接进行工艺参数设计。新设计的控制冷却系统主要包括以下各项新设计的控制冷却系统主要包括以下各项的设计：水冷器的结构，数量及布置，水的设计：水冷器的结构，数量及布置，水路系统，仪表和控制系统等。路系统，仪表和控制系统等。17 3控制冷却工艺参数设计控制冷却工艺参数设计根据控制冷却设备条件和钢板的组织性根据控制冷却设备条件和钢板的组织性能要求，进一步选择和设计水冷工艺参能要求，进一步选择和设计水冷工艺参数，其内容有：开始快冷温度，各水冷数，其内容有：开始快冷温度，各水冷器的水压和水量，冷却时间
19、，钢板移动器的水压和水量，冷却时间，钢板移动速度，开启水冷器个数及顺序速度，开启水冷器个数及顺序钢板外表的最高返红温度决定于钢板钢板外表的最高返红温度决定于钢板外表的冷却最低温度。外表的冷却最低温度。根据钢板的控制冷却制度，设计控制冷根据钢板的控制冷却制度，设计控制冷却程序，以便控制各工艺参数，到达预却程序，以便控制各工艺参数，到达预测的钢板组织和性能。测的钢板组织和性能。185.2板带钢控轧与控冷应用实例板带钢控轧与控冷应用实例5.2.1北极管线用针状铁素体钢北极管线用针状铁素体钢19管线钢的开展历史管线钢的开展历史 6060年代末年代末7070年代初，年代初，石油组织在石油组织在API 5
20、LXAPI 5LX和和API 5LSAPI 5LS标准中提出标准中提出了微合金控轧钢了微合金控轧钢X56X56、X60X60、X65X65三种钢三种钢.这种钢突破了传统钢的观这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为念，碳含量为0.1-0.14%0.1-0.14%，在钢中参加，在钢中参加0.2%0.2%的的NbNb、V V、TiTi等合金元等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到19731973年和年和19851985年，年，APIAPI标准又相继增加了标准又相继增加了X70X70和和X80X80钢，而后又开发了钢，而后又开发了X100X
21、100管管线钢，碳含量降到线钢，碳含量降到0.01-0.04%0.01-0.04%，碳当量相应地降到，碳当量相应地降到0.350.35以下，真正以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。2021特点特点利用细小的利用细小的TiN 来增加基体合金和焊缝来增加基体合金和焊缝的韧性，而降低了的韧性，而降低了C、Mn 和和Mo 来提高来提高可焊性。可焊性。降低降低Mn 和和Mo 所带来的强度降低是用加所带来的强度降低是用加V和运用严格的控制轧制来弥补。和运用严格的控制轧制来弥补。增加板坯中的细小增加板坯中的细小TiN 含量来提高韧性含量来提高韧性。2
22、2利用细小的利用细小的TiN 控制轧制概要控制轧制概要 1 1使板坯加热时的使板坯加热时的晶粒晶粒此后称为此后称为HH细化至细化至ASTM4ASTM47 7号，并使细小的号，并使细小的TiNTiN不大于不大于0.02m0.02m在板坯中弥散分布。其结果是借助于在再结晶区在板坯中弥散分布。其结果是借助于在再结晶区域轧制的效果，奥氏体晶粒域轧制的效果，奥氏体晶粒此后称为此后称为RR显著地均显著地均匀细化，随后在非再结晶区轧制时拉长，轧后转匀细化，随后在非再结晶区轧制时拉长，轧后转变成均匀的细晶粒的显微组织。变成均匀的细晶粒的显微组织。2 2在再结晶区域轧制时，细小的在再结晶区域轧制时，细小的TiN
23、TiN阻止再结晶阻止再结晶的奥氏体晶粒长大，并加速它们的细化。的奥氏体晶粒长大，并加速它们的细化。3 3利用细小的利用细小的TiNTiN的控制轧制操作一般可用于任的控制轧制操作一般可用于任何成分的钢。何成分的钢。23q运用细小的运用细小的TiN TiN 控制轧制的研究控制轧制的研究试验钢的化学成分试验钢的化学成分 注：加热条件：加热时间、保温时间：所有钢均为注：加热条件：加热时间、保温时间：所有钢均为1 小时小时，不，不管它们的化学成分如何。当保温时间在管它们的化学成分如何。当保温时间在0 和和2 小时之间，而加热小时之间，而加热温度不高于温度不高于1150时，随保温时间增加，时，随保温时间增
24、加，晶粒的长大不超过晶粒的长大不超过ASTM No.5 级级。24用细小的用细小的TiN细化细化H为了到达使为了到达使HH有效地细化，有效地细化，TiNTiN的尺寸和含量最好不的尺寸和含量最好不大于大于0.02m0.02m和不少于和不少于0.0040.004。H细化对细化对R的影响的影响细小的细小的TiN对对H的细化有显著的影响。的细化有显著的影响。在再结晶区域轧制后对在再结晶区域轧制后对晶粒细化进行晶粒细化进行了试验。而不管了试验。而不管晶粒尺寸的差异如何晶粒尺寸的差异如何小，无小，无TiN钢晶粒趋向较大的尺寸区间。钢晶粒趋向较大的尺寸区间。25结论结论 参加细小的参加细小的TiN使使H细化
25、，有助于控制轧制细化，有助于控制轧制钢的显微组织细化和韧性改善。这种工艺可钢的显微组织细化和韧性改善。这种工艺可用于任何化学成分的钢。用于任何化学成分的钢。例如在改善低例如在改善低C中中Mn-Nb-V，低，低Mo钢的韧性钢的韧性也获得成功。采用这种工艺，新也获得成功。采用这种工艺，新 钢铁公司钢铁公司已建立了北极用厚壁已建立了北极用厚壁X70 级管线的大规模生级管线的大规模生产系统。产系统。265.2.2现代化宽厚板厂控制轧制现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术和控制冷却技术近三十年以来近三十年以来,控制轧制和控制冷却技术控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的开展在国外得到了迅速的开展,国外
26、大多数宽国外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺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、良好焊接性生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。的优质钢板。27q控轧控冷技术的冶金学原理控轧控冷技术的冶金学原理钢的强化机理及对韧性的影响钢的强化机理及对韧性的影响钢的强化机理主要有钢的强化机理主要有:固溶、析出、位错、固溶、析出、位错、细晶晶界强化、亚晶强化细晶晶界强化、亚晶强化 、相变强化等、相变强化等.固溶强化固溶强化,通过添加通过添加 C,Mn,Si,Ni C,Mn,Si,Ni等合金元素等合金元素来获得。通过添加来获得。通过添加 Nb,V,Ti Nb,V,Ti微合
27、金元素及采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、用控制轧制工艺可实现细晶强化、析出强化、位错强化。位错强化。在采用强化手段提高钢的强度的同时在采用强化手段提高钢的强度的同时,还必还必须考虑到强化手段对钢韧性的影响须考虑到强化手段对钢韧性的影响28获得细小铁素体晶粒的途径获得细小铁素体晶粒的途径三阶段控制轧制原理三阶段控制轧制原理奥氏体再结晶区域轧奥氏体再结晶区域轧制制 950 在奥氏体再结晶区域轧制在奥氏体再结晶区域轧制时时,轧件在轧机变形区内发轧件在轧机变形区内发生动态回复和不完全再结晶。生动态回复和不完全再结晶。在两道次之间的间隙时间内在两道次之间的间隙时间内 ,完成静态回
28、复和静态再结完成静态回复和静态再结晶。晶。加热后获得的奥氏体晶粒加热后获得的奥氏体晶粒随着反复轧制随着反复轧制再结晶而再结晶而逐渐变细。逐渐变细。图中第图中第 阶段阶段,由于轧件温度较由于轧件温度较高高,奥氏体再结奥氏体再结晶在短时间内完晶在短时间内完成且迅速长大成且迅速长大,未见明显的晶粒未见明显的晶粒细小。细小。随着轧制温度的降随着轧制温度的降低低,轧制道次的增轧制道次的增多多 即即:再结晶次再结晶次数的增多数的增多 ,在低在低温再结晶区域温再结晶区域 图图中第中第 阶段阶段 轧轧制时制时,晶粒细化效晶粒细化效果明显，强化作用果明显，强化作用充分表达出来充分表达出来,相相变后的组织为细小变
29、后的组织为细小等轴的铁素体晶粒等轴的铁素体晶粒和珠光体组织和珠光体组织29奥氏体未再结晶区域轧制奥氏体未再结晶区域轧制 950 Ar3 在奥氏体未再结晶区域在奥氏体未再结晶区域 图中第图中第 阶阶段段 轧制时轧制时,由于轧后的奥氏体不产生由于轧后的奥氏体不产生再结晶再结晶,因此随着轧制道次的增加因此随着轧制道次的增加,变形变形奥氏体晶粒沿轧制方向逐渐拉长奥氏体晶粒沿轧制方向逐渐拉长,且在变且在变形奥氏体晶粒中形成大量的变形带和位错。形奥氏体晶粒中形成大量的变形带和位错。变形奥氏体的晶界、变形带及位错等处是变形奥氏体的晶界、变形带及位错等处是铁素体形核部位。随着变形量的增大铁素体形核部位。随着变
30、形量的增大,变变形带数量增多形带数量增多,而且分布更均匀。另外奥而且分布更均匀。另外奥氏体晶粒被拉长后氏体晶粒被拉长后,将阻碍铁素体晶粒的将阻碍铁素体晶粒的长大长大,因而相变后可获得更加细小的铁素因而相变后可获得更加细小的铁素体及珠光体组织。体及珠光体组织。对于微合金钢对于微合金钢而言而言,微合金微合金元素的碳氮化元素的碳氮化合物在合物在相变时相变时,优先在奥氏体晶优先在奥氏体晶界、变形带、位界、变形带、位错处析出错处析出,从而从而阻碍阻碍铁素体、珠铁素体、珠光体晶粒的长大光体晶粒的长大30奥氏体和铁素体两相区轧制奥氏体和铁素体两相区轧制 950,在确定板坯在确定板坯出炉目标温度时出炉目标温度
31、时,必须考虑这一因素。必须考虑这一因素。该阶段累积压下率通常占总压下量的该阶段累积压下率通常占总压下量的 6 0%80%,轧后中间坯厚度为成品厚度的轧后中间坯厚度为成品厚度的 3 4倍倍,以确保后阶段轧制时奥氏体有足够的延伸以确保后阶段轧制时奥氏体有足够的延伸,发发挥控制轧制的强化作用。挥控制轧制的强化作用。v未再结晶区域轧制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奥氏体未再结晶区域轧制开轧温度,通常在通常在90 0 80 0之间之间,尽可能避开奥氏体局部再结尽可能避开奥氏体局部再结晶区域晶区域,防止因出现奥
32、氏体混晶组织对性能造防止因出现奥氏体混晶组织对性能造成不利影响成不利影响34在未再结晶区结束轧制的控轧工艺在未再结晶区结束轧制的控轧工艺,终轧温度终轧温度高高于于 Ar3。Ar3 取决于钢的化学成分、变形量等取决于钢的化学成分、变形量等影响因素影响因素,应通过试验方法确定应通过试验方法确定,这对制定目标这对制定目标终轧温度是必要的。终轧温度是必要的。在在+两相区进行轧制的控轧工艺两相区进行轧制的控轧工艺,终轧终轧温度低于温度低于 Ar3。在确定终轧温度时。在确定终轧温度时,必须考虑必须考虑到两相区轧制的累积变形量到两相区轧制的累积变形量,一般取一般取 2 0%3 0%,使未相变变形奥氏体晶粒在
33、两相区轧制使未相变变形奥氏体晶粒在两相区轧制时时,继续拉长继续拉长;相变获得的铁素体晶粒产生塑性相变获得的铁素体晶粒产生塑性变形变形,形成亚晶结构及位错形成亚晶结构及位错,以进一步提高钢板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的强度及韧性。高牌号管线钢终轧温度一般选 6 8072 035q控制轧制生产工艺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由于增加了中间待温冷却,后阶段需在后阶段需在规定温规定温度范围内轧制且累积压下率度范围内轧制且累积压下率有特殊要求有特殊要求,因此因此轧钢工艺很复杂。轧钢工艺很
34、复杂。如果中间坯在冷却过程中如果中间坯在冷却过程中,轧机处于空载待机轧机处于空载待机状态状态,将大大影响轧机产量将大大影响轧机产量,因而国外宽厚板因而国外宽厚板厂自厂自 70年代开始采用年代开始采用多块板坯交叉轧制方式多块板坯交叉轧制方式,减少轧机待机时间减少轧机待机时间,提高产量提高产量36v单机架二阶段控制轧制工艺单机架二阶段控制轧制工艺此控制轧制工艺此控制轧制工艺比较简单比较简单,对产对产量的影响程度较量的影响程度较小小,但要求轧机但要求轧机前后有足够长的前后有足够长的待温冷却辊道。待温冷却辊道。为了缩短中间坯为了缩短中间坯的冷却时间的冷却时间,的一些宽厚板厂的一些宽厚板厂采用水冷装置进
35、采用水冷装置进行强制冷却行强制冷却37v双机架两阶段控制轧制工艺双机架两阶段控制轧制工艺此工艺也比较此工艺也比较简单简单,但应有较但应有较长的中间辊道长的中间辊道供中间坯待温供中间坯待温冷却用冷却用38v双机架三阶段控制轧制工艺双机架三阶段控制轧制工艺德国迪林根宽厚板厂采用三阶段控制轧制工艺德国迪林根宽厚板厂采用三阶段控制轧制工艺生产管线钢。在粗轧机上进行第一阶段轧制。生产管线钢。在粗轧机上进行第一阶段轧制。轧后的粗轧中间坯在中间辊道上空冷至规定温轧后的粗轧中间坯在中间辊道上空冷至规定温度后在精轧机上进行第二阶段轧制度后在精轧机上进行第二阶段轧制,在高温未在高温未再结晶区域完成第二阶段轧制再结
36、晶区域完成第二阶段轧制 轧成的精轧中间坯迅速送至加速冷却装置进行轧成的精轧中间坯迅速送至加速冷却装置进行强制冷却强制冷却,冷却至规定温度后在精轧机上进行冷却至规定温度后在精轧机上进行第三阶段轧制第三阶段轧制,在低温未再结晶区域开轧在低温未再结晶区域开轧,在两在两相区结束轧制相区结束轧制39q控制轧制和控制冷却组合技术的应用控制轧制和控制冷却组合技术的应用不同阶段的不同阶段的控制轧制控制轧制均能细化铁素体晶粒均能细化铁素体晶粒,改善钢改善钢板的强度和韧性。但变形使得相变温度升高板的强度和韧性。但变形使得相变温度升高,从而从而削弱了控制轧制效果。削弱了控制轧制效果。轧后采用轧后采用加速冷却加速冷却
37、工艺工艺,能在原有成分基础上进一能在原有成分基础上进一步提高钢的强度步提高钢的强度,也能在降低碳当量的情况下保持也能在降低碳当量的情况下保持原有的强度原有的强度,从而改进钢板的韧性及焊接性能。从而改进钢板的韧性及焊接性能。两相区轧后冷却强化效果比未再结晶区域轧后冷却两相区轧后冷却强化效果比未再结晶区域轧后冷却产生的强化效果差产生的强化效果差,这是由于加速冷却仅对未相变这是由于加速冷却仅对未相变奥氏体组织起强化作用。奥氏体组织起强化作用。40q国外现代化宽厚板厂采用控轧控冷组合工艺生国外现代化宽厚板厂采用控轧控冷组合工艺生产高强度管线钢产高强度管线钢v迪林根宽厚板厂迪林根宽厚板厂 80年代末采用
38、三阶段控制轧制和轧后加速冷却工艺生产高年代末采用三阶段控制轧制和轧后加速冷却工艺生产高强度强度 X6 5、X70管线钢。管线钢。90年代初开始改为采用三阶段控制轧制、中间坯强制水冷及轧后加速年代初开始改为采用三阶段控制轧制、中间坯强制水冷及轧后加速冷却工艺冷却工艺,以到达降低合金元素量、降低碳当量、改善钢的韧性及焊接以到达降低合金元素量、降低碳当量、改善钢的韧性及焊接性能的目的。性能的目的。中间坯强制冷却强化机理是通过抑制变形奥氏体回复中间坯强制冷却强化机理是通过抑制变形奥氏体回复,使得相变后铁素使得相变后铁素体组织更加细小、贝氏体组织更加均匀弥散分布来实现的。体组织更加细小、贝氏体组织更加均
39、匀弥散分布来实现的。众多的宽厚板厂采用控轧控冷组合工艺生产高强度船板。如众多的宽厚板厂采用控轧控冷组合工艺生产高强度船板。如 钢管福钢管福山宽厚板厂采用单一化学成分、不同工艺生产山宽厚板厂采用单一化学成分、不同工艺生产 2 5mm厚厚 3 6 0 MPaA、D、E级高强度船板级高强度船板,且满足各种级别韧性要求且满足各种级别韧性要求。41q控轧控冷工艺对宽厚板工厂设备的要求控轧控冷工艺对宽厚板工厂设备的要求v控制轧制的显著特点是超低温轧制和高的轧制负荷控制轧制的显著特点是超低温轧制和高的轧制负荷,对轧机设对轧机设备提出了极高的要求。对于备提出了极高的要求。对于5m5m级宽厚板轧机级宽厚板轧机,
40、最大轧制压力应最大轧制压力应达达 1 0 0 MN 1 0 0 MN。为了确保成品钢板的厚度精度、低平凸度、良。为了确保成品钢板的厚度精度、低平凸度、良好的平直度好的平直度,轧机的刚性系数应达轧机的刚性系数应达 1 0 k N/mm,1 0 k N/mm,支承辊直径支承辊直径达达2 0 0 02 0 0 0 2 40 0 mm,2 40 0 mm,同时应采用工作辊弯辊等平直度控同时应采用工作辊弯辊等平直度控制手段制手段。v控制轧制所需的大轧制力矩控制轧制所需的大轧制力矩,轧机主传动电机功率应轧机主传动电机功率应达达 21 0 0 0 0 k W上、下单独传动上、下单独传动 ,允许最允许最大过载
41、力矩达大过载力矩达 2 40 0 0 k Nm,电机转速电机转速 0 6 0/1 2 0 r/min,最大轧制速度达最大轧制速度达 6.5 7m/s.42v对加速冷却装置、热矫直机的能力及钢板平直度确保对加速冷却装置、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、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宽度方向上温度均匀,国外加速冷却装置及相关计算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。国外出现了最大矫直机控制系统均有特殊控制功能。国外出现了最大矫直力达力达40 0 0 0 k N等级的强力热矫直机等级的强力热矫直机.v对
42、剪切线设备提出了新的要求。国外出现了可剪切钢对剪切线设备提出了新的要求。国外出现了可剪切钢板强度达板强度达1 2 0 0 MPa厚度厚度 40 mm的强力三的强力三曲轴曲轴 或二曲轴或二曲轴 滚切式剪切机滚切式剪切机,此类设备适应了控此类设备适应了控轧控冷技术的开展。轧控冷技术的开展。v各类工艺参数控制精度要求极高。从加热至热矫直机各类工艺参数控制精度要求极高。从加热至热矫直机 ,至少必须由两级计算机实施生产工艺过程全自动至少必须由两级计算机实施生产工艺过程全自动控制控制,同时必须设置大量的钢板位置检测仪表及测温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
43、制仪表。国外大多数宽厚板厂均采用四级计算机控制435.3控制轧制及控制冷却在型钢生产中的应用445.3.15.3.1控制轧制及控制冷却在棒材生产中的应用控制轧制及控制冷却在棒材生产中的应用q工艺参数的特点工艺参数的特点控制轧制和控制冷却的工艺参数控制与普通热轧控制轧制和控制冷却的工艺参数控制与普通热轧工艺相比具有如下特点工艺相比具有如下特点:1 控制钢坯加热温度。控制钢坯加热温度。对于要求强度高而韧对于要求强度高而韧性可以稍差的微合金钢性可以稍差的微合金钢,加热温度可以高于加热温度可以高于 1 2 0 0。对以韧性为主要性能指标的钢材对以韧性为主要性能指标的钢材,则其则其加热温度要控制在加热温
44、度要控制在 1 1 50以下。以下。2 控制最后几个轧制道次的轧制温度。终轧控制最后几个轧制道次的轧制温度。终轧道次的轧制温度接近道次的轧制温度接近3 温度温度,有时也将终轧有时也将终轧温度控制在温度控制在 +两相区内。两相区内。453 在奥氏体未再结晶区内给予足够的变形在奥氏体未再结晶区内给予足够的变形量。对微合金钢要求在量。对微合金钢要求在 90 0 950以下以下的总变形量大于的总变形量大于 50%,普通碳钢通过多道次变普通碳钢通过多道次变形累计到达奥氏体发生再结晶。形累计到达奥氏体发生再结晶。4控制轧制后的钢材冷却速度、开始快冷控制轧制后的钢材冷却速度、开始快冷温度、快冷终了温度温度、
45、快冷终了温度,以保证获得必要的显微以保证获得必要的显微组织。通常要求轧制后的第一冷却阶段冷却速组织。通常要求轧制后的第一冷却阶段冷却速度要大度要大,第二阶段冷却速度根据钢材性能要求第二阶段冷却速度根据钢材性能要求而定而定.46q该工艺在螺纹钢筋生产中的应用该工艺在螺纹钢筋生产中的应用连轧棒材生产线中连轧棒材生产线中,钢材是在规定的孔型钢材是在规定的孔型系统中完成的系统中完成的,变形条件基本固定变形条件基本固定,不可不可能进行大范围的变形量调整。能进行大范围的变形量调整。全连轧棒材生产线在生产螺纹钢筋时全连轧棒材生产线在生产螺纹钢筋时,主主要是采用控制要是采用控制开轧温度开轧温度和和终轧温度终轧
46、温度的手的手段来改善变形奥氏体的组织状态段来改善变形奥氏体的组织状态,提高钢提高钢材综合性能材综合性能47q螺纹钢筋的控制冷却螺纹钢的控制冷却：利用热轧螺纹钢轧后在奥氏体状态下很快冷却,外表淬成马氏体,随后由其心部放出余热进行自回火,以提高强度与塑性,改善韧性,得到良好的综合力学性能。螺纹钢的综合力学性能和工艺性能,如屈服极限、反弯、冲击韧性,疲劳寿命和焊接性能等,同螺纹钢的最后组织状态有关。而获得何种组织则决定于钢的化学成分、螺纹钢直径、变形条件、终轧温度、轧后冷却条件及自回火温度等参数。合理地选择轧后控制冷却工艺是获得所要求螺纹钢性能的主要任务48q螺纹钢轧后的控制冷却工艺螺纹钢轧后的控制
47、冷却工艺 包括下三个阶段包括下三个阶段:v螺纹钢外表淬成马氏体阶段：螺纹钢外表淬成马氏体阶段：螺纹钢离开精轧机后螺纹钢离开精轧机后,在终轧温度下在终轧温度下,尽快地进入尽快地进入高效冷却装置进行快速冷却。高效冷却装置进行快速冷却。螺纹钢的冷却速度必须大于使外表层到达一定深螺纹钢的冷却速度必须大于使外表层到达一定深度淬火成马氏体的临界温度度淬火成马氏体的临界温度,外表温度低于马氏外表温度低于马氏体开始转变的临界温度体开始转变的临界温度,发生奥氏体向马氏体的转发生奥氏体向马氏体的转变。变。心部由于温度高仍处在奥氏体状态心部由于温度高仍处在奥氏体状态,表层则为马表层则为马氏体及剩余奥氏体组织氏体及剩
48、余奥氏体组织,外表马氏体层的厚度决外表马氏体层的厚度决定于轧后强制冷却的时间。定于轧后强制冷却的时间。49v自回火阶段：自回火阶段：螺螺纹纹钢钢经经第第一一阶阶段段快快速速冷冷却却后后,在在冷冷床床上上进进行行空空冷冷。由由于于第第一一阶阶段段快快冷冷造造成成螺螺纹纹钢钢截截面面上上各各点点的的温温差差较较大大,心心部部的的热热量量将将向向外外表表层层扩扩散散传传导导,形形成马氏体的自回火。成马氏体的自回火。根根据据自自回回火火的的温温度度上上下下,可可以以得得到到回回火火马马氏氏体体或或回回火火索索氏氏体体,表表层层的的剩剩余余奥奥氏氏体体转转变变为为马马氏氏体体。靠靠近近外外表表的的过过渡
49、渡层层,根根据据钢钢的的成成分分冷冷却却条条件件的的不不同同,奥奥氏氏体体将将转转变变成成贝贝氏氏体体、屈屈氏氏体体或或索索氏氏体体,心心部部仍处在奥氏体状态。仍处在奥氏体状态。这这一一段段时时间间的的长长短短取取决决于于螺螺纹纹钢钢直直径径大大小小和和前前一阶段的冷却条件。一阶段的冷却条件。50v心部的奥氏体转变阶段心部的奥氏体转变阶段螺纹钢在冷床上空冷一段时间后断面上螺纹钢在冷床上空冷一段时间后断面上的温度趋于一致，并同时降温，到达奥的温度趋于一致，并同时降温，到达奥氏体向铁素体转变温度氏体向铁素体转变温度，开始相变。，开始相变。根据钢的化学成分、螺纹钢直径大小以根据钢的化学成分、螺纹钢直
50、径大小以及前阶段的冷却效果，心部将转变成铁及前阶段的冷却效果，心部将转变成铁素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织5152q螺纹钢轧后控制冷却的方法螺纹钢轧后控制冷却的方法根据螺纹钢在轧后快冷前变形奥氏体的再结晶状根据螺纹钢在轧后快冷前变形奥氏体的再结晶状态态,螺纹钢轧后冷却的效果可以分为两类螺纹钢轧后冷却的效果可以分为两类:变形的奥氏体已经完全再结晶变形的奥氏体已经完全再结晶,变形引起的位错变形引起的位错或亚结构强化作用已经消除或亚结构强化作用已经消除,变形强化效果减弱变形强化效果减弱或消除或消除,因而强化只能靠相变完成因而强化只能靠相变完成,综合力学性能综合力学性