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2008级轧钢（1）班毕业论文论文题目：中厚板的控制轧制和控制冷却学校名称：河北理工大学继续教育学院专业名称：轧 钢学 号：20080710215姓 名：仇占明指导教师：汪青山2010.11.21目 录一、引言 1二、TMCP的概念和特征 2三、中厚板的控制轧制基础 3四、中厚板控轧工艺过程的新方法 7五、低碳贝氏体钢的发展 7六．TMCP钢在不同领域应用的状况 10七．中厚板的控制冷却设计 13八．加速冷却设备 15九．今后的展望 18十．结论 15参考文献 17中厚板的控制轧制和控制冷却摘 要60年代以后，对中厚板热变形过程中钢的组织变化进行了多方面的深入系统的研究工作进一步证实了坯 料加热.热轧和轧后的冷却条件对钢板的组织和性能有极大的影响，引起冶金工作者的重视，为形成中厚板的控制轧制和控制冷却工艺及其机理创造了有利条件，打下了基础目前，这相研究已经日趋完善，形成了新的中厚板工艺——控制轧制和控制冷却，即TMCP技术关键词：中厚板 控制轧制 控制冷却 组织 性能一、引言TMCP (Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺)作为提高钢材的强度、韧性和焊接性的材质控制工艺技术，它是以厚板为中心进行开发的。

所谓TMCP就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(CR Control Rolling)的基础上，再实施空冷或控制冷却(加速冷却／ACC：Accelerated Cooling)的技术总称，本文从狭义上是指控制轧制后的加速冷却技术，简称为TMCP虽然在20世纪50年代已采用了轧制后直接淬火工艺，但尚未达到批量化生产其原因是轧制长度受到限制、冷却均匀性(材质和形状)等课题尚未解决等其后，经过冶金学和冷却控制设备的研究，到了20世纪80年代开发出了TMCP技术自TMCP开发以来已经历了20多年的时间，在这期间TMCP的应用范围不断扩大，目前已成为生产厚板不可或缺的技术另外，TMCP还是一项节约合金和能源的工艺从环保方面来看，它是一项意义深远的技术TMCP钢是一种高强度、高韧性钢，焊接性比常规轧制钢的好，能提高焊接施工效率，因此受到用户的好评，其应用领域除了造船领域外，还涉及了海洋结构件、干线管和建筑等各种领域目前TMCP钢已占日本厚板产量的20％左右尤其是，在抗拉强度490MPa以上的高强度钢中，TMCP钢的占有量实际上达到40％左右，TMCP钢的市场占有率已越来越大。

而且，今后随着用户对钢的强度和韧性要求的进一步提高，还将对钢的新功能提出要求，因此TMCP将会得到进一步的发展二、TMCP 的概念和特征TMCP的特征是，与常规轧制钢和正火钢相比，它不依赖合金元素，通过水冷控制组织，可以达到高强度和高韧性，而且在碳当量极低的情况下能够生产出相同强度的钢材，因此可以降低或省略焊接时的预热温度碳当量低可以降低焊接热影响区(HAZ：Heat Affected Zone)的硬度，不容易形成因显微偏析而产生的局部硬化相，由此容易确保焊接部的韧性，通过与后述的热影响区组织控制技术的组合，即使在大线能量焊接时也能确保良好的韧性对于即使在低碳当量下也能生产强度和韧性好的TMCP钢的组织控制想法做一说明TMCP钢通常要微量添加Nb、Ti和A1等元素，这些元素的碳氮化物(NbCN、TiN和AIN等)在加热阶段利用Pinning的效果来控制奥氏体晶体的粗大化加热后采用普通轧制法在奥氏体再结晶温度区域中反复进行轧制组织会因此反复地恢复和再结晶，奥氏体晶粒度发生细化，在此情况下进行空冷后由奥氏体产生的等温加工过程中的珠光体组织会比板坯当初的凝固组织大幅度细化这是一种对常规轧制钢板的轧制组织控制的一种想法。

但是，其组织细化存在着极限，例如，为提高钢的韧性，可以采用正火热处理来细化组织；为提高强度，可以采用添加各种合金元素的办法而TMCP钢是在奥体再结晶后，再在被称作奥氏体未再结晶区域的低温区域中反复进行轧制，从而将形变带导入变形的奥氏体中在添加Nb的钢中，由于有效抑制了轧制中因NbCN应变诱发析出的再结晶，因此未再结晶区域的温度升高，即使不实施极低温轧制，也会导入大量的形变带从奥氏体向铁素体转变时，该形变带还能作为相变核起作用利用轧制后的水冷，可以抑制晶粒的生长，获得超细的铁素体组织或贝氏体组织，尤其是在冷却速度快的情况下，能获得马氏体组织结果，在铁素体贝氏体型的抗拉强度490MPa级的钢中，采用正火法时，晶粒的细化极限为10微米左右，而采用TMCP化时，晶粒可细化至5微米　 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、压力容器用钢板等这些中厚板品种中三、中厚板控制轧制基础3.1控制轧制的三阶段控制轧制的三阶段控制轧制工艺包括把钢坯加热到最适宜的温度，在轧制时控制变形量和变形温度以及轧制按工艺要求来冷却钢材。

通常将控制轧制工艺分为三个阶段:3.1.1奥氏体区控制轧制阶段在奥氏体区高温部分轧制，再结晶和轧制过程同时(小于is)进行不完全动态再结晶，形成粗大晶粒在高温下轧制，要，晶粒发生动态再结晶的条件是，高变形量和低轧制速度，这与现有轧机条件完全不适应因此，在高温区轧制不能引起完全动态再结晶和形成细小的再结晶晶粒低温奥氏体变形阶段(1000℃左右)，通过反复变形和再结晶，使γ按静态再结晶机制发生晶粒显著细化，但是奥氏体晶粒细化是有极限的，大约为20um3.1.2γ未再结晶区域轧制阶段这是形变和相变同时进行的阶段在这个阶段，y晶粒被拉长，同时产生滑移带奥氏体晶界的增加和滑移带的出现，为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体3.1.3.(α+γ)两相区控制轧制是加工硬化和继续相变的阶段在该阶段中，使己经相变的铁素体晶粒变形，引入大量位错和亚结构等;同时使未相变的奥氏体晶粒也引入大量的变形带，作为相变时铁素体的形核点;因此进一步细化铁素体晶粒，产生加工硬化，提高强度，改善韧性在实际 的 控制轧制中，一般采用上述几种方式的组合，即在奥氏体变形高温阶段，通过奥氏体再结晶区控轧，得到等轴细小的奥氏体再结晶晶粒:在奥氏体未再结晶区变形得到“薄饼形”未再结晶的晶粒，晶内出现高密度的形变孪晶和形变带从而有效增加晶界面积;在(γ+α)两相区变形时，一方面奥氏体晶粒被拉长，另一方面己相变的铁素体晶粒内部出现亚结构。

同样为铁素体晶粒提供新的形核点，使形变组织更细密3.2控制轧制工艺的机理和特点　　控制轧制工艺是指钢坯在稳定的奥氏体区域（Ar3）或在亚稳定区域（Ar3～Ar1）内进行轧制，然后空冷或控制冷却速度，以获得铁素体与珠光体组织，某些情况下可获得贝氏体组织现代控制轧制工艺应用了奥氏体的再结晶和未再结晶两方面的理论，通过降低板坯的加热温度、控制变形量和终轧温度，充分利用固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化机理，使钢板内部晶粒达到最大细化从而改变低温韧性，增加强度，提高焊接性能和成型性能所以说，控制轧制工艺实际上是将形变与相变结合起来的一种综合强化工艺　控制轧制一般有控温轧制和热机轧制两种　　在控温轧制中，为了获得所要求的目标值，必须在规定的温度范围内进行总变形第一个负荷道次的开轧温度是事先通过出炉温度规定的轧制的温度范围由规定的终轧温度决定一般情况下，只有轧制过程在规定的时间内中断，并将轧件送到停歇场上进行冷却，这个终轧温度才能得到保证在这种轧制方式中，轧制中断时的钢板厚度没有规定，轧制钢板可以取消常规的正火处理　　热机轧制是在规定的温度范围内按照所规定的压下量进行轧制，又分为两阶段轧制和三阶段轧制。

在两阶段轧制中，轧制过程中断一次，并使轧件冷却到下一阶段所要求的轧制温度在三阶段轧制中，轧制过程中断两次轧制阶段是由该阶段中预先给定的厚度压下量和完成该厚度压下量时的温度范围决定的由此产生了中间厚度和各阶段之间的轧制时间　　控轧的目的是在热轧条件下，通过细化铁素体晶粒，生产出韧性好、强度高的钢材例如，正常轧制工艺铁素体晶粒最好的情况是7～8级，直径大于20μm，而控制轧制工艺得到的铁素体晶粒为12级，其直径为5μm，这样细的晶粒是控制轧制最突出的优点　　控制轧制工艺还可以充分发挥微量元素的作用，含有微量Nb、V、Ti等元素的普通低碳钢采用控制轧制工艺，能获得更好的综合性能四、中厚板控轧工艺过程的新方法中厚板的质量很大程度上取决于对轧制工艺过程的控制常规方法有许多不足之处，原始凸度的设定无法对不同规格、不同材质的轧件进行跟踪控制；不均匀冷却方法具有响应太慢的缺点戴维.麦基公司对板形自动控制系统及冷却液的喷射装置进行了独特的设计，其中彼此分隔开的冷却和润滑系统（SLC）和动态轧制工艺系统（DSS）收到了很好的效果4.1分隔开的冷却和润滑系统（SLC）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，从而使轧机的功率密度大大提高4.2动态轧制工艺系统（DSS）　　戴维.麦基公司利用计算机预测了全带材轧制的主要过程充分利用计算机来建立轧制过程中的数学模型，本质上就是的模型参数估计其中最为典型的例子是动态轧制工艺系统　该系统主要安装在热轧机组上，用于板形和断面形状的控制由建立的数学模型和程序，根据预测的结果，连续地由轧机自适应功能进行控制与通常的反馈式AGC系统不同之处，在于这个系统采用两个基本自适应等级第一级为轧机控制的自适应，即包括轧辊的弯辊力、压下量的方式、运行速度和轧辊冷却液的分布等，使产品质量达到始终稳定一致。

第二级是预测模型所用系数的自适应，即利用在轧制过程中测得的参数经过趋势回归分析来实现接着按实测值与模型预测值的误差值作为一个函数来调整模型的系数　　应用DSS的主要目的是要生产出横向厚度均匀一致的产品五、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α-钢的低碳高锰（0.06%）相变强化钢与传统的α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。