XXXX第五章控制轧制和控制冷却工艺讲义.pptx

第五章 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用15.1控制轧制和控制冷却的根本内容及工艺参数设计5.1.1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同，根本内容包括几个方面 坯料加热制度的选择原料有钢锭、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密切关系；同时也与所采用的现有加热炉结构和特点有关2 q加热制度主要有：坯料的入炉温度加热速度最高加热温度保温时间坯料出炉温度坯料温度均匀性、氧化和脱碳程度的要求q坯料的最高加热温度的选择：应考虑原始奥氏体晶粒、晶拉均匀程度碳化物的溶解程度开轧温度和终轧温度的要求3生产经验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控轧钢坯料的加热温度比普通热轧坯料的加热温度低50100左右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l050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，降低轧机的产量特别注意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织粗大而不均匀，力学性能降低 45.1.2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、道次分配、冷却设备的型式、特点和冷却能力q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、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5工艺方案v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结晶的临界变形量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，而在奥氏体的未再结晶区继续变形，并在未再结晶区结束轧制6工艺方案第三种方案：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75.1.3控制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、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。

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，导致性能下降8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，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 ，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方案，也取得较好的效果，而且不降低轧机产量经验结论 在未再结晶区大于4550的总变形率有利于铁素休晶粒细化9终轧温度确实定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，变形奥氏体向铁素体或渗碳体转变的相变温度都有提高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在两相区内的压下道次、总变形量和终轧温度，只有这样才能到达两相区控轧要求10工艺优化v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v优化参数：轧机的允许轧制压力，设备条件v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，充分发挥轧机能力，提高轧机产量，并为工艺参数的计算机控制提供了合理数据和控制程序。

111型钢生产中的控制轧制工艺参数温度制度生产型钢的孔型系统和尺寸根本确定 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 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？ 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122热轧钢管生产的控制轧制工艺参数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度和变形量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高钢管性能，简化工艺过程和节省能源的目的133控轧、控冷钢化学成分的调整其他成分相同时，含0.1C钢的经过控轧，因晶粒细化,s相当于普通热轧含碳0.2%C钢的s值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 Mn P S Si等145.1.4控制冷却工艺设计根据钢材的产品种类、尺寸规格和形状的不同以及轧机特点和主设备布置的区别，控空冷却工艺各不相同，工艺设计的内容也有所差异现就钢板、钢管和型钢的控制冷却工艺的设计分别介绍如下。

151)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 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 灵活可靠，对水质要求不高，容易维修保养，能够用计算机进行控制冷却方式：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、 空冷在空气中自然冷却、 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机的压住钢板以防止钢板变形 16 (2)水冷设备和系统设计按所选择的水冷方式对水冷设备进行设计如果本车间已经具有控制冷却装置，那么可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17 (3)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)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，到达预测的钢板组织和性能185.2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19管线钢的开展历史 60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢 .这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中参加0.2%的Nb、V、Ti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1973年和1985年，API标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢2021特点利用细小的TiN 来增加基体合金和焊缝的韧性，而降低了C、Mn 和Mo 来提高可焊性降低Mn 和Mo 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增加板坯中的细小TiN 含量来提高韧性 22利用细小的TiN 控制轧制概要 1使板坯加热时的晶粒此后称为H细化至ASTM47号，并使细小的TiN不大于0.02m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，奥氏体晶粒此后称为R显著地均匀细化，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2在再结晶区域轧制时，细小的TiN阻止再结晶的奥氏体晶粒长大，并加速它们的细化3利用细小的TiN的控制轧制操作一般可用于任何成分的钢23q运用细小的TiN 控制轧制的研究试验钢的化学成分 注：加热条件：加热时间、保温时间：所有钢均为1 小时 ，不管它们的化学成分如何当保温时间在0 和2 小时之间，而加热温度不高于1150时，随保温时间增加，晶粒的长大不超过ASTM No.5 级。

24用细小的TiN细化H为了到达使H有效地细化，TiN的尺寸和含量最好不大于0.02m和不少于0.004H细化对R的影响细小的TiN对H的细化有显著的影响在再结晶区域轧制后对晶粒细化进行了试验而不管晶粒尺寸的差异如何小，无TiN钢晶粒趋向较大的尺寸区间25结论 参加细小的TiN使H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用于任何化学成分的钢例如在改善低C中Mn-Nb-V，低Mo钢的韧性也获得成功采用这种工艺，新日本钢铁公司已建立了北极用厚壁X70 级管线的大规模生产系统265.2.2现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术近三十年以来 ,控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的开展 ,国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27q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主要有 :固溶、析出、位错、细晶(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 Nb,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28获得细小铁素体晶粒的途径三阶段控制轧制原理奥氏体再结晶区域轧制 ( 950 )在奥氏体再结晶区域轧制时 ,轧件在轧机变形区内发生动态回复和不完全再结晶。

在两道次之间的间隙时间内 ,完成静态回复和静态再结晶加热后获得的奥氏体晶粒随着反复轧制再结晶而逐渐变细图中第 阶段 ,由于轧件温度较高 ,奥氏体再结晶在短时间内完成且迅速长大 ,未见明显的晶粒细小随着轧制温度的降低 ,轧制道次的增多 (即 :再结晶次数的增多 ),在低温再结晶区域 (图中第 阶段 )轧制时 ,晶粒细化效果明显，强化作用充分表达出来 ,相变后的组织为细小等轴的铁素体晶粒和珠光体组织29奥氏体未再结晶区域轧制 ( 950 Ar3 )在奥氏体未再结晶区域 (图中第 阶段 )轧制时 ,由于轧后的奥氏体不产生再结晶 ,因此随着轧制道次的增加 ,变形奥氏体晶粒沿轧制方向逐渐拉长 ,且在变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铁素体形核部位随着变形量的增大 ,变形带数量增多 ,而且分布更均匀另外奥氏体晶粒被拉长后 ,将阻碍铁素体晶粒的长大 ,因而相变后可获得更加细小的铁素体及珠光体组织对于微合金钢而言 ,微合金元素的碳氮化合物在相变时 ,优先在奥氏体晶界、变形带、位错处析出 ,从而阻碍铁素体、珠光体晶粒的长大30奥氏体和铁素体两相区轧制 (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 6 0 % 80 % ,轧后中间坯厚度为成品厚度的 3 4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90 0 80 0之间 ,尽可能避开奥氏体局部再结晶区域 ,防止因出现奥氏体混晶组织对性能造成不利影响34在未再结晶区结束轧制的控轧工艺 ,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在 (+)两相区进行轧制的控轧工艺 ,终轧温。