1、鋼材控制軋制和控制冷卻技術材料成型及控制工程宋昊霖學號34鋼材控制軋制和控制冷卻技術宋昊霖東北大學，材料成型及控制工程專業，學號34摘要: 近三十年以來，控制軋制和控制冷卻技術在國外得到了迅速的發展，各國先后開展了多方面的理論研究和應用技術研究，并在軋鋼生產中加以利用，明顯的改善和提高了鋼材的強韌性和使用性能，為了節約能耗、簡化生產工藝和開發鋼材新品種創造了有力條件。目前國內外大多數寬厚板廠均采用控制軋制和控制冷卻工藝,生產具有高強度、高韌性、良好焊接性的優質鋼板。控制軋制和控制冷卻工藝的開發與理論研究進一步揭示了熱變形過程中變形和冷卻工藝參數與鋼材的組織變化、相關規律以及鋼材性能之間的內在關

2、系，充實和形成了鋼材熱變形條件下的物理冶金工程理論，為制定合理的熱軋生產工藝提供理論依據。關鍵詞:控制軋制，控制冷卻Controlled rolling and controlled coolingSONG haolinLiaoning university of science and technology, Material forming and control engineering, Student id 34Abstract:For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtai

3、ned the rapid development in foreign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save

4、 energy consumption, simplify production process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt controlled rolling and controlled cooling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high q

5、ualified steel plate. Controlled rolling and controlled cooling technology development and theory research of further reveals that the thermal deformation in the process of deformation and cooling process parameters and the change of the organization of the steel, the relevant laws and the internal

6、relations between steel performance, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process.Key Words：Controlled rolling and controlled cooling1引言20世紀之前，人們對金屬顯微組織已經有了一些早期研究和正確認識，已經觀察到鋼

7、中的鐵素體、滲碳體、珠光體、馬氏體等組織。20世紀20年代起開始有學者研究軋制溫度和變形對材料組織性能的影響，這是人們對鋼材組織性能控制的最初嘗試，當時人們不僅已經能夠使用金相顯微鏡來觀察鋼的組織形貌，而且還通過X射線衍射技術的使用加深了對金屬微觀組織結構的認識。 1980年OLAC層流層裝置投產，控軋控冷在板帶、棒線材等大面積應用，技術已成熟，理論進展發展迅速。2文獻綜述2.1控軋控冷技術的發展控制軋制 ( C- R) 和控制冷卻 ( C- C) 技術的研究始于 1890年至二次世界大戰期間的德國,當時科研人員對鋼鐵制品的熱加工條件、材質及顯微金相組織之間的關系進行了非系統的零散研究,只是定

8、性地揭示了熱加工條件和材質間的關系。到了 20世紀 60年代初期, 在美國科研人員定性地解釋了熱軋后的鋼材繼續發生奧氏體再結晶的動力學變化后, 這才從理論上某種程度地解釋了控制軋制技術。到了 20世紀 60年代末期, 科研人員通過試驗發現, 添加微量元素鈮 (Nb) 對提高單純軋制鋼材的強度有效。隨后進一步的研究表明, 造成鈮系鋼材高強度的原因, 是由于微細鈮碳氮化合物的鐵素體析出相強化造成的。同期英國鋼鐵研究機構( British Iron and Steel research assocition) 對軋制鋼材的顯微結構和機械性能的定量關系、鈮、釩(V) 的強化機理, 控制軋制原理等進行研

9、究, 證實了依靠物理冶金基礎, 進行合理的合金成分的設計和軋制條件的設定, 便能達到所期望的鋼材目標性能值和顯微組織。到了 20世紀 70年代, 對鋼材強度、低溫韌性、焊接性能要求更高了, 而此時僅僅依靠傳統的控制軋制技術遠遠不夠。于是在奧氏體控制軋制的基礎上, 還需要控制冷卻速度來控制 相變本身, 于是開始了真正意義的控軋控冷技術的應用。2.2控制軋制的機理和特點控制軋制工藝是指鋼坯在穩定的奧氏體區域（Ar3）或在亞穩定區域（Ar 3 Ar1）內進行軋制，然后空冷或控制冷卻速度，以獲得鐵素體與珠光體組 織，某些情況下可獲得貝氏體組織。現代控制軋制工藝應用了奧氏體的再結晶和未再結晶兩方面的理論

10、，通過降低板坯的加熱溫度、控制變形量和終軋溫度，充分利用固溶強化、沉淀強化、位錯強化和晶粒細化機理，使鋼板內部晶粒達到最大細化從而改變低溫韌性，增加強度，提高焊接性能和成型性能。所以說，控制軋制工藝實際上是將形變與相變結合起來的一種綜合強化工藝。 控制軋制一般有控溫軋制和熱機軋制兩種。 在控溫軋制中，為了獲得所要求的目標值，必須在規定的溫度范圍內進行總變形。第一個負荷道次的開軋溫度是事先通過出爐溫度規定的。軋制的溫度范圍由規定的終軋溫度決定。一般情況下，只有軋制過程在規定的時間內中斷，并將軋件送到停歇場上進行冷卻，這個終軋溫度才能得到保證。在這種軋制方式中，軋制中斷時的鋼板厚度沒有規定，軋制鋼

11、板可以取消常規的正火處理。熱機軋制是在規定的溫度范圍內按照所規定的壓下量進行軋制，又分為兩階段軋制和三階段軋制。在兩階段軋制中，軋制過程中斷一次，并使軋件冷卻到下一階段所要求的軋制溫度。在三階段軋制中，軋制過程中斷兩次。軋制階段是由該階段中預先給定的厚度壓下量和完成該厚度壓下量時的溫度范圍決定的。由此產生了中間厚度和各階段之間的軋制時間。控軋的目的是在熱軋條件下，通過細化鐵素體晶粒，生產出韌性好、強度高的鋼材。例如，正常軋制工藝鐵素體晶粒最好的情況是78級，直徑大于20m，而控制軋制工藝得到的鐵素體晶粒為12級，其直徑為5m，這樣細的晶粒是控制軋制最突出的優點。 控制軋制工藝還可以充分發揮微量

12、元素的作用，含有微量Nb、V、Ti等元素的普通低碳鋼采用控制軋制工藝，能獲得更好的綜合性能。2.3控制冷卻的工藝特點控制冷卻的優點：1.節約能源、降低生產成本。利用軋后鋼材余熱，給予一定的冷卻速度控制其相變過程，從而可以取代軋后正火處理和淬火加回火處理，節省了二次加熱的能耗，減少了工序， 縮短了生產周期，從而減低了成本。2. 可以降低奧氏體相變溫度，細化室溫組織。軋后控制冷卻能夠降低奧氏體相變溫度，對同一晶粒級別的奧氏體，低溫相變后會使晶粒明顯細化，使珠光體片層間隔明顯變薄。例如，在800終軋的16Mn鋼材，當軋后冷卻溫度從0.5/s提高到9.5/s時晶粒平均直徑從12m細化到7.5m，s從3

13、60Pa增加到420Pa。3.可以降低鋼的碳當量。采用軋后控制冷卻工藝有可能減少鋼中碳含量及合金元素加入量，達到降低碳當量的效果。低的碳當量有利于焊接性能、低溫韌性和冷成型性能，這是當前各國所追求的大規模生產工業用鋼材的最經濟工藝路線。4. 道次間控制冷卻可以減少待溫時間，提高軋機的小時產量。在道次間采用控制冷卻，可以精確地控制終軋溫度，減少軋件停下來等待降溫的時間。在控制軋制時，為了保證能在奧氏體未再結晶區軋制，一般均采用待溫軋制的工藝，待溫軋制延長軋制節奏，降低產量。為了少影響產量，采用多塊鋼坯循環交叉軋制的方法，雖然補救了一些，但需要增建離線旁路輥道及移送設備，增加了場地和設備。采用道次

14、間控制冷卻，在保證冷卻均勻的條件下，可以取消待溫和循環軋制。從而提高產量。如生產3.0mm厚、1000mm寬熱軋板卷時，開動連軋機架間的冷卻裝置可以使軋機小時產量從550t增加到720t。 2.4控制軋制工藝的優點和缺點控制軋制的優點如下： 1可以在提高鋼材強度的同時提高鋼材的低溫韌性。 采用普通熱軋生產工藝軋制16Mn鋼中板，以18mm厚中板為例，其屈服強度s330MPa，-40的沖擊韌性Ak431J，斷口為95%纖維狀斷口。當鋼中加入微量鈮后，仍然采用普通熱軋工藝生產時，當采用控制軋制工藝生產時，-40的Ak值會降低到78J以下，然而采用控制軋制工藝生產時。然而采用控制軋制工藝生產時-40

15、的Ak值可以達到728J以上。在通常熱軋工藝下生產的低碳鋼晶粒只達到78級，經過控制軋制工藝生產的低碳鋼晶粒可以達到12級以上（按ASTM標準），通過細化晶粒同時達到提高強度和低溫韌性是控軋工藝的最大優點。2.可以充分發揮鈮、釩、鈦等微量元素的作用。 在普通熱軋生產中，鋼中加入鈮或釩后主要起沉淀強化作用，其結果使熱軋鋼材強度提高、韌性變差，因此不少鋼材不得不進行正火處理后交貨。當采用控制軋制工藝生產時，鈮將產生顯著的晶粒細化和一定程度的沉淀強化，使軋后的鋼材的強度和韌性都得到了很大提高，鈮含量至萬分之幾就很有效，鋼中加入的釩，由于具有一定程度的沉淀強化的同時還具有較弱的晶粒細化作用，因此在提高

16、鋼材強度的同時沒有降低韌性的現象。加入鋼種的鈦雖然具有細化加熱時原始晶粒的作用，但在普通軋制條件下鋼中的鈦不能發揮細化軋制變形過程中晶粒的作用，仍然得不到同時提高鋼的強度和韌性的效果，當采用控制軋制工藝生產含鈦鋼時，才能使鋼種的Ti（C,N）起沉淀強化和晶粒細化的雙重作用，如有的文獻中報導控制軋制生產的含鈦鋼的強度75%來自沉淀強化，25%來自晶粒細化。由于有中等程度的晶粒細化效果，鋼的低溫韌性提高。 控制軋制工藝的缺點：要求較低的軋制變形溫度和一定的道次壓下率，因此增大了軋制的負荷。此外由于要求較低的終軋制溫度，大規格產品需要在軋制道次之間待溫，降低軋機的生產率。為此世界各國開始對軋機進行技術改造，采用大負荷軋機，安裝升降輥道，道次間中間冷卻來減少軋制待溫時間，提高軋機生產效率。2.5控制軋制、控制冷卻工藝參數控制特點控制軋制和控制冷卻的工藝參