1、1.4 控軋控冷的應用主講：王慶娟v控制軋制的優點如下：v（1）可以在提高鋼材強度的同時提高鋼材的低溫韌性。v（2）可以充分發揮鈮、釩、鈦等微量元素的作用。v控制軋制工藝的缺點：v（1）要求較低的軋制變形溫度和一定的道次壓下率，因此增大了軋制負荷。v（2）由于要求較低的終軋溫度，大規格產品需要在軋制道次之間待溫，降低軋機生產率。v控制冷卻工藝的優點v（1）節約能耗、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，從而降低了生產成本。v（2）可以降低奧氏體相變溫度，細化室溫組織。軋后控制

2、冷卻能夠降低奧氏體相變溫度，對同一晶粒度級別的奧氏體，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。v（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的碳含量及合金元素加入量，達到降低碳當量的效果。v（4）道次間控制冷卻可以減少待溫時間，提高軋機小時產量。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。v控制軋制、控制冷卻工藝參數控制特點v（1）控制鋼坯加熱溫度。根據對鋼材性能的要求來確定鋼坯加熱溫度，對于要求強度高而韌性可以稍差的微合金鋼，加熱溫度可以高于1200，對以韌性為主要性能指標的鋼材，則必須控制其加熱溫度在1150 以下。v（2）控

3、制最后幾個軋制道次的軋制溫度。一般要求終軋道次的軋制溫度接近Ar3溫度，有時也將終軋溫度控制在（A+F）兩相區內。v（3）要求在奧氏體未再結晶區域內給予足夠的變形量。對于微合金鋼要求在900950 以下的總變形量大于50%，對于普通碳鋼通過多道次變形累積達到奧氏體發生再結晶。v（4）要求控制軋后的鋼材冷卻速度、開始快冷溫度、快冷終了溫度或卷取溫度，以便保證獲得必要的顯微組織。提高控軋、控冷鋼材強韌性的因素提高控軋、控冷鋼材強韌性的因素控制軋制、控制冷卻技術在工業中的應用控制軋制、控制冷卻技術在工業中的應用1.線、 棒材控制軋制技術v控溫軋制有如下兩種變形制度：vA二段變形制度v粗軋在奧氏體再結

4、晶區軋制， 通過反復變形及再結晶細化奧氏體晶粒； 中軋及精軋在950以下軋制， 是在 相的未再結晶區變形， 其累計變形量為60%70%， 在Ar3附近終軋， 可以得到具有大量變形帶的奧氏體未再結晶晶粒， 相變以后能得到細小的鐵素體晶粒。vB 三段變形制度v粗軋在 再結晶區軋制， 中軋在950以下的 未再結晶區軋制， 變形量為70%， 精軋在Ar3與Ar1(之間的雙相區軋制。這樣得到細小的鐵素體晶粒及具有變形帶的未再結晶奧氏體晶粒， 相變后得到細小的鐵素體晶粒并有亞結構及位錯。為了實現各段變形，必須嚴格控制各段溫度， 在加熱時溫度不要過高， 避免奧氏體晶粒長大， 并避免在部分再結晶區中軋制形成混

5、晶組織， 破壞鋼的韌性。v一般采用降低開軋溫度的辦法來保證對溫度的有效控制。根據幾個生產廠應用控溫軋制的經驗， 高碳鋼 （或低合金鋼） 、 低碳鋼的粗軋開軋溫度分別為900、850， 精軋機組入口軋件溫度分別為925、870， 出口軋件溫度分別為900、850。在設計上， 低碳鋼可在800進入精軋機組精軋， 常規軋制方案也可在較低溫度下軋制中低碳鋼材， 以促使晶粒細化。v中軋機組前加水冷箱可保證精軋溫度控制在900、， 而在精軋機處軋制溫度為700750， 壓下量為3545%， 以實現三階段軋制。v如能在無扭精軋機入口處將鋼溫控制在950、以下， 粗、 中軋可考慮在再結晶區軋制， 這樣可降低對

6、設備強度的要求。v日本有的廠將軋件溫度冷卻至 650、進入無扭精軋機組軋制， 再經斯太爾摩冷卻線，這樣可得到退化珠光體組織， 到球化退火時， 退火時間可縮短 1/2。2 控制冷卻工藝參數設計v一、終軋溫度的設定v1） 高碳鋼、 低合金高強度鋼以及冷鐓鋼之類線材的終軋溫度v對于強度和韌性要求較嚴格線材，要求奧氏體晶粒細化 （粗晶粒沖擊韌性差） 、 脫層薄， 所以它們的終軋溫度不能過高， 一般應控制在930-980 。v2） 低碳軟鋼、 碳素焊條鋼線材的終軋溫度v對強度性能要求不高， 主要用于拉拔鐵絲、 制釘等用途的由于含碳量低， 奧氏體化溫度高， 所以終軋溫度應相應高一些， 一般可設定在980-

7、1050 。v3） 軸承鋼線材的終軋溫度v對于軸承鋼， 為了避免網狀碳化物形成， 在軋機能力許可的情況下， 應該使終軋溫度可能低于900 。如不能達到， 則需在軋后快冷至 650左右保溫。v4） 奧氏體-鐵素體型不銹鋼線材的終軋溫度v對某些奧氏體-鐵素體型不銹鋼， 為了讓碳化物充分溶解， 以便在后續冷卻中得到固溶處理的效果， 必須進行高溫終軋。終軋溫度一般不低于 1050 。終軋溫度的控制可通過增加或減少精軋機機架間水冷量和精軋機前水箱水量來實現。v熱軋后控制冷卻工藝包括三個不同的冷卻階段，一般把從終軋溫度開始到奧氏體向鐵素體開始轉變溫度Ar3的冷卻稱為一次冷卻，把隨后至奧氏體相變完成的整個過

8、程的冷卻稱為二次冷卻把奧氏體相變完了至室溫的冷卻稱為三次冷卻(空冷)。三個冷卻階段的目的和要求是不同的。v 一次冷卻的目的是控制熱變形后的奧氏體狀態阻止奧氏體晶粒長大，固定由于變形而引起的位錯，加大過冷度，降低相變溫度，為相變做組織上的準備。相變前的組織狀態直接影響相變機制和相變產物的形態、大小和鋼材性能。一次冷卻的開始快冷溫度越接近終軋溫度，細化奧氏體效果越好。v 二次冷卻在相變過程中控制相變冷卻開始溫度、冷卻速度和停止溫度等，以保證得到所需金相組織與鋼材性能。不同鋼種根據組織性能的要求選擇不同的冷卻速度。低碳鋼、低合金鋼、微合金鋼軋后快冷，可以得到鐵素體和細珠光體及彌散的碳化物；高碳鋼、高

9、碳合金鋼軋后快冷，能減小珠光體片層間距；冷撤鋼、軸承鋼緩冷，等溫轉變可以得到變態珠光體、球狀或半球狀碳化物，節約用戶熱處理球化退火時間。v 三次冷卻或空冷，相變結束后采用空冷，固溶在鐵素體中的過飽和破化物隨溫度降低在不斷彌散析出，便其沉淀強化。v 高線控制軋制技術的目的是減少脫碳，控制晶粒尺寸，控制顯微組織與性能，控制氧化鐵皮，節約或取消熱處理。v控制上一般采用兩段或三段變形制度，由于高線孔型系統一定，因此變形量調整不大，主要靠溫度控制來改善變形奧氏體的組織狀態，提高鋼材性能，在設計上采用低溫開軋、精軋前后水箱水冷來實現。一般粗軋在奧氏體再結晶區變形細化晶粒，中軋或精軋在950以下軋制，在相末

10、再結晶區變形；或中軋在950以下軋制，在相未再結晶區變形精軋在Ar3與Ar1兩相區軋制。 v不同產品因鋼種、成分及最終用途的不同要求不同的冷卻速度，以此來控制轉變時間、相交組織狀態。冷卻方法主要有兩種類型：一類是采用水冷+運細機散卷風冷(或空冷)，典型工藝有斯太爾摩冷卻工藝、阿希洛冷卻工藝、施羅曼冷卻工藝、達涅利冷卻工藝等；另一類是水冷+其他介質或其他布卷方式冷卻，如ED法、它是控制相變開始溫度的關鍵參數。在斯太爾摩控冷工藝中， 一般根據鋼種和用途的不同將吐絲溫度控制在760-900。部分鋼種選用下列吐絲溫度：二、 吐絲溫度的設定對低、 中碳鋼為了提高強度， 應降低吐絲溫度， 而對高碳鋼， 則

11、要提高吐絲溫度才能獲得強度的增加。 對有些以強度為主的線材， 如建筑用鋼筋， 為了提高其抗拉強度， 有意將吐絲溫度設定得很低 （ 600以下） ， 讓其表面形成馬氏體， 然后在后續冷卻中利用芯部余熱進行自回火而得到回火馬氏體。這樣處理使線材抗拉強度大大提高。v相變區冷卻速度決定著奧氏體的分解轉變溫度和時間， 也決定著線材的最終組織形態， 所以整個控冷工藝的核心問題就是如何控制相變區冷卻速度。v對具有散卷風冷運輸和這一類型的冷卻工藝來說， 冷卻速度的控制取決于運輸機的速度、 風機狀態和風量大小以及保溫罩蓋的開閉。v運輸機速度是改變線圈在運輸機上布放密度的一種工藝控制參數。通過改變運輸機速度采改變

12、線圈布放密度， 從而控制線材的冷卻速度， 這是散卷冷卻運輸機的主要功能。v一般說來， 在軋制速度、 吐絲溫度以及冷卻條件相同的情況下，運輸機的速度越快，線圈布放得越稀， 散熱速度越快， 因而冷卻速度越快。但這種關系并非對全部速度范圍都成立， 當運輸機的速度快到一定值時， 冷卻速度達到最大， 即使再增大運輸機速度， 冷卻速度也不再增加。這是因為運輸機速度加快， 增加了線圈間距， 使線圈之間的相互熱影響不斷減小， 直至消失， 此時運輸機速度增加， 不能提高冷卻效果。相反， 運輸機速度加快縮短了盤卷的風冷時間， 反而會降低冷卻效果。v運輸機速度的確定除了與鋼種、 規格和性能要求有關之外， 還與軋制速

13、度有關。三、相變區的冷卻速度控制v集卷溫度主要取決于相變結束溫度及其后的冷卻過程。為了保證產品性能， 避免集卷后的高溫氧化和 FeO 的分解轉變以及改善勞動環境， 一般要求集卷溫度在 250以下。有時由于受冷卻條件的限制， 集卷溫度可能會高一些， 但不應高于350。所以， 多數情況下要求集卷段鼓風冷卻， 以降低集卷溫度。四、集卷溫度的確定v為了避免水箱水流對線材頭部造成的阻力， 每根鋼的頭尾要有一段不水冷。頭尾不冷段長度的設定主要取決于鋼種和規格以及水冷段的長度。一般對于小規格線材要等到頭部全部通過三段水冷箱到達夾送輥時才能通冷卻。在尾部還未出水冷箱時就要從前到后每個水箱逐個斷水不冷。對于中等

14、規格的軟線線材， 一般是軋件頭部到達下一水箱時， 前一水箱才開始通水， 尾部可全冷。對大規格線材， 由于軋制速度慢、 直徑粗， 故可讓其頭部通過某一水箱后就對該水箱通水。但大規格線材， 尤其是大規格硬線， 不能對其尾部冷卻， 否則尾部太硬不便于通過吐絲機成圈。五、頭尾不冷段長度的設定3.合金元素的作用v在HRB400盤條生產中，釩、釩-氮、鈮、鈦微合金化成分在20Mnsi基礎上分別增加0.04%-0.12%V、 0.02%-0.04%Nb ， 0.02%-0.05%Ti，強化機制主要為析出強化和細晶強化vHRB400盤條的組織是鐵素體+珠光體釩、鈮微合金元素在控軋控冷中的作用主要有：(1)加熱

15、時抑制 奧氏體晶粒長大；(2)變形時抑制奧氏體再結晶；(3)相變時使鐵素體晶粒細化；(4)相間或鐵素體基體析出強化。v 釩的溶解度較大，熱變形時一般處于固溶狀態，對再結晶過程抑制較小，它的主要作用是奧氏體向鐵素體轉變時相間或鐵素體基體析出強化細晶強化作用較小但是氮的加入在奧氏體中VN的溶解度與NbC相當，變形時誘導析出的VN能抑制奧氏體再結晶和阻止晶粒長大。v 鈮的最突出的作用是抑制高溫變形的再結晶，擴大了再結晶溫度范圍，微量的鈮能起到顯著的細晶強化效果和中等的析出強化效果。在非再結晶區累計變形能誘導相變獲得超細鐵素體晶粒合金元素在鋼中的作用v A 加熱阻止奧氏體長大v 隨著加熱溫度的提高及保

16、溫時間的延長，奧氏體晶粒變得粗大。微合金元素形成高度彌散的碳氮化合物小顆粒可以對奧氏體晶界起固定作用從而阻止奧氏體晶粒長大即提高了鋼的粗化溫度當Nb、Ti含量在0.10%時，可以提高奧氏體粗化溫度到10501100，V在小于0.10% 時，阻止晶粒長大的作用不大在950 左右奧氏體晶粒就開始粗化。v B 抑制奧氏體再結晶抑制奧氏體再結晶v 微量元素對奧氏體再結晶的微量元素對奧氏體再結晶的作用是影響奧體再結晶的臨界作用是影響奧體再結晶的臨界變形量、再結晶溫度、再結晶變形量、再結晶溫度、再結晶速度以及再結晶的晶粒大小。速度以及再結晶的晶粒大小。關于微合金元素阻止再結晶的關于微合金元素阻止再結晶的機

17、理，但一般認為，在高溫下機理，但一般認為，在高溫下產生析出之前。微合金元素固產生析出之前。微合金元素固溶產生變形、位錯與畸變的交溶產生變形、位錯與畸變的交互作用，使得點陣常數發生變互作用，使得點陣常數發生變化，此時拖曳機制起主要作化，此時拖曳機制起主要作用而在相對低的溫度下，變用而在相對低的溫度下，變形誘導析出發生，析出粒子釘形誘導析出發生，析出粒子釘扎晶界移動變得重要扎晶界移動變得重要微合金元素對奧氏休再結晶的影響vC沉淀析出強化v 微合金元素的碳氮化物沉淀強化是微合金鋼中最重要的強化方式之一，微合金碳氮化物的析出不僅可以產生析出強化而且還可以達到晶粒細化的目的。在熱加工或延遲奧氏體在結晶時

18、應變誘導產生的析出會使奧氏體在冷卻轉變時形成極為細小的鐵素體晶粒。v強化作用主要是通過微合金碳化物氮化物在轉變時在鐵素體中析出而產生的。這些在鐵素體中析出的細小彌散的析出物不僅產生顯著的強化效果、而且能夠阻礙在轉變中或轉變后的鐵素體晶粒長大，從而間接的細化晶粒。v細晶強化和沉淀強化在微合金化鋼的強化機制中占主導地位。在這三大作用（固溶、細晶、沉淀）中，每種機理的強化程度又不同，Nb有最強的晶粒細化強化效果，而V具有最強的沉淀強化效果Ti介于上述兩者之間；鋼中微合金元素的碳氮化物溶解析出行為貫穿于物理冶金的方方面面。不同尺寸的析出粒子是機械熱處理過程中的不同階段形成的：(1)在高溫區奧氏體中析出

19、的大顆粒；(2)在隨后熱軋過程小的未再結晶區析出的較小粒子(大于2050nm)；(3)高溫鐵素體區析出的細小粒子：(4)冷卻過程中析出的非常細小的粒子（3-10nm)。應用實例v1)軋制1025mm一般棒材，開軋溫度為1100，16架軋機軋出后經C1水冷器后軋件平均溫度達到850 ，精軋后經過C4冷卻后鋼溫降到650 左右。軋制2850mm圓鋼第十架軋后經C1水冷器空冷，進入17、18精軋機，經過C4冷卻。v2）軋制軋制14mm軸承鋼，出爐溫度為1100，16架軋機軋出后經C1水冷器后軋件進入17、18精軋機，使中軋溫度880 左右。v3）利用軋制預熱進行奧氏體不銹鋼直接淬火，以抑制Cr-C化合物析出，精軋溫度大約1050 ，經水冷淬火后鋼溫低于400 v4）小型控軋控冷，在精軋的最后兩架之前傳水冷，使溫度降到850 以下，在最后兩精軋機給以30%的變形量，軋后再穿水冷到650 以下，控制鋼的組織。