第一篇控制軋制及

控制冷卻理論7鋼材控制冷卻理論基礎§7鋼材控制冷卻理論基礎熱軋鋼材軋后控制冷卻的目的是為了改善鋼材的組織狀態，提高鋼材性能，縮短熱軋鋼材的冷卻時間，提高軋機的生產能力。軋后控制冷卻還可以防止鋼材在冷卻過程中由于冷卻不均產生不均勻變形，而使鋼材扭曲或彎曲。控制冷卻的介質可以是氣體、液體以及它們的混合物，其中水最為常用。§7.1鋼材水冷過程中的物理現象一、水冷時的沸騰換熱現象1、基本概念大容器沸騰：高溫物體浸在具有自由表面的液體中所發生的沸騰，此時產生的氣泡能自由浮升，穿過液體自由表面進入空間。飽和沸騰：液體溫度達到飽和溫度ts，冷卻物表面溫度tw高于飽和溫度所發生的沸騰。§7.1鋼材水冷過程中的物理現象飽和沸騰的換熱規律單相自然對流：核態沸騰（或稱泡狀沸騰）：溫壓小、換熱強過渡沸騰：熱流密度隨△t的增大而減小穩定膜態沸騰：熱流密度隨△t的增大而增大§7.1鋼材水冷過程中的物理現象2、水冷方法：高溫鋼材的水冷卻有三種主要方法，即噴水冷卻，連續水流冷卻和浸入水冷1）浸入冷卻：鋼浸入靜止水中。§7.1鋼材水冷過程中的物理現象2）噴水冷卻：包括小水滴的霧狀冷卻核大水滴的噴水冷卻。100℃以下，強制對流；100－300℃，泡狀沸騰；300－800℃，過渡沸騰；800℃以上，膜狀沸騰。§7.1鋼材水冷過程中的物理現象3）連續水冷卻§7.1鋼材水冷過程中的物理現象二、相變熱釋放現象

鋼在高溫A區進行軋制，隨后在冷卻過程中由FCC結構的A組織向BCC結構的F轉變，體積發生膨脹，同時釋放相變熱。這種相變熱釋放的溫度范圍和釋放的熱量主要受鋼的化學成分和冷卻速度影響。§7.2對流換熱系數及其確定方法一、基本概念對流換熱系數：表示鋼材冷卻時冷卻介質冷卻能力的指標。對流換熱：鋼材冷卻時，流動的冷卻介質通過與熱鋼材表面的接觸，利用兩者之間溫度的不同，產生熱量傳遞的過程，既具有流體分子間的微觀導熱作用，又具有流體宏觀位移的熱對流作用，所以它受到導熱規律和流體流動規律的支配。§7.2對流換熱系數及其確定方法二、熱量計算Q＝αA△tQ－熱流量(W)；α－對流換熱系數(W/m2·℃)；A－換熱表面積(m2)；△t－流體與鋼材表面之間的溫度差。對流換熱系數的測定一般由水冷時鋼材冷卻曲線求出，即所謂非穩定實驗方法，或者通過加熱使鋼材保持一定溫度，即穩定冷卻實驗方法。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇一、控制冷卻的目的

控制冷卻的目的在于能夠在不降低材料韌性的前提下進一步提高材料的強度。低碳鋼、低合金鋼和微合金鋼：改善材的強韌性；高碳鋼和高碳合金鋼：防止變形后的A晶粒長大，降低以至阻止網狀碳化物的析出量和降低級別，減小P團尺寸，改善P形貌和片層間距，從而改善鋼材的性能。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇二、軋后的冷卻階段1、一次冷卻：從終軋溫度開始到變形A向F開始轉變溫度Ar3或二次碳化物開始析出溫度Arcm。

目的：是控制變形A的阻止狀態，阻止A晶粒的長大，阻止碳化物析出，固定因變形而引起的位錯，降低相變溫度、為相變做組織上的準備。一次冷卻的開始溫度越接近終軋溫度，細化變形A和增大有效晶界面積的效果越明顯。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇2、二次冷卻：從相變開始溫度到相變結束溫度范圍內的控制冷卻。

目的：控制鋼材相變時的冷卻速度和停止控冷的溫度，即控制相變過程，以保證鋼材快冷后得到所要求的金相組織和力學性能。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇3、三次冷卻：從相變后至室溫范圍內的冷卻。對于碳鋼，相變結束后的冷卻速度對組織沒有什么影響。對于含Nb鋼、高碳鋼和高碳合金鋼，空冷時會有碳氮化物的析出，引起彌散強化；快速冷卻則可阻止化合物的析出，達到固溶強化目的。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇三、高溫鋼材的具體冷卻方法1、噴水冷卻（噴流冷卻）

水流連續，適用于中厚板軋后冷卻和鋼板淬火。由于水的噴濺厲害，水的利用率較差。2、噴射冷卻水流發生破斷，形成液滴群。3、霧化冷卻為了提高冷卻能力用空氣加速水滴；為了控制冷卻用空氣使水滴微細化。§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇4、層流冷卻水噴射出口的速度較低，形成平滑的噴水噴流。5、浸水冷卻將鋼材直接浸入水中進行快速冷卻的方法。6、管內流水冷卻§7.3控制冷卻各階段的冷卻目的和冷卻方式的選擇§7.4軋后快速冷卻的強韌化機制快速冷卻強化機理與控制冷卻的機理有本質不同。軋后快速冷卻實質上是控制軋制后細化了變形A組織經過快速冷卻，相變組織相應變化，鋼中析出物的大小、數量、析出部位發生變化，從而使鋼材的強韌性得以提高。一、軋后快速冷卻對鋼材強度的影響

控制冷卻鋼材的強化主要是由于F晶粒細化、P片層間距減小、B量的增多和C、N化合物的析出而引起的。而組織的變化又與材料的成分、冷卻工藝相關。§7.4軋后快速冷卻的強韌化機制1、軋后冷卻速度的影響§7.4軋后快速冷卻的強韌化機制2、Nb、Ti含量的影響§7.4軋后快速冷卻的強韌化機制二、軋后快速冷卻對鋼材韌性的影響1、軋后冷卻速度的影響§7.4軋后快速冷卻的強韌化機制2、Nb、Ti含量的影響§7.5熱軋鋼材水冷后溫度場的計算一、基本概念溫度場：各時刻物體中各點溫度分布的總稱，一般的講是坐標和時間的函數。

x，y，z－空間坐標，－時間坐標。非穩態溫度場：物體溫度隨時間改變的溫度場；穩態溫度場：物體溫度不隨時間改變的溫度場，t=f(x,y,z)。§7.5熱軋鋼材水冷后溫度場的計算二、計算溫度場的目的用作軋制時軋件溫度變化的理論計算方法；確定軋件水冷后的返紅溫度；溫度場的計算是溫度應力計算的前提條件；軋件溫度場的計算可給出軋件斷面上各點的冷卻曲線，確定組織和預測軋件性能。小論文參考題目控制軋制和控制冷卻技術在鋼板生產中的應用；控制軋制和控制冷卻技術在型鋼生產中的應用；控制軋制和控制冷卻技術在鋼管生產中的應用；控制軋制和控制冷卻技術的新發展、控制軋制技術的新進展－低碳貝氏體鋼、現代化寬厚板廠控制軋制和控制冷卻技術、微合金化與控制軋制的進展、厚板的控制軋制和控制冷卻、微合金控制軋制鋼、控制冷卻技術在實際生產中的應用小論文參考題目控制冷卻在板帶材開發生產中的應用、控制冷卻技術在中厚板生產中的應用、中厚板控制冷卻技術、提高中厚板控制冷卻精度的策略、