1、鋼材的控制軋制與控制冷卻工藝蔣欣（材料成型及控制工程）【摘要】控軋控冷是對熱軋鋼材進行組織性能控制的技術(shù)手段，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱軋帶鋼、中厚板、型鋼、棒線材和鋼管等鋼材生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。控軋 控冷技術(shù)能夠通過襲警搶話、相變強化等方式，使鋼材的強度韌度得以提高。【關(guān)鍵詞】控制軋制，控制冷卻，技術(shù)發(fā)展Abstract: Con trolled rolli ng is con trolled cooli ng of hot rolled steel orga ni zati on performa nee con trol tech no logy, has bee n widelyExte nsi

2、ve applicati on in hot rolled strip steel, plate, sect ion steel, bar wire and steel and other steel product ion fields. Con trolled rolli ng tech no logy of con trolled cooli ng can pass over assaulting a police officer, phase transformation strengthening and so on, to improve the stre ngth of the

3、steel tough nessKey Words： Control rolling; Controlled cooling; Technology development1引言近代工業(yè)發(fā)展對熱軋非調(diào)質(zhì)鋼板的性能要求越來越高，除了具有高強度外，還要有良好的韌性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上許多 國家都利用控軋和控冷工藝生產(chǎn)高寒地區(qū)使用的輸油、輸氣管道用鋼板、低碳含鈮的低合金高強度鋼板、高韌性鋼板，以及造船板、橋梁 鋼板、壓力容器用鋼板等。2文獻綜述2.1控制軋制的階段劃分通常將控制軋制分為3個階段：奧氏體再結(jié)晶階段（1000C）。在這一溫度范圍內(nèi)，奧氏體變形和再結(jié)晶同時進行，因再結(jié)晶而獲得

4、的細小奧氏體晶粒，將導(dǎo)致鐵素體晶 粒的細化。奧氏體非再結(jié)晶階段（950 C Ar3）。在這一溫度范圍內(nèi)，形變使奧氏體 晶粒被拉長，在伸長而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成高密度形變孿晶和形 變帶,同時微合金碳、氮化物因應(yīng)變誘導(dǎo)析出，因而增加了鐵素體的形核位置,細化了鐵素體晶粒。（丫 + a ）兩相區(qū)軋制階段（Ar3Ar1）。在這一溫度范圍內(nèi)，奧氏體和 鐵素體均發(fā)生變形，形成亞結(jié)構(gòu)。亞晶強化使強度進一步提高。實踐 表明,非再結(jié)晶區(qū)變形突破了再結(jié)晶區(qū)所能達到的奧氏體晶粒尺寸極 限,在一定的變形量下，非再結(jié)晶的晶粒細化也會達到某一極限，這一 極限只有通過兩相區(qū)變形才能突破。2.1分隔開的冷卻和潤滑系統(tǒng)（SLC

5、板帶材軋制大多數(shù)采用乳液來實現(xiàn)冷卻潤滑。在采用乳液冷卻潤滑 的過程中，普遍存在乳液穩(wěn)定性差、使用壽命短，尤其是軋后板帶材 表面質(zhì)量達不到最佳程度等問題。利用分隔開的冷卻和潤滑系統(tǒng)可避 免常規(guī)乳液冷卻潤滑給制品帶來的缺陷。該系統(tǒng)有兩個連在一起的鋼質(zhì)冷卻箱。每個冷卻箱分別封住上工 作輥和支承輥的輥面及下工作輥和支承輥的輥面，從而使每一個對軋 輥和冷卻箱構(gòu)成一個隔離系統(tǒng)。上下兩個冷卻箱之間有一道縫，需軋 制的帶材由此通向輥縫，實現(xiàn)軋制。在軋制過程中把冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)分隔開，這就意味著在具備冷卻 潤滑綜合功能的基礎(chǔ)上，還可以分別按各自獨特的功能去進行配制。SLC系統(tǒng)可最大限度地發(fā)揮冷卻和潤滑的功能，

6、從而使軋機的功率密 度大大提高。2.2影響冷卻質(zhì)量的主要因素221冷卻速度。為了使鋼板獲得均勻的組織和力學(xué)性能，冷卻裝置 的冷卻速度應(yīng)隨鋼板厚度增加而降低。如果厚鋼板的冷卻速度太高， 鋼板的表面和中部溫差會過大。對厚規(guī)格鋼板而言，沿厚度方向的熱 傳導(dǎo)系數(shù)是限制因素；對薄鋼板而言，表面的熱傳遞系數(shù)才是關(guān)鍵因素。加速冷卻應(yīng)用的溫度范圍一般為 800500C，處于穩(wěn)定膜態(tài)沸騰 區(qū)，因此熱交換系數(shù)的穩(wěn)定是控制冷卻速度的關(guān)鍵因素。典型直接淬火的溫度范圍為900200C，冷卻過程通過部分膜態(tài)沸騰區(qū)，熱交換 系數(shù)對冷卻效果不產(chǎn)生主要影響。2.2.2鋼板平直度。如果進入冷卻區(qū)的鋼板平直度差，就會造成鋼板 冷卻

7、不均，并使板形更加惡化。因此，坯料的均勻加熱和軋機具有良 好的平直度控制水平是取得良好板形的前提條件。如果以生產(chǎn)薄規(guī)格鋼板為主，75%以上的鋼板厚度在20mn以下，可以考慮在冷卻裝置前 設(shè)置預(yù)矯直機。2.2.3鋼板表面狀態(tài)。由于氧化鐵皮的導(dǎo)熱系數(shù)較鋼低，殘留的氧化 鐵皮會破壞穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，導(dǎo)致鋼板的不均勻冷卻。因此，軋制過 程中的有效除磷是很重要的。2.2.4鋼板溫度的均勻性。包括提高鋼板進入冷卻裝置時的均勻性和 避免冷卻過程的頭尾和邊部過冷。采用低的冷卻速度時(通常鋼板以 低速運行)，要提高鋼板進入冷卻裝置時頭尾溫度的均勻性，應(yīng)限制 鋼板的長度，也可采取同時冷卻方式。隨鋼板寬度的增大，鋼板

8、橫向 冷卻不均勻的趨勢也增加?？刹捎眠叢空帧⑺恐型狗峙浔苊膺叢窟^ 冷。避免鋼板頭尾過冷需要可靠的計算機模型和快速的冷卻介質(zhì)開閉 速度。增加下部噴嘴供水比例，避免鋼板上表面過冷。2. 3控制軋制與控制冷卻的概念2.3.1 控制軋制(Con trolled rolli ng )是在熱軋過程中對金屬加 熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變 結(jié)合，以獲得細小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的軋制 新工藝。232 控制冷卻(Controlled Cooling )是控制軋后鋼材的冷卻速度達到改善鋼材組織和性能的目的。2.4 控制軋制與控制冷卻的原理2.4.1控制軋制的原理

9、單地說，控制軋制的操作如圖1所示，即通過全部熱軋條件(加熱溫度、軋制溫度、道次壓下量)的最優(yōu)化,人為 地調(diào)整奧氏體的狀態(tài)，使其在后續(xù)的冷卻過程中相變?yōu)榧毦цF素體和 期望的相組織,以得到良好的強度和韌性的組合的加工過程。2.4.2控制軋制與控制冷卻的發(fā)展控制軋制是軋鋼領(lǐng)域的一項新工藝，它是提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量和創(chuàng)造 名牌產(chǎn)品的既經(jīng)濟又有教的手段.從本世紀60年代末到70年代，世界上許 多國家對控制軋制技術(shù)無論在理論方面還是在 應(yīng) 用方面都做了許多工作，取得了顯著成效，并公認控制軋制技術(shù)是 80年代、90年代的一個主要發(fā)展方向，將控軋、控冷技術(shù)作為主要推廣項目。雖然控軋、控冷技術(shù)的研究我國起步較 晚，

10、但已獲得了可喜的進展。在生產(chǎn)上，提高產(chǎn)品的性能合格率，提高牌號以及利用國內(nèi)富有資源創(chuàng)造名牌產(chǎn)品等已初見成效，在科研方面，許多單位繼地開展了控軋工藝和機理方面研究，并發(fā)表了一些水平較高的論文.2.5低碳貝氏體鋼的發(fā)展在控軋的早期，主要是提高鋼材的強度和獲得較細的晶粒，繼而在 高強度的基礎(chǔ)上，對韌性也有了相應(yīng)的要求。目前已經(jīng)轉(zhuǎn)向更高強度、 更好的韌性和較大的厚度，同時要求不惡化焊接性能。天然氣輸送用 的管線鋼要求較高的橫向沖擊貯存能。提高再結(jié)晶溫度以下總的熱軋 變形量能夠達到改進、提高韌性方法的效果。在控軋的含鈮鋼中降低含碳量、 提高含錳量的發(fā)展過程中，開發(fā)了被 命名為低碳貝氏體鋼和針狀a -鋼的

11、低碳高錳（0.06%）相變強化鋼。 與傳統(tǒng)的a珠光體鋼相比，這種鋼表現(xiàn)出連續(xù)的屈服及拉伸強度提高 的特征。盡管含碳量較低，管材成形后，屈服點卻有所提高。在屈強 比比較低的鋼材中，快速加工硬化能夠超過任何因包申格效應(yīng)而引起 的屈服強度的降低。這種鋼的組織是典型的針狀鐵素體或低碳貝氏 體。同時在常規(guī)軋制后，即丫晶粒發(fā)生相變之后，會保持以前晶粒的 清晰邊界。再結(jié)晶型的控制軋制它是將鋼加熱到奧氏體化溫度，然后進行塑性變形，在每道次的變形 過程中或者在兩道次之間發(fā)生動態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶， 并完成其再結(jié)晶過 程。經(jīng)過反復(fù)軋制和再結(jié)晶，使奧氏體晶粒細化，這為相變后生成細 小的鐵素體晶粒提供了先決條件。為了防止再

12、結(jié)晶后奧氏體晶粒長 大，要嚴格控制接近于終軋幾道的壓下量、 軋制溫度和軋制的間隙時 間。終軋道次要在接近相變點的溫度下進行。 為防止相變前的奧氏體 晶粒和相變后的鐵素體晶粒長大，特別需要控制軋后冷卻速度。這種 控制軋制適用于低碳優(yōu)質(zhì)鋼和普通碳素鋼及低合金高強度鋼。未再結(jié)晶型控制軋制它是鋼加熱到奧氏體化溫度后，在奧氏體再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變 形，奧氏體變形后不發(fā)生再結(jié)晶（即不發(fā)生動態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶）。因 此，變形的奧氏體晶粒被拉長，晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變過程中形 核點多，相變后鐵素體晶粒細化，對提高鋼材的強度和韌性有重要作 用。這種控制工藝適用于含有微量合金元素的低碳鋼，如含鈮、鈦、 釩的低碳

13、鋼。兩相區(qū)控制軋制它是加熱到奧氏體化溫度后，經(jīng)過一定變形，然后冷卻到奧氏體加鐵 素體兩相區(qū)再繼續(xù)進行塑性變形， 并在Ar1溫度以上結(jié)束軋制。實驗 表明：在兩相區(qū)軋制過程中，可以發(fā)生鐵素體的動態(tài)再結(jié)晶；當變形 量中等時，鐵素體只有中等回復(fù)而引起再結(jié)晶；當變形量較小時（15% -30%）,回復(fù)程度減小。在兩相區(qū)的高溫區(qū)，鐵素體易發(fā)生 再結(jié)晶；在兩相區(qū)的低溫區(qū)只發(fā)生回復(fù)。經(jīng)軋制的奧氏體相轉(zhuǎn)變成細 小的鐵素體和珠光體。由于碳在兩相區(qū)的奧氏體中富集，碳以細小的 碳化物析出。因此，在兩相區(qū)中只要溫度、壓下量選擇適當，就可以 得到細小的鐵素體和珠光體混合物， 從而提高鋼材的強度和韌性。 在實際軋制中，由于鋼種、使用要求、設(shè)備能力等各不相同，各種控 制軋制可以單獨應(yīng)用，也可以把兩種或三種控制工藝配合在一起使 用。3結(jié)束語隨著用戶對鋼板強度、韌性、可焊性要求的日益嚴格化，促使了國外 寬厚板廠控制軋制和控制冷卻技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，導(dǎo)致了一批控軋控 冷型現(xiàn)代化寬厚板軋機的誕生。目前，控軋控冷技術(shù)已成為國外寬厚 板廠的主導(dǎo)生產(chǎn)工藝，控制冷卻工藝所能處理的鋼板厚度及強度范圍 仍在擴大。而我國現(xiàn)有的三套 4m左右級厚板軋機，成品鋼板最大寬 度小于4m設(shè)備裝備僅相當于國外五、六十年代水平。且其中兩套 軋機為國外二