钢材控制轧制和控制冷却

钢材控制轧制和控制冷却姓名：蔡翔班级：材控12学号：钢材控制轧制和控制冷却摘要：控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。Abstract:controlledrollingiscontrolledcoolingofhotrolledsteelorganizationperformancecontroltechnology,hasbeenwidelyusedinthehotrolledstripsteel,plate,steel,wirerodandsteelpipeandothersteelproductsproductionfields.Controlledrollingtechnologyofcontrolledcoolingcanpassoverassaultingapoliceofficer,phasetransformationstrengtheningandsoon,toimprovethestrengthofthesteeltoughness.关键词:宽厚板厂，控制轧制，控制冷却1.引言：控轧控冷技术的发展历史：20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。20世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技术已成熟，理论进展发展迅速。2控轧控冷技术的冶金学原理2.1钢的强化机理及对韧性的影响钢的强化机理主要有：固溶强化、析出强化、位错强化、细晶强化(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。通常固溶强化(Ni元素除外)、析出强化、位错强化的结果导致脆性转变温度升高；而细晶强化使脆性转变温度下降。因此通过控轧工艺以获得细小铁素体晶粒及采用奥氏体和铁素体两相区轧制获得铁素体亚晶组织，在提高钢的强度的同时，又可以降低脆性转变温度。加入Nb、Ti微合金元素后，由于析出强化使屈服强度上升，同时脆性转变温度也上升。当采用控轧工艺后，细晶强化与析出强化共存，使屈服强度上升，脆性转变温度下降,即提高了钢的强韧性。V微合金元素细晶强化不明显，对改善钢的韧性不利，一般需与Nb组合使用，发挥V的析出强化和Nb的细晶强化的综合使用，以改善钢的强韧性。钢中第二相组织的存在，对脆性转变温度有不利影响，因而尽可能降低其体积比或细化第二相组织使其均匀分布。综合上述，细晶强化是提高钢强韧性的最佳手段。2.2获得细小铁素体晶粒的途径——三阶段控制轧制原理如上所述，细晶强化可获得高的强韧性，它可通过奥氏体再结晶区域控轧、奥氏体未再结晶区域控轧、奥氏体和铁素体两相区控轧来获得细小铁素体晶粒。2.2.1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Ⅰ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Ⅱ阶段)轧制时，晶粒细化效果明显，强化作用充分体现出来，相变后的组织为细小等轴的铁素体晶粒和珠光体组织。2.2.2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Ⅲ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。2.2.3奥氏体和铁素体两相区轧制(Ar3)在(C+A)两相区(图中第Ⅳ阶段)高温区域轧制一定的道次，达到一定累积变形量，未相变的变形奥氏体由于变形而继续被拉长。同时晶粒内形成的变形带及位错，在这些部位形成新的等轴铁素体晶粒。而先析出的铁素体晶粒，由于塑性变形在晶粒内部形成大量的位错，并经回复形成亚晶结构。这些亚晶结构使钢的强度提高，脆性转变温度降低。经(C+A)两相区轧制后，室温条件下金相组织较复杂，通常为由极细小的等轴铁素体、拉长的铁素体、具有亚晶结构的变形铁素体、极细小的珠光体组成的混合组织。两相区轧制使相变后组织更加细小，同时产生了位错强化及亚晶强化，从而进一步提高了钢的强度和韧性。2.3控制冷却的强韧性机理尽管控制轧制能有效地改善钢材的性能，但由于热变形因素的影响，使得钢的相变温度(Ar3)提高，致使铁素体在较高温度下析出,在空冷过程中铁素体晶粒长大，从而使控制轧制效果受到限制。因此，控制轧制必须配合加速冷却(即:控制冷却)工艺，降低相变温度，进一步细化铁素体及珠光体组织，同时使Nb、Ti、V微合金元素的碳氮化合物更加弥散析出，进一步提高析出强化效应。当冷却速度达到一定值时，轧后加速冷却得到的相变组织从铁素体和珠光体组织变成更细小的铁素体和贝氏体组织，贝氏体量随着冷却速度加快而增加，且生成的贝氏体组织极细，从而使钢板强度进一步提高。体现钢韧性指标的脆性转变温度受多种因素影响。晶粒细化使脆性转变温度降低，而析出强化效应增强，珠光体和贝氏体的体积分量增加，使脆性转变温度升高。加速冷却后最终脆性转变温度是降低还是升高，取决于上述两方面因素的综合作用结果。只要合理选取加速冷却工艺，能在提高钢的强度的同时，维持高的韧性指标。3控制轧制的主要工艺参数控制轧制的主要工艺参数有:加热温度、加热时间、开轧温度、轧钢的变形量、精轧开轧温度、中间坯厚度和终轧温度。3.1加热温度加热温度对Nb、V在奥氏体中的固溶量有很大的影响,在Nb、V能固溶的范围内尽量采用低温加热,使高温奥氏体晶粒不致于粗化,从而改善韧性。若加热温度过低,将存在部分未溶微合金碳氮化物,由于颗粒大于1000,不可能产生抑制奥氏体再结晶的作用。适当提高再加热温度,使微合金元素的固溶量增加从而提高钢的强度和有效提高奥氏体的再结晶终止温度。若再加热温度过高,则会使原始奥氏体晶粒粗化,从而使相变后的铁素体晶粒更粗大,不利于钢的韧性。另外,板坯在炉加热时间对管线钢的探伤合格率有一定的影响。3.2轧钢的变形量轧钢过程中存在再结晶区域、部分再结晶区域和未再结晶区域。为了细化铁素体晶粒,在γ再结晶区进行多道次大变形量(每道次变形量必须大于再结晶临界变形量)高温粗轧,通过形变/再结晶反复进行使奥氏体晶粒充分细化;同时还须保证粗轧结束时处于完全再结晶区,不能进入部分再结晶区,以免产生混晶组织。根据变形温度可知,此时变形处在部分再结晶区,奥氏体再结晶数量急剧增加。同时变形量的增加使晶粒变形加剧,晶粒因发生畸变增加了储存能,发生再结晶时形核的驱动力增加,促进了再结晶的发生,使奥氏体晶粒更加细小,并最终获得细小的铁素体晶粒。在γ未再结晶区精轧时必须保证较大的累积变形量,这样才可使奥氏体晶粒充分压扁,在拉长的奥氏体晶粒内产生高密度的形变孪晶和形变带,同时微合金元素的碳氮化物因应变诱导析出,从而为铁素体转变提供更多的有利形核位置。因此,在γ未再结晶区轧制时累积变形量越大,轧后铁素体晶粒的细化效果越好,改善钢综合性能的效果越显著。3.3中间坯厚度γ再结晶区轧制结束后板坯待温时的厚度称为中间坯厚度。适当增加中间坯厚度,可增大γ再结晶温度以下时的累积变形量(即精轧累积变形量),使变形奥氏体晶粒内部的形变能和形变缺陷增多,从而有利于提高相变驱动力,减少带状区域相变温度差,减小相变的不同时性,有利于铁素体均匀形核,最终使晶粒细化并减少带状组织,进一步改善钢的综合性能。适当地增加中厚板轧件的中间坯厚度,致使表层奥氏体组织在低温时发生大变形,加上机架间除鳞高压水冷却、轧件与传送辊、轧辊的接触导热可快速降低表层组织的温度,促使表层组织发生应变诱导相变,在适当条件下可实现表层组织的超细晶化。在轧制过程中轧件表层组织硬化使其变形抗力逐渐增大,有利于变形向心部渗透,从而细化表层以下材料的晶粒,进而实现内部组织的细晶化。4在中厚板中的应用中厚钢板“微合金化+控轧控冷”的生产工艺是一种先进的优质中厚钢板生产工艺,可以取代多种钢板的“热轧+离线热处理”传统生产工艺,有效降低生产成本,是生产高强度、高韧性优质钢板的工艺发展方向。4.1坯料加热钢坯加热温度的高低影响轧制前原始奥氏体晶粒的大小,从而影响钢材抗脆性断裂的能力。为了使控轧控冷工艺生产的钢材具有良好的综合力学性能,要求钢坯加热温度应控制在1100～1250℃。考虑到二轧厂轧机主电机能力偏小,在这个温度范围轧制将很困难,为此将钢坯的加热温度定为1150～1280℃,在实际生产过程中根据轧制的温度情况在这个范围内进行调节。正常情况下采用双炉模式生产,加热时间和保温时间都足够长,可使钢坯加热均匀。4.2坯料除鳞加热后坯料经除鳞箱进行初次除鳞,轧制时再根据板面情况利用机前机架间的高压水喷管进行二次除鳞,保证钢板表面质量良好,高压水压力应≥15Mpa。参考文献1.《管线钢的控轧控冷技术及其研究进展》高惠临2.《合金元素和控轧控冷工艺在管线钢研制中的应用》丁文华3.《控轧控冷工艺在2500mm中厚板生产线上的应用》黄远坚王学志4.《单机架中厚板轧机的控轧控冷生产》钱振声(鞍钢设计研究院)5.《中厚钢板控轧控冷技术综述》陈瑛6.《控轧控冷工艺对低碳贝氏体钢组织性能的影响》李国彬7.《控轧控冷技术的发展及在钢管轧制中应用的设想》王国栋