改控轧和控冷在中厚板生产中的应用杨垒

1内蒙古科技大学本科生课程论文题目：控轧和控冷在中厚板生产中的应用学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：2控轧和控冷在中厚板生产中的应用摘要中厚板生产的控制轧制、控制冷却及其相结合的TMCP技术是改善组织和力学性能的重要手段。控制轧制用于控制奥氏体晶粒大小和形态，新发展了中间冷却（IC）、驰豫-析出控制（RPC）和高温终轧（HTP）等奥氏体晶粒控制方法；控制冷却用于控制相变组织类型，促进了细化晶粒和相变强化，先后开发了直接淬火（DQ）、间断直接淬火（IDQ）、在线热处理（HOP）和直接淬火-分配（DQP）等新技术。介绍了其基本原理、特点和对钢板组织和力学性能的控制效果。分析了各种TMCP新技术的发展路径，以及通过TMCP降低生产成本、提高企业经济效率中的优势及存在的问题。关键词：中厚板；控制轧制；控制冷却；组织DevelopmentandApplicationofControlledRollingandControlledCoolingforPlateProductionAbstractItisanimportantmeasuretoimprovethemicrostructureandmechanicalproperties,whichincluedcontrolledrolling(CR)andcontrolledcooling(CC),TMCPcombinedbyCRandCC.Thecontrolledrollingprocessisusedtocontrolaustenitegrainsizeanditsmorphology.NewtechnologyincludingIC,RPCandHTPisdevelopedtocontroltheaustenite.Thecontrolledcoolingprocessisusedtocontrolthephasetransformationandmicrostructuretype,enhancethefininggrainandphasetransformationstrengthening.Directquenching(DQ),interrupteddirectquenching(IDQ)andheattreatmentonlineprocess(HOP)anddirectquenchingandpartitioningprocess(DQP)areintroduced,includingtheirprinciple,characteristicsandeffectonthesteelmicrosandmechanicalproperties.ThetrackofnewTMCPtechnologydevelopment,theadvantageandtheproblemsfortheplatemillloweringthe3fabricatingcostandrisingthecommercialbenefitbyTMCPareanalyzedinviewofmarketandtechnique.Keywords:plate;controlledrolling;controlledcooling;microstructure.前言综合近几年来，由于国内中厚板生产能力的不断扩大，受国际金融危机和后金融危机影响导致钢材消费市场滞涨，原料成本不断增加，中厚板生产厂的利润空间不断被压缩。冶金企业如何在这一轮经济调整中，实现产品转型、技术升级和成本控制成了决定企业经营效益的关键。经过多年的建设，国内很多中厚板生产厂具备了一定技术装备优势、产品和技术的研发能力，根据市场需求和技术装备特点，确立自己的产品战略定位。但是，由于技术和产品的趋同日益明显，现在已经很难找到大批量的、独家生产的短线、高附加值的产品。中厚板生产企业开始在不断挖掘成本潜力、精细化生产上投入力量，力求提高效益，摆脱目前企业的困境。本文综合以上文献，就控制轧制和控制冷却技术的发展轨迹做出简单的阐述，认识新材料、新工艺、新装备在提高产品性能、降低生产成本中的作用，给国内中厚板技术开发进步提供参考。1控扎和控冷技术上世纪五、六十年代开始控制轧制工艺研究，并应用于中厚板生产。控制轧制技术的关键有二：一是控制轧制温度，尤其是终轧阶段温度；二是控制变形程度。按照变形温度和再结晶程度控制轧制通常划分为三个阶段：1)在奥氏体再结晶区（温度：T＞Tnr未再结晶温度）结束终轧的一阶段轧制；2)在奥氏体未再结晶区(温度：Ar3＜T＜Tnr)结束终轧的两阶段控制轧制；3)在奥氏体+铁素体两相区（温度：Ar3～(Ar3-40℃)）结束终轧的三阶段控制轧制。研究表明：在奥氏体再结晶温度区间，增加变形量可以细化再结晶奥氏体晶粒，过渡增加变形量，再结晶奥氏体晶粒细化趋势减弱。微合金元素对再结晶温度的影响规律在没有被发现之前，碳钢或碳—锰钢控制轧制的基本手段是“低温大压下”，即是在接近奥氏体向铁素体相变温度上进行变形，主要原因是没有微合金元素的影响，钢的奥氏体再结晶温度和相变温度接近，低温大变形可以保证奥氏体的再结晶细小，阻止奥氏体晶粒的长大。如果实现未再结晶控轧和两相区控轧，就需要更低4的温度。而在未再结晶区变形不需要“低温大压下”，通过多道次的累积变形可以达到同样的效果，同样可以增加奥氏体内部储存的变形能，提高奥氏体“硬化”程度[1]。2单机架轧机的中厚板控轧控冷生产由于人们对控制轧制和控制冷却的机理认识在不断的深化,并且经济的水平也在不断的提高,现代化的生产水平和检验手段越来越高超,使其控制轧制和控制冷却的技术也被要求不断在完善。主要就是被应用于钢材的生产中,特别是在中厚板的生产中是最为普遍的。在日常的生产中就会发现,轧机控轧对轧机的产量影响是比较大的,在目前很多的国家中,在对中厚板的生产过程中都是去开发比较适合自己家生产的轧制方案,在轧制的过程中最好在配合上冷却的装置,更加完美,使得产品能够更加的强韧,并且并没有比较高的成本损耗,又提高竞争的能力。控轧控冷在不断的被完善和发展,另外在加上一些现代化的技术和手段不仅仅能够生产出低碳的钢,并且还能够生产出含有合金元素的高强度的钢[2]。并且这些设备配合使用,还能够生产出高碳钢和合金钢。这些钢能够广泛的应用于板材和带材的生产,还能够用于棒材和型材等等型号材料的生产。还能够用于产铁素体珠光体钢,还能够生产低碳贝氏体钢。控制轧制的目的是在热轧条件下生产出韧性好、强度高的钢材。法是两阶段轧制法.控制轧制的主要作用是细化铁素体晶粒,提钢材强度,改善韧性.控制轧制。为提高控制轧制轧机产量,通常采用交叉轧制、缩短中间冷却时间和控制冷却等措施,综合加热、轧制和控制冷却三个方面可节能3.351GJt/其中省去常化热处理工序,每吨钢板可节约成本27.6元.由此可见,控轧控冷工艺生产的钢板是很经济的.具有韧性好、强度高的钢材。从理论和实践上,已由于人们对控制轧制和控制冷却机理的认识总结出两种典型的控制轧制方法。一种是在奥氏不断深化,加之现代化的设备和检测控制手段,使体控制轧制的目的,就是在热轧条件下生产出具有韧性好、强度高的钢材。从理论和实践上,已总结出两种典型的控制轧制方法。一种是在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区轧制,它们分别称为高温区轧制和中温区轧制。这就是所谓的两阶段轧制方法:第一阶段轧制要在950℃以上结束,第二阶段轧制要在Ar点以上结束,在这两个轧制阶段中要有一次中间冷却。另一种是在奥氏体再结晶区、奥氏体未再结晶区和奥氏体铁素体两相区轧制,这就是三阶段轧制方法,其中5约奥氏体铁素体两相区轧制,又称为低温区轧制。在这三个轧制阶段中有两次中间冷却。如图1所示,第一阶段是变形与再结晶同时进行的阶段,通过反复变形和再结晶,使奥氏体晶粒显著细化;第二阶段是变形与相变同时进行的阶段,在这个阶段中,奥氏体晶粒被拉长,同时产生滑移带,奥氏体晶界的增加和滑移带的出现,为铁素体形核提供了有利条件,进而得到了细晶粒铁素体;第三阶段使已经相变的铁素体晶粒变形,引入大量位错和亚结构等,同时使未相变的奥氏体晶粒继续引人大量变形带,由此进一步细化了铁素体晶粒,并产生加工硬化。因此,可以把第三阶段看成是加工硬化与继续相变阶段。控制轧制的主要作用是细化铁素体晶粒。所以又把它称为细化铁素体晶粒的技术,是以提高钢材强度、改善韧性为目的。加速冷却是控轧后或高温轧制后,使钢板在线冷却,可以进一步细化铁素体晶粒,并且获得铁素体和贝氏体的复相组织,使钢材强度有更大提高,韧性又不降低。轧后的加速冷却可以促使珠光体带状组织消失,使钢材的层状撕裂作用减小再结晶区和奥氏体未再结晶区轧制,它们又分控轧控冷技术日趋完善,广泛用于钢材生产[3]。3控轧控冷工艺的应用条件下3.1Q345中厚板的生产工艺研究为把握Q345钢奥氏体再结晶区道次变形量对组织和力学性能的影响规律,将试验钢加工成宽70mm的阶梯形试件,加热到1150℃保温1h后在设定的温度点充分均温,单道次轧制成厚14mm钢板,每个台阶对应的变形量分别为10%、20%、30%和40%,轧后空冷试样对应每种变形量分别沿横向加工成标准V型缺口冲击试样和棒状拉伸试样,测定常规力学性能并选择典型试样进行微观组织察。(1)采用再结晶方法细化奥氏体晶粒时,道次变形量宜控制在15%～20%,最大道次变形量≤30%。这有利于避免混晶形成,减少相变后生成魏氏组织的几率。(2)降低进精轧温度或增加待温厚度,有利于提高有效应变累积的百分数,促进铁素体形核、增强推荐的较好精轧温度区间为820～880℃,待温厚度为2～215倍成品厚度。(3)采用加速冷却促进铁素体相变时,推荐的冷却速度为15～18℃/s,终冷温度为650～700℃,以避免过量的脆性相形成而导致钢材塑、韧性降低。相变驱动6力,获得均匀细小的铁素体+珠光体组织[4]。3.2自动控轧控冷系统在棒材生产线的应用控轧控冷和热处理技术是现代轧钢生产中节约能源、提高产品竞争能力的新技术和新工艺，也是将轧制工程学、塑性加工理论、金属材料学、传热学和流体力学等学科结合为一体的一门新学科，是金属压力加工专业的前沿技术。控轧控冷广泛应用于各种带钢、中厚板、宽厚板的生产实践中，但目前国内大量的棒线材生产线在设计时定位较低，仅考虑普通的圆钢或螺纹钢生产，不具备控轧控冷工艺条件。有不少棒线材生产线已经自主研发出控轧控冷的生产工艺，但是开始也往往缺少完善的检测和控制技术，造成钢材性能不稳定、可控性差、不合格品多等等现象，因此采用自动控轧控冷系统是棒材生产线的发展趋势。控轧控冷和热处理技术是现代轧钢生产中节约能源、提高产品竞争能力的新技术和新工艺，也是将轧制工程学、塑性加工理论、金属材料学、传热学和流体力学等学科结合为一体的一门新学科，是金属压力的生产实践中，但目前国内大量的棒线材生产线在设计时定位较低，仅考虑普通的圆钢或螺纹钢生产，不具备控轧控冷工艺条件。有不少棒线材生产线已经自主研发出控轧控冷的生产工艺，但是开始也往往缺少完善的检测和控制技术，造成钢材性能不稳定、可控性差、不合格品多等等现象，因此采用自动控轧控冷系统是棒材生产线的发展趋势。控轧控冷的工艺流程和技术原理:控轧是指在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使塑性变形和固态相变相结合，以获得细小晶粒组织，综合力学性能。控轧控冷的主要工艺流程为：钢坯加热一粗、中轧轧制——精轧控制——冷却[5]。3.3中厚板轧制中间冷却过程研究目前，控扎冷轧工艺在中厚板的生产中已经相当广泛，采用控扎冷轧生产中厚板需要进行中间带温以控制轧制温度提高产品性能，待温过程主要通过空冷实现，但空冷冷却速率小，待温时间长，轧制效率低，特别是对于轧制区域小的生产线，无法采用多批交叉轧制的方法提高轧制效率。对待温钢板喷水即可解决，增大待温过程的冷却速度，提高轧制效率。由于中间坯的长度较短，控制方式。,主要研究内容和成果如下:(1)给出计算中间坯温度场的二维有限差分模型,确7定了冷却计算参数的取值。特别对中间冷却换热过程进行了的介