材料加工组织性能控制(第十章)XXXX9

10控制轧制和控制冷却技术的应用10.1控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用10.1.1热轧带钢的控制轧制和控制冷却5个步骤：1)加热中，微合金化元素碳氮化合物的溶解。2)再结晶临界温度以下施以大的变形。3)微合金化元素碳氮化合物的变形诱导析出延缓再结晶。4)未再结晶并强烈变形的奥氏体发生相变。5)分配冷却剂量来控制冷却和调整所需要的卷取温度。图10-1热轧带钢机组中的控制轧制参数和作用图10-2热轧带钢机组生产铌或钛合金钢时，各道次总动态再结晶临界变形率K和总变形率ges的比较a一相同微合金化元素量的影响；b-典型的微合金化元素含量控制轧制应用实例：（1）生产用车辆的车架结构成分：0.08%C、1.0%Mn、0.12%Ti。工艺：（1）加热过程，氮化钛溶解度极小保持析出状态保证钢的耐时效性。（2）终轧温度在约860C；（3）冷却辊道进行快速冷却；（4）过冷至600C的卷取温度。性能：（2）特别高的屈服强度的钢（最小屈服强度值：700MPa，且冷成型性能应非常好）成分：0.08%C，l.3%Mn，0.1%Mo，0.05%Nb、0.18%Ti和0.002%B工艺：（1）高温加热；（2）温度较低的粗轧过程中，碳化钛和碳化铌的变形诱导析出；（3）终轧温度为850C左右，析出其他的合金碳化物；（4）高的冷却速度，卷取温度必须显著低于贝氏体开始温度。性能：图10-3强化机理在高强控制轧制中产生的屈服强度值1)板坯加热温度的降低。2)粗轧温度的降低。3)粗轧板厚度的增加，提高粗轧板带剪切机功率。4）两相区终轧。5)分级的冷却速度，低温卷取。图10-4在（+）区的轧制对力学性能的影响1-断口断裂的影响；2-位错密度、析出物和织构的影响3-位错密度、析出物亚组织的影响图10-5卷取温度对8mm厚热轧钛合金带钢力学性能的影响图10-6卷取温度对贝氏体或铁素体-珠光体型热轧宽带钢屈服强度的影响1-贝氏体钢;2-铁素体-珠光体钢;3-开始形成贝氏体(Bs)10.1.2中厚板控制轧制及控制冷却10.1.2.1不同类型中厚板轧机控制轧制工艺（1）四辊单机架中厚板轧机控轧工艺:高温再结晶型和未再结晶型两阶段。再结晶阶段：未再结晶阶段：终轧温度：（2）双机架中厚板轧机的控制轧制工艺形式：二辊—四辊式，三辊—四辊式、四辊—四辊式1)二辊—四辊式中厚钢板轧机的控制轧制工艺举例：2800二辊—四辊式：控制轧制工艺：（a）粗轧终了温度：道次压下率：总压下率：（b）四辊精轧机分成两个阶段：部分再结晶的上限范围轧制，道次压下率：轧制温度：未再结晶区轧制，道次压下率：轧制温度：终轧温度：（c）轧后采用控制冷却，快冷终止温度650℃。2)2350三辊—四辊双机架中厚板轧机的控制轧制工艺举例：16MnR容器钢板：成分：0.14—0.18％C；1.30～1.60％Mn；0.3～0.6％Si；≤0.010％S；≤0.025％P；0.01—0.03％Ti。三种控轧工艺比较：①高温奥氏体再结晶型控轧与轧后快速冷却配合工艺；②高温奥氏体再结晶型与奥氏体未再结晶型(低温终轧)工艺；③高温奥氏体再结晶型与高温多道次小变形(不发生再结晶)工艺与轧后控制冷却工艺相配合。性能：图10-14母材的裂纹顶端张开位移COD(R)与裂纹尺寸增长量a关系图10-15母材及焊缝R的曲线比较10.1.2.2典型专用钢板所采用的控制轧制和控制冷却工艺（1）锅炉用中厚钢板的控制轧制和控制冷却工艺20g，16Mng：特点：1）加热温度不应过高。总变形量75%时，加热温度对原始奥氏体粗化影响铁素体晶粒的作用减弱；2）钢中S含量对常温冲击值有明显影响。表10-220g锅炉钢板控制轧制和控制冷却工艺表10-316Mng锅炉钢板控制轧制和控制冷却工艺(S含量0.025％)（2）压力容器用中厚钢板的控制轧制和控制冷却碳素钢容器板和低合金容器板:出炉温度≥1150℃；高合金钢容器板的板坯出炉温度为1200℃。10.1.3热轧双相钢的控制轧制和控制冷却10.1.3.1双相钢的组织、性能特点、生产方法双相钢：特点：性能上：（1）很低的屈强比；（2）很大的冷加工硬化，特别是在小变形量时；（3）很高的断裂延伸率，特别是均匀延伸率。工艺上：（1）成型性；（2）焊接性；（3）耐腐蚀性。生产方法：1）热处理双相钢；2）热轧双相钢。10.1.3.2热轧双相钢的控制轧制和控制冷却（1）钢的成分对双相钢性能的影响碳：对强度、屈强比及塑性的影响。硅：具有排碳作用。锰：提高淬透性，导致屈强比降低。（2）控轧控冷工艺参数对双相钢组织性能的影响1)终轧温度的影响图10-16终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响2)卷取温度对双相钢性能的影响图10-16终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响10.14.连铸连轧理论与应用10.1.4.1五种典型工艺图工艺1：连铸坯直送轧制工艺(Continuouscastin-Hotdirectrolling，即CC—HDR)。特点：工艺2：“热送轧制”工艺(HotChargeRolling，简称HCR)。特点：工艺3：特点：工艺4：特点：工艺5：“冷装炉”轧制工艺(即ColdCharge-Rolling，简称CCR)。连铸连轧组织转变特点：（1）铸坯冷却强度大，晶粒细、均匀，板坯的微观偏析分布更均匀。（2）原始晶粒尺寸结构与传统有所不同传统冷装：γ→α→γ重结晶过程，细化的奥氏体组织。直轧工艺：相对粗大的原始奥氏体晶粒。混晶组织：（3）合金元素的溶解量和作用效果不同（4）薄板坯连铸连轧轧制过程的热脆（5）必要的总变形量及变形规程的安排(总变形量、奥氏体细化变形量和奥氏体强化变形量)。10.4.1.2近终形连铸的开发及其特点最终目标：尽量提高与成品轧材尺寸和形状接近的连铸坯，以减小压力加工实施的塑性压缩量。两大类：薄板坯和长材连铸连轧。（1）连铸连轧的生产特点1)生产周期短；2)占地面积少；3)固定资产投资少；4)金属的收得率高；5)钢材性能好；原因：6)能耗少，能耗仅为常规生成方式的35％～45％；电耗仅为常规流程的80％～90％；生产成本降低20％～30％；7)工厂定员大幅降低。连铸连轧的必要条件：无缺陷坯的生产技术和在线离线协调一致性。（2）薄板坯连铸连轧（3）长材连铸连轧1）EWR技术焊接无头轧制EWR(EndlessWeldingRolling)属于柔性连接形式的生产技术。2）ECR技术无头连铸连轧ECR(EndlessCastingRolling)属于刚性连接形式的连铸连轧生产技术。10.1.4.3薄板坯连铸连工艺与设备参数分析（1）薄板坯厚度的选择表10.2薄、中、厚板坯3种连铸工艺的特性连铸工艺薄板坯连铸中板坯连铸厚板坯连铸铸坯厚度/mm结晶器类型铸速/mmin-1轧制线主要设备品种质量投资40-70漏斗型高，最大6.0精轧（4-6机架）以低碳钢为主较低（表面质量较差）小90-150平行板型中，最大5.0粗轧1-2机架+卷取精轧4-6机架与传统工艺相当与传统工艺相当中200-300平行板型低，最大2.5粗轧1-3机架，精轧7机架多高大1）不同工艺与产品厚度关系2）产品规格的市场需求3）设备与产品花色的关系（2）压缩比（3）连铸坯的加热1)隧道式辊底加热炉加热炉炉子长约150~200m，有缓冲功能。炉内辊道速度可分段控制，输入端辊道速度最低，以适应连铸速度较低的特点；中部和末端速度较高，有利于钢坯快速通过；出炉段辊道速度则与F1速度相匹配。图10-16薄板坯连铸连轧产品与传统热轧产品的性能比较1-20个普通带卷的平均值；2-20个CSP带卷的平均值2)感应加热ISP技术(InlineStripProduction)是在加热炉中采用排列在辊道上的一组感应线圈进行感应加热。在长为18～20m的炉中，大约每米设置一个感应线圈，改变线圈中电流的强度可以控制加热速度，而改变电流的频率，则可以调节对钢坯的加热深度。最大加热效率达到70％，带坯感应加热温升可达到1050～l100C，有非常灵活的控制加热和均热段。（4）轧件宽度的在线调整在线调宽自动控制AWC(AutomaticWidthControl)；液压宽度自动控制HAWC(HydraulicAutomaticWidthControl)立式轧机。（5）无相变加热对产品组织的影响影响：1）；2）；3）对合金钢的影响。（6）轧制线轧机数量与轧制负荷特点常规热带工艺下精轧机组的压下率：Fl=40％～50％，F2=40％～45％，F3=35％～40％，F4=30％～40％，F5=25％～35％，F6=20％～28％，F7=10％～15％。连铸连轧工艺精轧机组的压下率：Fl=40％～50％，F2=55％，F3=65％，F4=50％。大压下量、高刚度轧机是薄板坯连铸连轧工艺的特点之一。（7）半无头轧制半无头轧制工艺：将几块中间坯焊接在一起，然后通过精轧机进行连续轧制。在进入卷取机之前，用一台高速飞剪将其分切到要求的卷重。作用：1)有利于生产超薄带钢和宽而薄的带钢，拓宽产品大纲；2)稳定轧制条件以利于产品质量；3)消除了与穿带和甩尾的麻烦；4)显著提高了轧机的作业率和金属收得率。（8）铁素体轧制传统热轧工艺：精轧温度在Ar3以上，不可进入两相区轧制，否则，带来如下问题：1）带材的跑偏和板形缺陷；2）。引起带钢机械性能不均匀和最终产品的厚度波动。铁素体轧制优点：1）轧制力低；2）减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损，提高了带钢表面质量；3）降低了输出辊道上冷却水的消耗。10.1.4.5薄板坯连铸连轧生产线的配置典型的薄板坯连铸连轧生产线工艺流程：钢水中间包结晶器二冷区飞剪机均热炉高压水除鳞（立辊轧边机）（粗轧机组）保温炉高压水除鳞精轧机组近距离卷取机层流冷却远距离卷取机打包入库。（1）只有精轧机的薄板坯连铸连轧生产线两条生产线的区别：这种配置线铸坯厚度约为50-70mm，设计年产量多在150万t，产品最小厚度1.0mm。（2）单流连铸机与粗精机组的薄板坯连铸连轧生产线配置连铸坯厚度大多数为70-90mm，设计年产量多在150万t，产品最小厚度0.8-1.2mm。(3)双流连铸机与粗、精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线配置设备具有强大的轧制压力，允许采用厚度较大的铸坯，或者可以用于轧制难变形产品，如铁素体温度区轧制等产生高轧制力的产品。由于生产线采用双流连铸机配置，年产量可高达250万t。（4）步进式加热炉布置的薄板坯连铸连轧生产线缓冲时间的大小取决于步进炉内钢坯的存放量，一般设计上可以考虑缓冲时间取1.5-2.0h。（5）单流单机座炉卷轧机(TSP)适合多品种、低投资为目的的配置方式。采用单机座炉卷轧机，铸坯厚度为50-70mm，最小产品厚度1.5mm，设计年产量为50万t。最大缺点：带钢表面粗糙度不好。（6）无头连铸连轧(ECR)工艺生产线的理想配置10.1.4.6CSP热带性能与精度(1)性能性能差异的原因：1)铸坯在连铸机内的冷却过程钢水的过冷度大。2)电磁搅拌和液芯压下技术的采用。3)在薄板坯连铸连轧生产线上，轧制过程温差造成的带钢性能差基本上被消除。4)连轧机组许用轧制力明显的大于常规热带连轧机组，因而采用的道次变形量也明显地大于常规轧机，因而成品带钢的组织就更均匀，晶粒更细化。(2)带钢厚度和板形精度10.2控制轧制控制冷却在线棒材生产中的应用特点：（1）变形量变化范围小。（2）调整空延时间余地小。控温轧制控制轧制的两种类型：（1）奥氏体再结晶型和未再结晶型两阶段的控轧工艺。加热温度；粗轧；中轧。（2）奥氏体再结晶型、未再结晶型和两相区轧制的三阶段的控轧工艺。粗轧；中轧。连续小型棒材控制轧制时轧制表和冷却段布置C1～Ｃ4—水冷段；C5、C6—附加水冷段（与钢种有关）10.2.1低温轧制目的：技术要点：加热温度和粗轧工序。中轧机组与精轧机组。轧件的冷却强度必须在计算机控制下完成。（1）开轧温度钢坯出加热炉温度不低于950℃。（2）粗、中轧工序粗、中轧采用Ⅰ型控制轧制工艺。（3）精轧工序根据轧制