控制轧制与控制冷却穆安水（材料成型及控制工程12级）[摘要]：控轧与控冷工艺是一项节约合金，简化工序，节约能源的先进轧钢技术，通过对控轧与控冷工艺的具体分析提出，控轧与控冷工艺能充分挖掘钢材的潜力，大幅度提高钢材的综合性能，通过对控轧控冷工艺在中厚板及带钢生产中应用的分析，说明控轧控冷工艺能给冶金工业及社会带来的巨大的经济效益针对传统控制轧制控制冷却(TMCP)技术存在的问题,提出了以超快冷为核心的新一代的TMCP技术,并详述了作为实现新一代TMCP技术核心手段的超快冷技术的科学内涵和工业装备开发情况。

指出新一代TMCP技术综合采用细晶强化、析出强化、相变强化等多种强化机制,可以充分挖掘钢铁材料的潜力,节省资源和能源,优化现有的轧制过程,有利于钢铁工业的可持续发展。

最后给出了以新一代TMCP为特征的创新轧制过程的案例。

展示了该技术的广阔的应用前景。

[关键词]：控制轧制；控制冷却；超快冷技术Abstract:controlled rolling and controlled cooling technology is a saving alloy, simplify the process, energy saving advanced rolling technology, based on the analysis of controlled rolling and controlled cooling technology, controlled rolling and controlled cooling technology can fully tap the potential of steel, greatly improve the comprehensive performance of steel, by means of controlled rolling process of controlled cooling in the applications of plate and strip production analysis, shows that controlled rolling process of controlled cooling can give huge economic benefits of metallurgical industry and the society in view of the traditional control rolling control problems of cooling (TMCP) technology, proposed the ultra fast cooling as the core of the new generation of TMCP technology, and described as a new generation of TMCP technology core means of scientific connotation of ultra fast cooling technology and industrial equipment development.Pointed out that a new generation of TMCP technology integrated with fine grain strengthening, precipitation strengthening, phase transformation strengthening and so on the many kinds of strengthening mechanism, can fully exert the potential of steel materials, save resources and energy, to optimize the existing rolling process, is conducive to the sustainable development of iron and steel industry.Characterized by a new generation of TMCP shows the case of the innovation of the rolling process.Shows a broad prospect of application of the technology.Keyword：Controlled rolling；Controlled cooling;Super fast cooling technology1引言近三十年以来，控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展，国外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺，生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。

概要介绍了控制轧制和控制冷却技术的发展历史及冶金学原理，着重论述了国外宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术的进展及现状2基本概念控制轧制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进行合理控制，使热塑性变形与固态相变相结合，以获得细小的晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。

控制冷却是通过控制轧后钢材的冷却速度以达到改善钢材组织和性能的目的。

由于热轧变形的作用，促使变形奥氏体向铁素体转变的温度（Ar3）提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。

为了细化铁素体晶粒，缩小珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，提高析出强化效果，多采用控制冷却工艺。

控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢材的两种强化效果相加，进一步提高钢材的强韧性，获得合理的综合力学性能。

在欧洲，这种技术称为热机械处理。

3 控制轧制工艺的机理和特点控制轧制工艺是指钢坯在稳定的奥氏体区域（Ar3）或在亚稳定区域（Ar3～Ar1）内进行轧制，然后空冷或控制冷却速度，以获得铁素体与珠光体组织，某些情况下可获得贝氏体组织。

现代控制 轧制工艺应用了奥氏体的再结晶和未再结晶两方面的理论，通过降低板坯的加热温度、控制变形量和终轧温度，充分利用固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化机理，使钢板内部晶粒达到最大细化从而改变低温韧性，增加强度，进步焊接性能和成型性能。

所以说，控制轧制工艺实际上是将形变与相变结合起来的一种综合强化工艺。

控制轧制一般有控温轧制和热机轧制两种。

在控温轧制中，为了获得所要求的目标值，必须在规定的温度范围内进行总变形。

第一个负荷道次的开轧温度是事先通过出炉温度规定的。

轧制的温度范围由规定的终轧温度决定。

一般情况下，只有轧制过程在规定的时间内中断，并将轧件送到停歇场上进行冷却，这个终轧温度才能得到保证。

在这种轧制方式中，轧制中断时的钢板厚度没有规定，轧制钢板可以取消常规的正火处理。

热机轧制是在规定的温度范围内按照所规定的压下量进行轧制，又分为两阶段轧制和三阶段轧制。

在两阶段轧制中，轧制过程中断一次，并使轧件冷却到下一阶段所要求的轧制温度。

在三阶段轧制中，轧制过程中断两次。

轧制阶段是由该阶段中预先给定的厚度压下量和完成该厚度压下量时的温度范围决定的。

由此产生了中间厚度和各阶段之间的轧制时间。

控轧的目的是在热轧条件下，通过细化铁素体晶粒，生产出韧性好、强度高的钢材。

例如，正常轧制工艺铁素体晶粒最好的情况是7～8级，直径大于20μm，而控制轧制工艺得到的铁素体晶粒为12级，其直径为5μm，这样细的晶粒是控制轧制最突出的优点。

控制轧制工艺还可以充分发挥微量元素的作用，含有微量Nb、V、Ti等元素的普通低碳钢采用控制轧制工艺，能获得更好的综合性能。

4 板带材控轧工艺过程的新方法板带材的质量很大程度上取决于对轧制工艺过程的控制。

常规方法有很多不足之处，原始凸度的设定无法对不同规格、不同材质的轧件进行跟踪控制；不均匀冷却方法具有响应太慢的缺点。

戴维.麦基公司对板形自动控制系统及冷却液的喷射装置进行了独特的设计，其中彼此分隔开的冷却和润滑系统（SLC）和动态轧制工艺系统（DSS）收到了很好的效果。

4.1 分隔开的冷却和润滑系统（SLC）板带材轧制大多数采用乳液来实现冷却润滑。

在采用乳液冷却润滑的过程中，普遍存在乳液稳定性差、使用寿命短，尤其是轧后板带材表面质量达不到最佳程度等题目。

利用分隔开的冷却和润滑系统可避免常规乳液冷却润滑给制品带来的缺陷。

该系统有两个连在一起的钢质冷却箱。

每个冷却箱分别封住上工作辊和支承辊的辊面及下工作辊和支承辊的辊面，从而使每一个对轧辊和冷却箱构成一个隔离系统。

上下两个冷却箱之间有一道缝，需轧制的带材由此通向辊缝，实现轧制。

在轧制过程中把冷却系统和润滑系统分隔开，这就意味着在具备冷却润滑综合功能的基础上，还可以分别按各自独特的功能往进行配制。

SLC系统可最大限度地发挥冷却和润滑的功能，从而使轧机的功率密度大大进步。

4.2 动态轧制工艺系统（DSS）戴维.麦基公司利用计算机猜测了全带材轧制的主要过程。

充分利用计算机来建立轧制过程中的数学模型，本质上就是在线的模型参数估计。

其中最为典型的例子是动态轧制工艺系统。

该系统主要安装在热轧机组上，用于板形和断面外形的控制。

由建立的数学模型和程序，根据猜测的结果，连续地由轧机自适应功能进行控制。

与通常的反馈式AGC系统不同之处，在于这个系统采用两个基本自适应等级。

第一级为轧机控制的自适应，即包括轧辊的弯辊力、压下量的方式、运行速度和轧辊冷却液的分布等，使产品质量达到始终稳定一致。

第二级是猜测模型所用系数的自适应，即利用在轧制过程中测得的参数经过趋势回回分析来实现。

接着按实测值与模型猜测值的误差值作为一个函数来调整模型的系数。

应用DSS的主要目的是要生产出横向厚度均匀一致的产品。

5 GCr15控轧新工艺的模拟研究近年来，一些工作者研究了轴承钢的热加工性能以及形变球化和再结晶，定量地确定了流变应力和破断应变与变形过程中的变量（应变、应变率、温度和相变）之间的关系；研究奥氏体加渗碳体的双相区形变球化，确定了变形温度和变形量是控制球化的主要因素，奥氏体化后变形有利于双相区形变球化；借助于热扭转实验机用停顿变形方法，研究了轴承钢热轧过程中的再结晶行为，确定了静态和动态再结晶，与变形温度、道次应变和道次间隔时间等之间的关系，以及在双相区发生的动态软化现象。

这一系列的工作为正确制定轴承钢控制轧制工艺提供了科学的依据。

轴承钢的各种生产工艺中，在900℃以上奥氏体单相区轧制后快冷至850～800℃的双相区内再次轧制是最有前途的新工艺。

该工艺对控制轧制的推广应用、改善轴承钢的质量及进步其疲惫寿命、节省能源等方面均有重要意义。