钢材的控制轧制与控制冷却技术专业：材料成型及控制工程12姓名：***学号：钢材的控制轧制与控制冷却技术管沁（材料成型及控制工程12级）[摘要]控制轧制和控制冷却能将热轧钢材的两种强化效果相加，进一步提高钢材的强度、韧性和焊接性能，获得更合理的综合力学性能。

控轧控冷工艺是一项提高钢材质量、节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢工艺技术。

由于控轧控冷具有形变强化、相变强化的综合作用，因此控轧控冷既能提高钢材强度又能改善钢材的韧性和塑性。

轧钢厂生产的中厚钢板、热轧板卷、棒、线、型材和钢管都可以采用控轧控冷工艺。

[关键词]控制轧制；控制冷却；中厚板；线材生产Abstract:Controlled rolling and controlled cooling could add those two reinforcement effect of hot rolled steel products, further improve the strength, toughness and welding performance of steel, to obtain better comprehensive mechanical properties. Controlled rolling process of controlled cooling is an improve steel quality and saving alloy, simplify the process, save energy consumption of advanced rolling technology. Because the controlled rolling cold has deformation strengthening and phase transformation strengthening combination, so both can improve the strength of steel and controlled rolling cold can improve the toughness and plasticity of steel. Rolling mill in the production of medium plate, hot-rolled coil, rod, wire, profiles and steel tube can be used in a controlled rolling process of controlled cooling.Keyword：Controlled rolling；Controlled cooling;plate rolling Wire rod production 1.引言控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一,所谓控制轧制和控制冷却技术,就是在一定的钢材化学成分的情况下,通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制,可以细化钢材显微组织、显著改善和提高钢材的性能,获得具有良好综合性能的钢铁材料。

控制冷却是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。

由于热轧变形作用,促使变形奥氏体向铁素体转变温度的提高,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,减少珠光体片层间距,阻止碳化物在高温下析出,以提高强化效果而采用控制冷却工艺。

轧后快速冷却可使厚板强度提高而不减弱韧性,并因含碳量或合金元素的减少而改善可塑性和焊接性能。

由于加速冷却对于晶粒细化和组织强化的作用,对于一些钢材,控轧控冷可以取消常规轧制工艺的轧后再加热热处理工艺,从而简化了生产工艺,提高生产效率,并且可以节约能源和昂贵的合金元素,具有很大的社会效益和经济效益。

控制冷却工艺在提高产品的力学性能的同时,还可以改善车间的工作条件,减少冷床面积。

本文介绍了钢材的控制轧制与控制冷却技术的发展概况。

2.控轧控冷技术的发展历史控制轧制和控制冷却技术的研究始于1890年至二次世界大战期间的德国,当时科研人员对钢铁制品的热加工条件、材质及显微金相组织之间的关系进行了非系统的零散研究,只是定性地揭示了热加工条件和材质间的关系。

到了20世纪60年代初期,在美国科研人员定性地解释了热轧后的钢材继续发生奥氏体再结晶的动力学变化后,这才从理论上某种程度地解释了控制轧制技术。

到了20世纪60年代末期,科研人员通过试验发现,添加微量元素铌(Nb)对提高单纯轧制钢材的强度有效。

随后进一步的研究表明,造成铌系钢材高强度的原因,是由于微细铌碳氮化合物的铁素体析出相强化造成的同期英国钢铁研究机构(BritishIronandSteelresearchassocition)对轧制钢材的显微结构和机械性能的定量关系、铌、钒(V)的强化机理,控制轧制原理等进行研究,证实了依靠物理冶金基础,进行合理的合金成分的设计和轧制条件的设定,便能达到所期望的钢材目标性能值和显微组织。

到了20世纪70年代,对钢材强度、低温韧性、焊接性能要求更高了,而此时仅仅依靠传统的控制轧制技术远远不够。

于是在奥氏体控制轧制的基础上,还需要控制冷却速度来控制相变本身,于是开始了真正意义的控轧控冷技术的应用。

3.钢材的控制轧制3.1基本概念在热轧过程中，通过对金属加热、轧制和冷却的合理控制，使范性形变与固态相变过程相结合，以获得良好的晶粒组织，使钢材具有优异的综合性能的轧制技术（见形变热处理）。

3.2控制轧制的阶段划分通常将控制轧制分为3个阶段奥氏体再结晶阶段(>1?000℃)。

在这一温度范围内,奥氏体变形和再结晶同时进行,因再结晶而获得的细小奥氏体晶粒,将导致铁素体晶粒的细化。

奥氏体非再结晶阶段(950℃~Ar3)。

在这一温度范围内,形变使奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因应变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒。

(γ+α)两相区轧制阶段(Ar3~Ar1)。

在这一温度范围内,奥氏体和铁素体均发生变形,形成亚结构。

亚晶强化使强度进一步提高。

实践表明,非再结晶区变形突破了再结晶区所能达到的奥氏体晶粒尺寸极限,在一定的变形量下,非再结晶的晶粒细化也会达到某一极限,这一极限只有通过两相区变形才能突破。

3.3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。

3.4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。

4.钢材的控制冷却4.1控制冷却概述按照现代控轧控冷形变热处理理论，热轧钢材的轧后控制冷却，通过控制钢材的相变组织，能够显著改变钢材的强度和韧性，提高热轧材的力学性能和加工性能。

控制冷却技术最早是用于热轧带钢生产的。

现代宽带钢热连轧的轧后控冷主要通过层流冷却装置实现，而带材的卷取温度则为主要工艺控制参数。

目前，控制冷却已成为宽带钢热连轧计算机控制系统的一项常规控制功能，而提高控制冷却精度则是热轧带钢质量控制方面的关注焦点之一。

4.2控制冷却方式钢材的冷却方式主要有高压喷嘴冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、喷琳冷却、板湍流冷却等几种方式。

各种冷却方式都有其各自的优点和缺点，目前世界上采用较多的是层流冷却和水幕冷却方式。

层流冷却的具体方法是使大流量的低压水平稳地贴附于带钢上表面，形成薄薄的一层水膜，且随着带钢的前进，由侧向喷出的中压水吹动水膜，使其不断更新，从而带走大量的热，来达到冷却之目的。

水幕冷却是70年代发展起来的一种新的冷却方法，它具有较高的冷却能力，横向冷却较均匀，且设备简单。

雾化冷却是用气体使冷却水雾化，然后进行带钢冷却的一种方法。

4.3控制冷却技术的难点在带钢热连轧计算机控制功能中，提高控制冷却的精度，是一个相对复杂和困难的问题。

首先，从工艺设备的角度，实现的难点主要有以下几点。

(1)影响控制冷却精度的因素多而复杂包括:带材材质、厚度、速度、冷却水水量、水压及水流运动形态、终轧温度、热传导、对流、辐射的条件和层流冷却装置的设备状况等。

这些因素大多具有较强的时变性，影响机理复杂，难以在线数学模型中全部涉及和精确描述。

(2)层流冷却装置分布在一定长度的输出辊道上下方，控制冷却实际是在很大空间的范围内对处于变速及高速运行中的带材沿长度方向逐点实施的，这使得控制冷却成为一个十分复杂的分布控制问题。

(3)卷取温度测温仪通常安装在层流冷却区外10米甚至更远的位置，相对控制点的检测滞后很大，严重制约了常规反馈控制方式的使用。

此外，控制阀的开闭及冷却水从喷管出水口溅落到带钢表面，都存在较大的滞后效应(秒级)，给动态控制带来了不利影响。

(4)冷却水量的调节一般是非连续的，其“粒度”是由一个阀来控制的。

控制精度本质上受此粒度大小的制约，特别是薄材，更为敏感。

其次，从控制算法的角度来度，受工艺设备的限制，现行控制冷却系统基本上以设定控制为主。

设定控制的精度不仅受在线控制模型结构简化所带来的本质不精确的限制，也由于随机和时变因素的影响而受到许多模型参数优化不确定性的制约。

在这种控制方式下，冷却控制精度主要取决于模型结构和参数的选择。

4.4控制冷却技术的应用带钢热连轧以后，适当控制冷却过程三要素(开始温度、终止温度和冷却速度)，就可得到不同组织形态和性能的带钢。

尤其是冷却速度对带钢的组织和性能有极重要的影响。

国外控冷技术发展很早，60年代以前主要使用由喷嘴喷射的高压水冷却，后来发展为柱状层流冷却系统和水幕冷却系统。

到70年代，国内开始应用热轧带钢的控制冷却技术。

武钢钢研所在热模拟轧机上进行了2奴、16MnQ、16MnR低合金钢专用的控冷研究，结果表明，16MnQ、16MnR最大冷却速度控制在2一3℃/s，209控制在4一巧℃/s较合适。

鞍钢半边续轧板厂采用了水幕冷却系统。

大冶钢厂和齐齐哈尔钢厂在小型轧机上采用控制冷却技术生产轴承钢，降低了钢材的网状碳化物级别，缩短了其后的球化退火时间，提高了轴承使用寿命。

宝钢205Omm和158Omm生产线上采用柱状层流冷却方式，设备运行稳定，卷取温度精度高;武钢170Omm轧机的层流冷却装置是80年代从日本引进，武钢将控冷模型改进移植到新一代计算机中，不仅得到本厂的实践验证，而且在太原、梅山钢铁集团公司得到推广。