钢材控制轧制和控制冷却技术葛玉洁（材料成型及控制工程12 学号：9）[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。

[关键词]钢材轧制；轧制钢材变形量；控制轧制；控制轧制与控制冷却Controlled rolling and controlled cooling is a technical means for the control of the microstructure and properties of hot rolled steel. It has been widely used in various fields such as hot strip, medium plate, steel bar, rod and steel tube. Controlled rolling and controlled cooling technology by assaulting kibitz, phase transformation strengthening, the strength toughness of steel can be improved.1引言1.1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.控制轧制：2. 1控制轧制概念:控制轧制是在热轧过程中把金属范性形变和固态相变结合起来而省去轧后的热处理工序。

这是既能生产出强度、韧性兼优的钢材，而又能节约能耗的一项新工艺。

控制轧制对轧机的设备强度、动力和生产控制水平均提出了较高的要求。

3控制轧制的内容控制轧制参数，包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能。

加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高很多，同时适当地降低轧制温度。

从而使多道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，而使钢材获得符合要求的组织和性能的钢材. 根据塑性变形、再结晶和相变条件，控制轧制可分为三阶段，如下所述。

3.1在奥氏体再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶温度以上的温度范围（≥950℃）内进行轧制,使再结晶和变形交替进行，以细化奥氏体晶粒。

细化的奥氏体变成的铁素体，其晶粒也是细化的，从而也就提高了钢的韧性。

3.2在奥氏体未再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶开始温度到A r3以上进行轧制，其目的是使奥氏体晶粒拉长，同时在晶内形成大量变形带，增加奥氏体向铁素体转变时的晶核生成能，获得极其细小的铁素体晶粒，以提高钢的韧性，并在钢中形成铌的碳化物和氮化物，以抑制再结晶。

3.3在奥氏体和铁素体两相区控制轧制4.在线材棒材中的应用：4. 1高的冷却速率和低的终冷温度在管线钢控制轧制和控制冷却的诸多工艺参数中,冷却速率和终冷温度至为重要。

随着高强度管线钢的开发,高的冷却速率和低的终冷温度已成为管线钢控制冷却中的关键技术。

4.2高的冷却速率和低的终冷温度的主要作用表现在：通过高的冷却速率和低的终冷温度的实施,可使管线钢获得细小的针状铁素体或贝氏体组织,从而达到高强韧的目的。

冷却速率和终冷温度对管线钢强韧性的影响可以看出,随着冷却速率的提高和终冷温度的降低,可提高管线钢的强韧特性。

在加速冷却中较高的冷却速率不仅有利于通过相变强化获得高强度,而且有利于通过细化相变的显微组织获得高韧性,因而可采用合金含量较低的材料达到高的强韧要求。

由于冷却速率的增加可降低管线钢的合金加入量,因而不仅降低了钢材的成本,还有利于钢材冶金性能和焊接性的提高。

随着海洋管线和大变形管线的发展,对管线钢的壁厚提出了要求。

采用高的冷却速率,可使厚钢板温度的离散性小,组织和力学性能均匀。

一般认为,大于30℃/s 的冷却速率对厚板的均匀性是有利的。

4.3双相组织的控轧、控冷技术大变形管线钢是近年来油气管线钢的一个重要发展方向。

大变形管线钢的主要性能特点是在保证高强韧性能的同时具有低的屈强比、高的均匀塑性变形伸长率和高的形变强化指数。

大变形管线钢的基本组织特征是双相组织。

这种双相组织可通过低C、超低C的多元微合金化设计和特定的控轧、控冷技术获得。

大变形管线钢双相组织通常有贝氏体+铁素体(B+F)和贝氏体+马/奥岛(B+M/A)两类。

4.4超细晶粒的控轧、控冷技术为获取超细晶粒,在传统的控轧、控冷技术的基础上,近年来开发出形变诱导铁素体相变(DIFT)技术和驰豫-析出-控制相变(RPC)技术。

4.4.1形变诱导铁素体相变(DIFT)技术传统TMCP和DIFT技术的主要区别是,在传统TMCP控轧中,γ-α相变发生在形变后的冷却过程中;而对于DIFT,γ-α相变主要发生在轧钢的形变过程中。

DIFT的原理认为,在轧制形变过程中,部分形变能成为相变推动力,使得开始出现α相的平衡相变点Ae3上升至Ad3(形变诱导铁素体相变上限温度)。

在精轧机组变形(接近Ae3)过程中,在Ar3~Ad3的γ未再结晶区的较低温度范围发生形变诱导铁素体相变。

由于形变铁素体相变发生于相变过程中,其形核及长大的规律不同于传统的控轧工艺,相对传统的γ-α相变有更细小的临界核心。

同时,由于相变诱导相变是一种以形核为主而不是长大为主的快速动态相变,因此新生的α相具有超细晶特点。

进行连续的多道次的形变诱导轧制,对于碳素钢和微合金钢而言,其碳素钢的晶粒尺寸可分别细化到3μm和小于1μm,因而材料的强韧性提高。

4.4.2驰豫-析出-控制相变(RPC)技术现代管线钢的基本组织形态为低碳贝氏体,采用RPC技术可达到细化贝氏体尺寸的目的。

与传统的TMCP的差别是:RPC技术强调在轧后与加速冷却之间的适当温度(Ar1以上)保持短暂的空冷。

RPC的原理认为,在空冷过程中,一方面高密度变形位错发生驰豫,形成胞状亚结构或亚晶;另一方面,在位错驰豫过程中,微合金碳、氮化合物在位错及位错胞状结构上产生变形诱导析出。

在空冷过程中形成的这种位错亚结构和析出物,在随后的加速冷却过程中成为贝氏体相变形核的有利位置和作为相变成长的障碍,因而使贝氏体组织细化。

研究表明,通过这种RPC技术,可使贝氏体板条束的尺寸为4~6μm.板条宽度为0. 5μm,因而使材料的强韧性得到提高。

5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。

5.1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1 100～1 250℃。

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1 150～1 280℃,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。

5.2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≥15 MPa。

5.3控制轧制根据热轧过程中变形奥氏体再结晶状态和相变机制的不同,一般将控制轧制划分为三个阶段:在奥氏体再结晶区的控制轧制——奥氏体再结晶型控制轧制;在奥氏体未再结晶区的控制轧制——奥氏体未再结晶型控制轧制;在奥氏体和铁素体两相区的控制轧制——两相区控制轧制。

在再结晶区轧制时,为控制变形奥氏体的再结晶数量,应尽可能达到完全再结晶,在设备能力许可的条件下,在高温区采取尽可能大的道次压下量,提高道次变形量(一般要求≥15%～20%,最小≥10%),以增加奥氏体的再结晶数量,细化晶粒。

在未再结晶区轧制时,钢不发生奥氏体再结晶过程,变形使奥氏体晶粒拉长、压扁,并在晶粒内形成变形带。

变形奥氏体的晶界是奥氏体向铁素体转变时优先形核的部位,被拉长的奥氏体晶粒将阻碍铁素体晶粒长大。

随着变形量加大,晶体内变形带数量增多,在晶体内的分布也更加均匀,这些变形带也提供相变时的形核地点,因而相变后的铁素体更加细小均匀。

两相区轧制时,变形使奥氏体晶粒继续拉长,在晶粒内部形成新的滑移带,并在这些部位形成新的铁素体晶核。

而变形又使先析出铁素体晶粒内部形成大量位错,这些位错在高温形成亚结构,亚结构使强度提高,脆性转变温度降低。

在两相区轧制,亚结构是引起强度迅速提高的主要原因。

为保证钢板的性能达到标准要求,提高生产效率,作业过程中采取如下的工艺措施:轧制过程中打开轧机机架间的中压冲淋水喷管对钢板冲水加强降温,适当增加初轧的轧制道次,采用高温快轧的方法,使奥氏体晶粒细化;钢板轧制到厚度20～25mm左右,温度1 000～1 050℃时,对其喷打机架间高压水若干次,使钢板温度迅速降到950℃以下;控制最后三道次的轧制温度和累计压下量,使其在奥氏体未再结晶区轧制的累计变形量≥40%。

第二组钢板用两块交叉轧制的方法生产,第三组钢板用链式交叉轧制的方法生产,两者都是先在奥氏体再结晶区把钢坯轧制到等温厚度,然后把等温中间坯放到机后或机前的延伸辊道上进行降温等候,同时轧制另一块钢板,从而避免在奥氏体部分再结晶区轧制,待等温中间坯的温度降到奥氏体未再结晶区时再对其进行奥氏体未再结晶型控制轧制,终轧温度控制在830～920℃,进行的是“奥氏体再结晶区+奥氏体未再结晶区”两阶段控制轧制。

5.3.1为保证钢板的性能达到标准要求,提高生产效率,采取如下的工艺措施:初轧阶段在再结晶区轧制,充分发挥轧机能力,控制道次变形量,除展宽道次外,其它道次的变形量≥12%,尽可能使晶粒细化,为下一步未再结晶区轧制做好组织准备,停轧温度控制在1 000～1 050℃;控制等温厚度使钢板在未再结晶区的累计变形量>35%～60%;轧制过程中根据温度情况可打开轧机机后机架间的中压冲淋水管对钢板冲水加强降温,使等温前钢板的温度处于1 000～1 050℃之间,以减少纯等温时间;等温中间坯在轧机机前延伸辊道和机后延伸辊道上来回慢速摆动,消除中间坯因等温造成的辊道黑印,并加快中间坯表面的空气对流,使等温中间坯的降温加快;对等温厚度大的中间坯,若正常空冷时温度难以达到工艺要求,还要用机架间高压水或机后控轧水幕喷淋中间坯加快其降温,可避免轧机停轧待温,提高生产效率;两块交叉轧制时,成品厚度相同的钢板,机前等温中间坯的等温时间比机后等温中间坯的等温时间短20%～40%,所以机前等温中间坯应比机后等温中间坯多轧一个道次,以减薄其等温厚度、提高降温速度;链式交叉轧制时,成品厚度相同的钢板每块等温中间坯的等温厚度是一样的,每次轧制,除开头第一块和末尾最后一块外,每块中间坯都先在机前辊道上等温,待前一块钢板轧制成材后,将轧机压下抬起,中间坯空过轧机放到机后辊道上再继续等温,每块的等温时间也是一样的。