控轧控冷-8全解
控轧控冷(讲稿)
绪论控制轧制是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，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小品粒组织，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。
加热制度：加热温度，加热速度变形制度：各道次压下分配，变形间隔时间，变形速度等温度制度：开轧温度，各道次变形温度，终轧温度，快冷温度，快冷速度，卷取温度。
提高性能的主要手段：细化晶粒。
快冷作用：改善组织结构，抑制晶粒长大。
1钢的奥氏体形变与再结晶重点：1)热变形过程中各阶段的特征2)变形量与热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为特征的关系难点：细化动态再结晶晶粒尺寸与促使动态再结晶进行的矛盾1.1. 热变形过程中的奥氏体再结晶行为（动态再结晶）1.1.1.热变形各阶段的特征热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程的矛盾统一，如果钢在常温附近变形(冷加工)，随着变形量的增加钢的变形抗力增大。
从微观的观点看，随着变形量的增加位错密度增大。
这时异号位错合并以及由于位借的再排列引起的加工软化数量很少，因此变形应力不断增大。
在高温奥氏体区变形的钢，随着变形量的增大加工硬化过程和高温动态软化过程(动态回复和动态再结晶)同时进行，根据这两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。
图1-1表示了奥氏体热加工时的真应力—真应变曲线及其组织结构变化示意图，该真应力—真应变曲线由几个子阶段组成：图1-1 奥氏体热加工真应力-真应变曲线与材料结构变化示意图阶段应力变化动态再结晶情况位错变化宏观效果组织1 不断增加但增加速率变小发生动态回复，未发生动态再结晶密度不断增加，但增加速度变小，位错发生交滑移和攀移，动态多边形化加工硬化晶粒不断拉长2 先增到直到最大值发生部分动态再结晶位错大量消失，但增加的速度仍大于消失的速度加工硬化速度大于加工软化大部分晶粒被拉长，开始产生细小的再结晶晶粒3 减小发生部分动态再结晶位错大量消失，且消失速度大于增加速度加工硬化速度小于软化速度小部分晶粒被拉长，大量细小的再结晶晶粒产生4rcεε〈近似不变发生连续的完全动态再结晶位错大量消失，消失速度等于增加速度加工硬化与软化速度相等所有晶粒最终都变成细小的再结晶晶粒rcεε〉增加与减少交替，波浪式发生间断的完全动态再结晶位错大量消失，在一个周期内消失速度等于增加速度在一个周期内加工硬化与软化速度相等所有晶粒最终都变成细小的再结晶晶粒值得注意的是第三阶段。
控制轧制、控制冷却工艺
控制轧制、控制冷却工艺技术1.1 控制轧制工艺控制轧制工艺包括把钢坯加热到适宜的温度，在轧制时控制变形量和变形温度以及轧后按工艺要求来冷却钢材。
通常将控制轧制工艺分为三个阶段，如图 1.1所示[2]：(1>变形和奥氏体再结晶同时进行阶段，即钢坯加热后粗大化了的γ呈现加工硬化状态，这种加工硬化了得奥氏体具有促使铁素体相变形变形核作用，使相变后的α晶粒细小；(2> (γ+α>两相区变形阶段，当轧制温度继续降低到Ar3温度以下时，不但γ晶粒，部分相变后的α晶粒也要被轧制变形，从而在α晶粒内形成亚晶，促使α晶粒的进一步细化。
图1.1控制轧制的三个阶段(1>—变形和奥氏体再结晶同时进行阶段；(2>—低温奥氏体变形不发生再结晶阶段；(3>—<γ+α）两相区变形阶段。
1.2 控制轧制工艺的优点和缺点控制轧制的优点如下：1．可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。
采用普通热轧生产工艺轧制16Mn钢中板，以18mm厚中板为例，其屈服强度σs≤330MPa，-40℃的冲击韧性A k≤431J，断口为95%纤维状断口。
当钢中加入微量铌后，仍然采用普通热轧工艺生产时，当采用控制轧制工艺生产时，-40℃的A k值会降低到78J以下，然而采用控制轧制工艺生产时。
然而采用控制轧制工艺生产时-40℃的A k值可以达到728J以上。
在通常热轧工艺下生产的低碳钢α晶粒只达到7~8级，经过控制轧制工艺生产的低碳钢α晶粒可以达到12级以上<按ASTM标准），通过细化晶粒同时达到提高强度和低温韧性是控轧工艺的最大优点。
2．可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。
在普通热轧生产中，钢中加入铌或钒后主要起沉淀强化作用，其结果使热轧钢材强度提高、韧性变差，因此不少钢材不得不进行正火处理后交货。
当采用控制轧制工艺生产时，铌将产生显著的晶粒细化和一定程度的沉淀强化，使轧后的钢材的强度和韧性都得到了很大提高，铌含量至万分之几就很有效，钢中加入的钒，因为具有一定程度的沉淀强化的同时还具有较弱的晶粒细化作用，因此在提高钢材强度的同时没有降低韧性的现象。
控制轧制与控制冷却概述
在950℃以下的低温区轧制时，不仅整体力学性能比高温区轧制时高，而且道次变 形量对力学性能的影响比较显著，随变形量增加，屈服强度和冲击值都呈上升趋势， 轧制温度越低，上升的趋势越显著。
控制轧制和控制冷却概述
2.2 钢材热变形后的静态再结晶过程
静态再结晶的临界变形量
为了使再结晶能够充分进行， 则所给予的压下率必须大于对 应条件下静态再结晶的临界变 形量。该值随钢种和变形条件 的不同彼此相差很大。
度的差别，再结晶完成的时间略有差别。另外，还可以看
出，随待温冷却速度的变化，奥氏体平均晶粒尺寸无明显
变化，因为在再结晶过程中过冷度不是影响奥氏体晶粒大
小的主要因素，所以不能采用增加过冷度的方法细化再结
晶晶粒。
控制轧制和控制冷却概述
再结晶行为对组织性能的影响
屈 服 强 度 ,Mpa 横 向 冲 击 功 ,J
在板带轧制过程中，如能有效控制这些碳、氮化合物的析出行 为（数量、大小、形状和分布状态等），则可以充分发挥微合金 化元素对钢材施行细晶强化和析出强化的双重作用。铌、钒、钛 三种微合金元素对铁素体/珠光体钢晶粒细化、沉淀强化的影响 规律如下图所示。
控制轧制和控制冷却概述
铌、钒、钛对铁素体/珠光体钢脆性转变温度的影响
奥 氏 体 未 再 结 晶 区 变 形 温 度 对 CCT 曲 线 的影响 －－900℃；－・－850℃；——
800℃
随奥氏体未再结晶区变形温度的降低， 整个曲线向上、向左方向移动
Q345钢低冷却速率范围内的动态CCT曲 线
由图可见，Q345钢的贝氏体形成温度 范围比较宽，应注意终了冷却温度的控 制
合理控制钢坯的在炉时间， 减少钢坯表面与芯部的温差。 加热温度对几种钢材奥氏体晶粒尺寸的影响
控轧控冷
六十年代初：英国斯温顿研究所提出，铁素体珠光体钢中显 微组织与性能之间的定量关系。
著名的Petch关系式明确表明了热轧时晶粒细
化的重要性。
六十年代中期：英国钢铁研究会进行了一系列
研究：降碳改善塑性和焊接性能，利用Nb、V 获得高强度，Nb对奥氏体再结晶的抑制作用以 及细化奥氏体晶粒的各种途径。
六十年代后期：美国采用控制轧制工艺生产出σs＞ 422MPa的含Nb钢板，用来制造大口径输油钢管。日 本用控制轧制工艺生产出强度高，低温韧性好的钢板， 并开发出一系列新的控制轧制工艺，提出了相应的控 制轧制理论。这期间人们重视奥氏体再结晶行为的研 究，开始认识到未再结晶区轧制的重要性。 七十年代：完成了控轧三阶段，Nb、V、Ti应用逐步 完善。
１．再结晶热轧
２．板材加速冷却
水——钢的最有效的合金化添加剂
1. 控轧工艺分哪几类？控轧实践中最常用的
是哪种工艺？分别画出示意图。 ２.Ⅰ型控轧与Ⅱ型控轧相比，哪种工艺轧材 的性能更好些？为什么？
３.如何理解“水是最有效的合金化添加剂”这
句话.
4. 对结构钢的要求有哪些要素?
２．钢的热加工金属学基础
工程应力 ζ＝P/A0
工程应变 ε＝(l－l0)/l0
A’: 比例极限
A：弹性极限
B：屈服强度
C：抗拉强度
7
6
7 8
真应变：e＝lnl/l0
ε＝(l－l0)/l0＝l/l0－1
l/l0 ＝ε＋1
e＝ lnl/l0＝ ln (ε＋1)
从上式看出： ε较小时， e≈ ε，随ε↑，其
差别显著 e＜ε
Nb钢的晶粒比Si-Mn钢要细，见图2--34.
３．初始晶粒直径
r0↓，再结晶晶粒也越小
控轧控冷-8全解
（1）轧后立即快冷工艺，在冷却介质中快冷到规定 温度或快冷一定时间后就中断快冷，随后空冷进行 自回火。
钢筋轧后控制冷却工艺：三个过程
第三阶段：为心部组织转变阶段，钢筋在冷床上空 冷一定时间后，断面上的热量重新分布，温度趋于 一致，同时降温。此时心部由奥氏体转变为铁素体 和珠光体或铁素体、索氏体和贝氏体。心部产生的 组织类型取决于钢的成分，钢筋直径，终轧温度和 第一阶段的冷却效果和持续时间。
轧后控制冷却对钢筋性能的主要影响因素为终轧温 度、第一阶段冷却速度和持续时间及钢的化学成分。 除钢的化学成分外，其他的各个因素决定了自回火 温度。而自回火温度很大程度上决定了钢筋的力学 性能。
另一种热处理工艺是将热轧或冷轧钢带加热到奥氏体 化程度，转变成单一奥氏体组织，然后控制冷却速度， 在冷却过程中先使奥氏体一部分发生铁素体转变，并 控制残留奥氏体数量，再进行快冷，使残余奥氏体转 变成马氏体，形成双相钢，这种钢称为奥氏体双相钢 (Austenite dual phase)简称“ADP”。
钢筋轧后控制冷却的方法及类型
根据在快冷前变形奥氏体发生再结晶的情况可以分为两类：
一类是变形的奥氏体已发生充分的再结晶，变形对奥氏体位 错、亚结构的影响已通过再结晶而消除。形变热处理的效果 已很小或者完全没有，这样就只有相变强化，而没有形变强 化，强化效果较小。这样强化处理的钢筋，虽然综合力学性 能略低，但其应力腐蚀稳定性较高。
双相钢的生产方法
中低温卷取型热轧双相钢
这种直接热轧双相钢，除了省去了附加热处理 工序外，其焊接性和疲劳特性也较热处理双相 钢好。而其缺点则表现在性能的一致性方面， 难以准确控制马氏体和铁素体的比例，性能的 波动取决于工艺参数的波动，难以沿带钢全长 及宽度方向上获得一致的性能。另外钢的合金 元素含量偏高，变形抗力较大，生产薄规格钢 板时比较难以控制钢温。
控轧控冷的应用(8)
8.1中厚钢板轧后控制冷却
（3）为了实现控制冷却(快速冷却)和轧后余热淬火(形变 热处理)工艺，将两种冷却装置顺序安装在精轧机和热 矫直机之间。其典型的加速冷却设备如日本川崎钢铁 公司水岛厂的多功能加速冷却系统(MACS)，见图8— 18。其两种冷却设备的基本参数如表8—9所示。加速 冷却系统是用于轧后控制冷却的，为了使钢板上下表 面冷却均匀，下喷所需冷却水量是上喷冷却水量的2-3 倍。 直接淬火冷却装置由在其上、下装有叶片式辊道的 13m长冷却水箱所组成，水箱内充满水，其流速由调 整水量来控制。直接淬火装置的示意图如图8—l 9所 示。 叶片式辊道对快速而均匀的冷却起重要作用，它们 快速旋转，而且强有力地搅动钢板表面的水，同时清 除蒸汽膜，因此提高了在钢板下面的冷却能力，搅动 的水流平行于轧制方向这样也保证丁钢板宽度方向上 的均匀冷却，防止钢板产生挠曲。
8.3.1大中型型材的控制轧制和控制冷却
现代钢结构建筑的发展要求能够生产 适合先进建筑技术要求的结构钢，这种结 构钢应具备较高的屈服强度，良好的焊接 性能和较高的低温韧性，有较高的抗层状 撕裂性能，保证纵向和横向的冲击性能。 钢材内部无缺陷等等。为了得到上述综合 性能，应分别从炼钢、铸坯和轧钢三个方 面去解决，因为炼钢和铸坯应保证提供高 质量的轧钢坯料。这是获得高质量、高性 能钢材的前提。 8.3.1.1 H型钢的控制轧制及控制冷却
8.2.2宽带钢连轧机轧后控制冷却
目前，国内外各宽带钢热连轧机都采用轧后 控制冷却工艺，但快速的冷却方式各不相同， 冷却区的长度也各不相同，如表8—14所示。
8.2.2宽带钢连轧机轧后控制冷却
8.2.2宽带钢连轧机轧后控制冷却
美国克里夫兰钢铁厂2000mm宽热带连轧机 在输出辊道上装有一个能力很强的层流冷却控 制系统。下部采用喷射冷却，能使板厚达 9.5mm的热轧带钢以16.6℃/s左右的速度 进行冷却。冷却设备的布置图如图8-23所示。
控轧控冷8PPT课件
钢筋轧后控制冷却的特点及其基本原理
（2）选用碳素钢和低合金钢，采用轧后控制冷却 工艺，可生产不同强度等级的钢筋，从而可能改 变用热轧按钢种分等级的传统生产方法，节约合 金元素，降低成本以及方便管理。
（3）设备简单，对于一般老式横列式型钢轧机不 用改动轧制设备，只需在精轧机后安装一套水冷 设备。在某些情况下，为了控制终轧温度或控制 轧制而在中间轧机或精轧前安装中间冷却或精轧 预冷装置。
另一类是轧制后到快冷前，变形的奥氏体尚未发生再结晶，或 者只发生了部分再结晶，这样，就保留或部分保留变形对奥氏 体的强化作用，形变热处理效果较大，可以提高钢筋的综合力 学性能，但应力腐蚀开裂倾向较大，这也可用分段淬火及淬火 后自回火或加热回火来解决。
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钢筋轧后控制冷却的方法及类型
由于钢筋的直径、钢的化学成分决定的淬透性、冷却速度和冷 却温度不同，因此轧后淬火所得组织也不同。直径为8.2mm 的Q235钢，如冷却速度快和冷却温度低，可以在整个横截面 上得到低碳马氏体。直径较大的钢筋。如直径大于12mm，很 难沿整个截面上得到马氏体组织。一般表面层得到马氏体组织， 通过自回火转变为回火马氏体。而心部得到索氏体、贝氏体及 铁素体等。
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双相钢的生产方法
低温卷取型热轧双相钢
控制轧制工艺的终轧温度应控制在Ar3附近（变形 条件下的Ar3），甚至可以降低到析出少量铁素体 的A+F两相区以促进A→F相变。但是，温度不能 太低，以防止出现变形的铁素体组织。若终轧温度 太高，铁素体晶粒粗大，而且也易出现A→B相变。
卷取温度必须低于M点温度，一般在200℃以下， 否则也易出现A→B相变，同时也易出现铁素体的 时效和马氏体的自回火。卷取温度太低，需要加大 卷取能力，也会使板带的屈强比偏高和板形恶化。
1.3.2控制轧制和控制冷却
1. 控轧控冷的必要性
• 用户要求：产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能…）
• 决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数…）
• 决定组织的因素：成分和工艺（压下率、轧制温度、冷却 速度。
•
柔性制造技术
加工工艺1
组织特征1
用户需求1
钢种 成分
加工工艺2
组织特征2
6
6
2.3 控轧工艺特点 • 控制加热温度 • 控制轧制温度 • 控制变形程度 • 控制轧后冷却速度
钢的成分
常规轧制
% 0.14C+1.3Mn
σs N/mm2 FATT℃
313.9
+10
0.14C+0.034Nb 392.4
+50
0.14C+0.08V
421.8
+40
0.14C+0.004Nb
3. 1 控冷的意义
3. 2控冷的原理
3.2 控制冷却原理－晶粒细化和相变强化
温度 加热 控制冷却 时间
再结晶区控轧
未再结晶区控轧 两相区控轧
3～5μm
5 ～10 μm
10～20μm
1. 控轧工艺分哪几类？控轧实践中最常用的 是哪种工艺？分别画出示意图。
２.Ⅰ型控轧与Ⅱ型控轧相比，哪种工艺轧材 的性能更好些？为什么？
控制轧制： － 轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温） － 轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向） － 液压弯辊等板凸度控制制度
控制冷却（Controlled Cooling）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。
CR----控制轧制 AcC----控制冷却
控轧与控冷
控轧与控冷一：名词解释控制轧制：是指在热轧过程中通加热制度，变形制度，温度制度的合理控制，使钢材具有优异综合理学性能的轧制新工艺。
控制冷却：是指控制轧后钢材的冷却速度达到改善组织和性能的目的。
金属强化：通过合金化，塑性变形，和热处理等手段提高金属材料的强度。
韧性：材料在断裂前在塑性变形和裂纹扩展时吸收能量的能力。
铁素体：铁或其内固溶体有一种或数种其他元素形成的体心立方固溶体。
奥氏体：γ铁内固溶有碳和其他元素的面立方固溶体。
贝氏体：钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度一下，马氏体转变温度以上这一中间温度区间，转变而成的有铁素体及其内分布着弥散的碳化物形成的亚稳定结构。
IF钢：又称无间隙，由于C,N含量低，在加入一定量TI,Nb使钢背固定成碳化物，氮化物或者碳氮化物，从而使钢无间隙存在。
不锈钢：在腐蚀介质中有良好的耐腐蚀性的钢。
双相钢：由马氏体或奥氏体基本两相组织构成的钢。
再结晶：经冷塑性变形的金属超过一定加热温度时，通过形核长大形成等轴晶粒无畸变新晶粒过程。
在线常化：在热轧无缝钢生产中，在轧管延伸工序后，将钢管按常化处理要求冷却到某一温度后，再进行加热炉生产，然后进行减轻轧制，按照一定冷却速度冷却至常温。
1·控制轧制与普通轧制的区别答：可以充分发挥微量元素的作用起沉淀强化，细化晶粒的作用；提高钢的强度的同时题干钢的韧性；降低了终轧温度，采用较低的卷曲温度，课消除或减少板卷头部，中部和尾部的强度差；采用低温大压下细化低碳钢的铁素体晶粒，提高强韧性。
2·控制冷却的目的答：节约冷床面积；防止或减轻转型材的翘曲和弯曲；降低残余应力；提高型材的力学性能及改善组织状态，简化生产工艺。
3·影响材料强韧性的因素答：化学成分；气体夹杂物；晶粒尺寸；沉淀析出；形变；相变组织等的影响。
其中气体夹杂物对韧性有害，晶粒越小，材料韧性越好。
4·提高材料强韧性的措施答：晶粒细化；冶炼：采用真空搅拌，减少有害成分；控扎：使形变强化，提高材料强韧性；热处理：阻止晶粒长大，使晶粒细化，提高强韧性。
控轧控冷
绪论控轧、控冷的含义：控轧—控制钢的加热温度、速度，开、终轧温度，轧制变形率和变形速率，使塑性变形和动态相变相结合，又称形变热处理。
控冷—控制轧后冷却速度，使其通过相变得到所需的组织和晶粒度，以及第二相粒子的析出。
控轧、空冷相结合可提高钢的强度和韧性。
1. 控轧、控冷是挖掘钢的潜力，开发新产品的有利武器2. 控轧、控冷又叫形变热处理，不同于常规热处理，是形变和相变的有机结合，利用轧制余热在线热处理可节约能源，缩短工期，提高经济效益。
3. 是连铸连轧柔性生产系统的组成部分。
控轧控冷是一个系统工程，涉及钢的成份控制，纯净度控制，铸造组织控制，温度控制，变形控制，相变控制，必须系列优化综合考虑。
控轧、控冷的理论基础是传热学、塑性加工力学、塑性加工金属学、流体力学。
第一章钢的强化和韧性第一节钢的强化机制固溶强化、位错强化、沉淀强化、（晶界强化、亚晶强化）、细晶强化、相变强化钢的强化反映其内能的提高金属塑性变形机理是位错运动，位错运动阻力越大σs越高。
金属断裂是由于裂纹源的扩展，金属内部越致密，原子结合强度越高σb越高。
1、固溶强化铁和碳的相互作用表现为两方面：1、形成固溶体；2、形成化合物（1）固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构。
（2）固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体晶格扭曲，内能增加，强度增加。
运动的位错和异质原子相互作用使强度提高。
（给位错移动增加点状障碍物）固溶强化的规律（1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大（2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好。
（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。
但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。
控轧控冷
1控制轧制：在热轧过程中通过对金属的加热制度变形制度和温度制度的合理控制，使热塑变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织使刚才具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。
2控制冷却：控制轧后刚才的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。
控轧控冷的目的：细化晶粒1钢的韧性（韧度）：指材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力1材料的冲击韧性指标：a，冲击功，即缺口冲击韧性Ak；b，韧脆转变温度Tc1影响钢材韧性的因素：化学成分的影响；气体和夹杂物的影响；晶粒细化的影响；沉淀析出的影响；形变的影响；相变组织的影响1影响析出的主要工艺因素：加热温度，变性条件（变形温度，变形量，变形速度，轧制道次）材料中其他成分的影响1动态再结晶的临界变形量Ec：发生动态再结晶所必需的最低变形量1软化率：将两次变形间A软化的数量之比称为软化率1静态再结晶临界变形量：在一定的变形温度和变形速度下有一个发生静态再结晶的最小变形量2双相钢：由两相或多相的复合相组成的多晶体材料被称为双相钢或多相钢1强化：指光滑的金属材料试样在大气中，并在给定的变形速率室温条件下对拉伸时所能承受应力的提高，屈服强度抗拉强度是其性能指标1钢的强化机制：固溶强化形变强化析出强化细晶强化亚晶强化相变强化2冷却制度：开冷温度；终冷温度；冷却速度1线材轧后冷却的目的：得到产品所要求组织及组织性能的均匀性以及减少二次氧化铁皮的生成量1非调质钢：将调质钢的化学成分进行调整并对轧制工艺过程进行控制不进行调制而其性能达到调质钢的水平以省略调制工序1热轧无缝钢管在线常化（轧后余热正火）：适当地调节变形温度使均整或定减径变形的终轧温度变为相应的正火温度然后空冷。
优点：强度提高不多甚至略有下降；在线常化由于晶粒尺寸减小，珠光体量减少和沉淀强化作用降低使冲击韧性大幅度提高；在线常化与快速冷却相结合可获得综合力学性能良好的管材1高温形变淬火：钢管在稳定的奥氏体区变形而且一般在结晶温度以上然后进行淬火以获得马氏体组织，在轧制线上进行。
控轧空冷综述
控轧控冷在棒线材中的应用班级：摘要：线材为了获得高强度、高韧性的综合性能, 可以采用不同的控制轧制工艺来达到。
关键词：控轧空冷应用线材前言控制轧制和控制冷却技术作为提高产品的组织性能,降低钢材生产成本,提高企业经济效益上起着巨大的作用。
正文一．控轧控冷概述1.控轧控冷概念（1）控制轧制：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，使热塑性变形与固态相变相结合，以获得细小晶粒组织，从而得到较高的综合性能的轧制工艺。
（2）控制冷却：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。
2.控制轧制的优点如下：（1）可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。
（2）可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。
3.控制轧制工艺的缺点：（1）要求较低的轧制变形温度和一定的道次压下率，因此增大了轧制负荷。
（2）由于要求较低的终轧温度，大规格产品需要在轧制道次之间待温，降低轧机生产率。
4.控制冷却工艺的优点（1）节约能耗、降低生产成本。
利用轧后钢材余热，给予一定的冷却速度控制其相变过程，从而可以取代轧后正火处理和淬火加回火处理，节省了二次加热的能耗，减少了工序，缩短了生产周期，从而降低了生产成本。
（2）可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织。
轧后控制冷却能够降低奥氏体相变温度，对同一晶粒度级别的奥氏体，低温相变后会使，晶粒明显细化，使珠光体片层间隔明显变薄。
（3）可以降低钢的碳当量。
采用轧后控制冷却工艺有可能减少钢中的碳含量及合金元素加入量，达到降低碳当量的效果。
（4）道次间控制冷却可以减少待温时间，提高轧机小时产量。
在道次间采用控制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。
5.控制轧制、控制冷却工艺参数控制特点（1）控制钢坯加热温度。
根据对钢材性能的要求来确定钢坯加热温度，对于要求强度高而韧性可以稍差的微合金钢，加热温度可以高于1200℃，对以韧性为主要性能指标的钢材，则必须控制其加热温度在1150 ℃以下。
控轧控冷
RAL
中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座
概
述
RAL
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1 概 述 – 定义
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控制轧制：是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧 制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状 态，从而达到控制钢材组织性能的目的 控制冷却：是通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制奥氏体组织状 态、控制相变条件、控制碳化物析出行为、控制相变后钢的组织和性 能。 TMCP：控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢材的 强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量， 节约贵重的合金元素，降低生产成本。与普通生产工艺相比，通过控 轧控冷生产工艺可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约40～ 60MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素 以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。因此， 日本、美国、欧洲等广泛采用控轧控冷生产工艺生产各种高强结构板、 船用钢板、压力容器钢板。
轧制后奥 氏体晶粒
相变后
控冷后
形变硬化的铁素体
RAL
2.1 控制轧制和控制冷却机理示意
变形前奥氏体晶粒
轧制
变形后晶粒被拉长
铁素体形核
冷却
相变完成
RAL
变形带与其上的析出
变形带
变形带上 的析出
T4.10
RAL
珠光体的不同形核地点
变形工具钢 a) 晶界 b) 退火孪晶 c) 变形带 d)晶内
T4.15
• RAL承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能
• 经过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产 • 工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度 • 效果：Q235－屈服强度>400MPa， 抗拉强度>510MPa 延伸率>28％，宽冷弯合格，晶粒尺寸：3.9微米
钢材的控制轧制和控制冷却
钢材的控制轧制和控制冷却一、名词解释：1、控制轧制：在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度、温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能。
2、控制冷却：控制轧后钢材的冷却速度、冷却温度，可采用不同的冷却路径对钢材组织及性能进行调控。
3、形变诱导相变：由于热轧变形的作用，使奥氏体向铁素体转变温度Ar3上升，促进了奥氏体向铁索体的转变。
在奥氏体未再结晶区变形后造成变形带的产生和畸变能的增加，从而影响Ar3温度。
4、形变诱导析出：在变形过程中，由于产生大量位错和畸变能增加，使微量元素析出速度增大。
两相区轧制后的组织中既有由变形未再结晶奥氏体转变的等轴细小铁素体晶粒，还有被变形的细长的铁素体晶粒。
同时在低温区变形促进了含铌、钒、钛等微量合金化钢中碳化物的析出。
5、再结晶临界变形量: 在一定的变形速率和变形温度下，发生动态再结晶所必需的最低变形量。
6、二次冷却：相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。
二、填空：1、再结晶的驱动力是储存能，影响其因素可以分为：一类是工艺条件，主要有变形量、变形温度、变形速度。
另一类是材料的内在因素，主要是材料的化学成分和冶金状态。
2、控制冷却主要控制轧后钢材冷却过程的（冷却温度）、（冷却速度）等工艺条件，达到改善钢材组织和性能的目的。
3、固溶体的类型有（间隙式固溶）和（置换式固溶），形成（间隙式）固溶体的溶质元素固溶强化作用更大。
4、根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同，将控制轧制划分为三个阶段，即奥氏体再结晶型控制轧制、奥氏体未再结晶型控制轧制、在A+F两相区控制轧制。
5、以珠光体为主的中高碳钢，为达到珠光体团直径减小，则要细化奥氏体晶粒，必须采用（奥氏体再结晶）型控制轧制。
6、控制轧制是在热轧过程中通过对金属的（加热制度）、（变形制度）、（温度制度）的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合使钢材具有优异的综合力学性能。
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双相钢的生产方法
低温卷取型热轧双相钢 控制轧制工艺的终轧温度应控制在Ar3附近（变形 条件下的Ar3），甚至可以降低到析出少量铁素体 的A+F两相区以促进A→F相变。但是，温度不能 太低，以防止出现变形的铁素体组织。若终轧温度 太高，铁素体晶粒粗大，而且也易出现 A→B相变。
卷取温度必须低于M点温度，一般在200℃以下， 否则也易出现 A→B相变，同时也易出现铁素体的 时效和马氏体的自回火。卷取温度太低，需要加大 卷取能力，也会使板带的屈强比偏高和板形恶化。
双采用合适的比学成分，控制轧制和控制冷却工艺， 可以直接热轧成双相钢钢板或带钢。 目前，普遍采用的工艺是控制带卷的卷取温度，即 分为中温卷取型和低温卷取型两类。
双相钢的生产方法
中低温卷取型热轧双相钢 其原理是适当加入 Cr 、 Mo 等元素合金化后，控轧 后奥氏体在连续冷却过程中先析出一定数量铁素体， 然后在介于 A→F 和 A→B 转变温度区间内．由于奥 氏体的稳定化，在A→F相变过程中碳在奥氏体中富 聚，而使残余下的奥氏体变得十分稳定。在此温度 下进行卷取，即使在相当小的板卷冷却速度下也不 会发生A→B相变，最后采用快冷，使A →M相变， 在室温下获得F+M组织。这种轧制方法需要选用合 适成分和合理的控制轧制和控制冷却工艺制度、卷 取温度在 500～600℃左右，因而称为中温卷取型。
双相钢的生产方法
低温卷取型热轧双相钢 为实现上述工艺，钢中加入 Si 是有利的，它促进 C由F向A中扩散，促使A→F相变，从而提高了奥 氏体的稳定性，因而卷取前允许用较小的冷速。 Si还可以提高Ar3温度，有利于铁素体的析出。 Mn 和 Cr 可以提高奥氏体的淬透性能，从而发展 了Mn-Cr和Si-Mn系的低温卷取型热轧双相钢。
双相钢的生产方法
（1）热处理双相钢
钢带经加热后进入奥氏体和铁素体两相区，然后控制 其冷却速度使奥氏体转变成马氏体或其它低温相变产 物。这种热处理所产生的组织叫做临界间双相 (Intercritical dual phase)简称“IDP”。 另一种热处理工艺是将热轧或冷轧钢带加热到奥氏体 化程度，转变成单一奥氏体组织，然后控制冷却速度， 在冷却过程中先使奥氏体一部分发生铁素体转变，并 控制残留奥氏体数量，再进行快冷，使残余奥氏体转 变成马氏体，形成双相钢，这种钢称为奥氏体双相钢 (Austenite dual phase)简称“ADP”。
双相钢的生产方法
中低温卷取型热轧双相钢 这种直接热轧双相钢，除了省去了附加热处理 工序外，其焊接性和疲劳特性也较热处理双相 钢好。而其缺点则表现在性能的一致性方面， 难以准确控制马氏体和铁素体的比例，性能的 波动取决于工艺参数的波动，难以沿带钢全长 及宽度方向上获得一致的性能。另外钢的合金 元素含量偏高，变形抗力较大，生产薄规格钢 板时比较难以控制钢温。
第八章
控制轧制与控制冷却技术的应用
8.1 在双相钢钢板中的应用
8.2 钢筋的控制轧制和控制冷却 8.3 应用简例
第一节
在双相钢钢板中的应用
双相钢的组织和性能特点
1. 双相钢的组织形貌
特指的双相钢是由铁素体和约 20 ％左右的马氏体构 成的高成型性的低合金高强度双相钢，由板条马氏体 和5％以下的残余奥氏体所构成的高强度高韧性结构钢， 以及由马氏体和奥氏体或铁素体和奥氏体构成的双相 不锈钢。 双相钢中，低温相变产物所占的体积比，依用途而 异，可以在一定范围内变化。也就是说，双相钢的组 织形态和构成相的相对量有着广泛的调整范围．通过 不同工艺控制可以得到不同相的比例。并且以台金化 及通过工艺参数的控制来改变马氏体和铁素体的形态 和分布从而在很大范围内改变钢的力学性能。
引言
400 MPa 级的Ⅲ级钢筋的生产工艺目前主要有两 种，一种是在20MnSi 中加入微量合金元素钒（或 铌、钛），即进行成分控制，通过加入微合金元素 来控制晶粒大小，从而提高热轧螺纹钢筋性能。但 是，加入合金元素将提高生产成本，不利于市场竞 争。另一种就是采用控轧控冷的方法，钢筋的控轧 控冷是通过控制钢材在轧制过程中的温度变化和轧 后冷却过程的工艺参数，以得到细小均匀的相变组 织，从而获得强度、塑性、韧性均好的优良产品。 用水代替合金元素的作用，可节约合金元素，显著 降低生产成本；同时可简化工序，降低能耗，具有 显著的经济效益和社会效益。
双相钢的生产方法
低温卷取型热轧双相钢 中温卷取型热轧双相钢为提高奥氏体的淬透性，必 须加入 Cr 和 Mo 合金元素以抑制 A→P 的相变，这 将导致成本提高。为克服这一缺点，日本几家冶金 工厂首先利用热连轧后具有较长的输送辊道和轧后 强制冷却设备的优势，开发了低温卷取型热轧双相 钢。 这一工艺特点是：在热轧阶段采用控制轧制工艺， 轧后在输出辊道上采用快速冷却，将热钢带迅速冷 却到Ms温度以下，并进行卷取。
第二节 钢筋的控制轧制和控制冷却
一、钢筋轧后控制冷却的特点及其基本原理
二、钢筋轧后控制冷却的方法及类型
三、钢筋轧后控制冷却实例
引言
螺纹钢筋为建筑工程中混凝土构件所用钢材，在 国民经济建设中需用量很大。而且随着建筑行业的 迅猛发展，对热轧螺纹钢筋的性能要求越来越高。 对于工业发达国家，如德国、美国等国家的建筑用 钢已淘汰了低强度的Ⅱ级钢筋这一等级，并以具有 强度高，综合性能好的Ⅲ级或Ⅳ级钢筋来替代。而 我国建筑用钢筋的 80%为 20MnSi Ⅱ级钢筋，因此， 研 制 和 开 发 高 强 度 钢 筋 ， 大 力 推 广 应 用 400 ~ 500MPa级螺纹钢筋已是势在必行。
双相钢的组织和性能特点
显微组织： 马氏体（贝氏体）+铁素体基体。 马氏体呈岛状分布在铁素体晶之间。 力学特性： 抗拉强度高、屈服强度低、连续屈服、加工硬化 率高、延伸率高、成型性良好。
双相钢的生产方法
（1）热处理双相钢
（2）热轧双相钢
双相钢的生产方法
（1）热处理双相钢 采用热处理手段生产的双相钢称做热处理双相钢。 这类钢是以热轧或冷轧带材为原料，其初始组织 一般是铁素体和珠光体。 热处理双相钢的原料组织状态，对其加热制度、 冷却制度和其后的组织性能是有影响的。而原料 的组织状态又与它的轧制工艺有密切关系。