棒材轧制中控制轧制和控制冷却的应用

棒材轧制中控制轧制和控制冷却的应用
姓名：迟璐全
班级：
学号：
棒材轧制中控制轧制和控制冷却的应用
迟璐全
材料成型及控制工程12级
[摘要]控制轧制(Contorlled Rollign)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,使热朔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的轧制新工艺。

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。

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和获得合理的综合力学性能。

并介绍了棒材轧制过程中控制轧制和控制冷却工艺的特点，金属学理论。

分析了控制轧制和控制冷却工艺对热轧棒材的影响，并提出目前需要研究的问题。

[关键词]热轧棒材控制轧制控制冷却
ABSTRACT:Controlled rolling is in the process of hot rolled through the metal heating system, reasonable control of the deformation and temperature, and to integrate the thermal plastic deformation and solid-state phase transformation to obtain fine grain structure, make the excellent comprehensive mechanical properties of steel rolling process. Is controlled cooling after controlled rolling steel cooling speed to achieve the purpose of improving the microstructure and mechanical properties of steel. Controlled rolling and controlled cooling could add those two kinds of reinforcement effect of hot rolling steel, further improve the tenacity of steel and have a reasonable comprehensive,mechanical,properties.Anintroductionwasmadetothefeaturesandmetallo graphicaltheoryofrollingcontrolandcoolingcontrolprocessesduringbarrolling.Theeffects oftherollingcontrolandcoolingcontrolprocessesonthehotrolledbarswereanalyzed.Proble mstoberesearchedatpresentwerealsoputforward.
KEY WORDS: hotrolledbars rollingcontrol coolingcontrol
1.引言
控制轧制和控制冷却技术是近十多年来国内外新发展起来的轧钢生产新技术，受到国际冶金界的重视。

各国先后开展了多方面的理
论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以应用，明显地改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为节约能耗，简化生产工艺，开发钢材新品种创造了有利条件。

对热轧圆钢而言，在轧制过程中或在轧制结束后对轧件进行选择性的水冷，进而进行控制轧制和控制冷却。

可以在提高钢材强度的同时提高钢材低温韧性和充分发挥V，Ti，Nb等微合金元素的作用，从而节约合金，简化生产工序和节约能源消耗
[1]。

2 控制轧制和控制冷却的工艺及其特点
2 .1 控制轧制和控制冷却
控制轧制(Controlled Rolling)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,以获得细小的晶粒组织,使钢材具有优异的综合力学性能的新工艺。

对低碳钢、低合金钢来说采用控制轧制的工艺主要是通过控制轧制工艺参数细化变形奥氏体晶粒,经过奥氏体向铁素体和珠光体的相变,形成细化的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团,从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的目的。

[2]
控制冷却(Controlled Cooling)是通过控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材的组织和性能的目的。

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,减小珠光体片层间距,阻止碳化物在高温下析出,以提高析出强化效果,而采用人为的有目的控制冷却过程的工艺。

控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢材的形变强
化和相变强化两种强化效果相加,进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合力学性能。

2.1.1 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,提高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[3]。

2.2控制轧制、控制冷却工艺参数控制特点
控制轧制和控制冷却的工艺参数控制与普通热轧工艺相比具有如卜特点:
(l)控制钢坏加热温度。

根据对钢材性能的要求来确定钢坏的加热温度,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。

(2)控制最后几个轧制道次的轧制温度。

一般要求终轧道次的轧制温度接近Ar3温度,有时也将终轧温度控制在(Y + a) 两相区内。

(3)要求在奥氏体未再结晶区内给子足够的变形量。

对微合金钢要求在900℃一950℃以下的总变形量大于50%,对于普碳钢通过多道次变形累计达到奥氏体发生再结品。

(4)要求控制轧后的钢材冷却速度、开始快冷温度、快冷终了温度,以便保证获得必要的显微组织。

通常要求轧后的第一冷却阶段冷速要大,第二阶段冷速根据钢材性能要求不同而不同。

3 棒线材控制轧制与控制冷却技术的应用
3.1 棒线材控制轧制技术的应用
考虑到小型棒线材轧机的轧制工艺参数方面难以有效调整变形制度，确定好孔型设计后若想满足控制轧制变形量的要求，必须改变各道次的变形量，因此小型棒线材轧机的控制轧制仅能依靠各轧机，即对轧制温度的控制来实现变性条件的优化。

控制轧制不仅能够生产出韧性好的细晶组织钢材，同时能够优化脱碳或热处理工序。

小型棒线材轧机具有包括两种控制轧制变形制度，即两段变形制度、三段变形制度。

本节简要分析两段变形制度。

两段变形制度指奥氏体未再结晶型与再结晶型的控轧工艺，此种控轧工艺具有诸多显著特点，例如控制加热温度来实现对原始奥氏体晶粒过分长大的规避，以确保粗轧的轧制始终被控制到再结晶温度范围，同时借助变形奥氏体再结晶实现对奥氏体晶粒的细化；若精轧或中轧机组的轧制温度＜950℃（奥氏体未再结晶区的变形量达60%～70%）终轧应安排到靠近奥氏体转向铁素体的瞬间，由此获取变形带大量的奥氏体未再结晶晶粒。

3.2 棒线材控制冷却技术的应用
针对连续式小型棒材轧机，目前应用最广泛的属棒材的轧后自回火工艺（又称QTR或QTB工艺），该工艺是指借助终轧后轧件热量穿越穿水冷却水箱来控制轧件的冷却温度，进而获取所需的性能与组织。

上述工艺所用的低合金钢及微合金钢可用普通低碳钢来取代，同时轧件亦可获取较理想的韧性、强度及焊接性，目前已被广泛用来生产热轧带肋钢筋，此外钢筋若经过余热淬火处理，钢筋的强度指标及灵活性必定大幅度提高，亦可理解成不同的冷却制度能使钢筋获取不同的强度等级。

棒材的控制冷却工艺具体包括淬火阶段、回火阶段、自然冷却阶段。

线材的控制冷却技术具体包括两部分，即轧后风冷及轧后水冷，其中水冷主要采用温度自动闭环控制。

线材轧后的控制冷却过程可简单划分成三大阶段，即快速冷却至相变前温度或吐丝温度；控制冷却速度（相变过程）；相变结束，具体采用空冷。

成份不同的钢种往往具有不同的转变时间、转变温度及组织特征，此外尽管钢种的成分相同，但若最终用途不相同，那么所需的性能与组织亦存有较大差异，所以线材的控制冷却要求对轧件冷却过程的相变温度与冷却速度进行严格控制，以确保线材产品能够满足性能要求及减少氧化烧损。

综上所述，控制轧制与控制冷却技术的成功应用表明材质完全可依靠工艺来改变，进而获取新的材质，其中新材料的成形过程是指材料的物理冶金过程，此过程往往能够实现工艺的改进及材料质量的提高。

[4]
4 控轧控冷的难点
从理论上来说,通过控轧控冷我们能得到我们想要的任何组织、性能的钢材 ,实际上我们能做到的只是设尽可能多的得到我们想要的组织 ,以提高钢材的性能。

其难点在于需控制因素太多。

对控制轧制的控制要素如:加热制度、变形制度和温度制度 ,控制相对比较易容一点儿。

对控制冷却的控制较难 ,首先从奥氏体到所需组织相变完成时间太短 ,只有几秒 ,在这很短的时间内,若冷却能力不够、或不能把整个轧件冷透 ,相应部分将转变为其它不需要的组织 ,这部分就很难提高钢材的性能。

其次每一批次的同牌号钢材很难做到成份完全一致 ,因为碳及其它合金元素的微小变化 ,冷却曲线就有可能发生很大的偏移 ,这时再用相同的控冷方法 ,得到的就不一定是想要的钢材组织了。

其它因素如棒材的终轧温度、终轧出口速度、冷却水量、水温、冷却段长度及布置 ,棒材的品种规格等,所有这些因素都要综合考虑 ,精确控制冷却制度才能得到好的效果 ,所以要把这些因素考虑在内,生成数学模型、编程、实现计算机控制确实不易。

在棒材生产中的由于轧件相对较小 ,控制冷却相比较板带材来说还是容易一些。

[5]
5 结语
实践证明,采用控轧控冷工艺技术是生产强度高、韧性好、可焊性优良且成本低的钢板的最好办法,将应变诱导轧制技术与常规控轧工艺相结合可获得更为理想的超细晶组织。

可以借鉴国内外先进的轧制工艺控制方法,消化、吸收这些新技术,充分发挥控制轧制工艺的优势,在我国现有资源的条件下,研制开发出高强、高韧性钢板,特别是低温韧性好的钢板。

一套棒材生产线如果增设了穿水冷却设备,轧制过程中
再进行控制轧制,可以大幅度提高棒材的综合力学性能,给企业带来巨大的经济效益,同时,使精整工的工作环境得到改善。

参考文献
[1] 李广军,现代厚板生产线控制轧制的研究与应用[J].四川冶金，2010,（4）:7-8
[2] 李伟 TMCP(热机轧制) 在中厚板工程中的应用[J]现代冶金，2010，（3）：50-52
[3] 王有铭,李曼云,韦光 .钢材的控制轧制和控制冷却[ M] , 北京: 冶金工业出版社, 1995.
[4] 朱翀.煤矿自动化发展方向初探[J].淮南职业技术学院学报，2009（03）.
[5]郑申白 ,等.棒线材生产新工艺分析[J];钢铁:2002年07期。