控轧控冷的应用

3.合金元素的作用 在HRB400盘条生产中，钒、钒-氮、铌、钛 微合金化成分在20Mnsi基础上分别增加 0.04%-0.12%V、 0.02%-0.04%Nb ， 0.02%-0.05%Ti，强化机制主要为析出强化 和细晶强化
HRB400盘条的组织是铁素体+珠光体．钒、铌微合金元素 在控轧控冷中的作用主要有：(1)加热时抑制 奥氏体晶粒长 大；(2)变形时抑制奥氏体再结晶；(3)相变时使铁素体晶粒 细化；(4)相间或铁素体基体析出强化。 钒的溶解度较大，热变形时一般处于固溶状态，对再结晶 过程抑制较小，它的主要作用是奥氏体向铁素体转变时相间 或铁素体基体析出强化．细晶强化作用较小．但是氮的加 入．在奥氏体中VN的溶解度与NbC相当，变形时诱导析出 的VN能抑制奥氏体再结晶和阻止晶粒长大。 铌的最突出的作用是抑制高温变形的再结晶，扩大了再结 晶温度范围，微量的铌能起到显著的细晶强化效果和中等的 析出强化效果。在非再结晶区累计变形能诱导相变获得超细 铁素体晶粒
合金元素在钢中的作用
A 加热阻止奥氏体长大 随着加热温度的提高及保温时间的延长，奥氏体晶粒变得 粗大。微合金元素形成高度弥散的碳氮化合物小颗粒．可以 对奥氏体晶界起固定作用．从而阻止奥氏体晶粒长大．即提 高了钢的粗化温度 当Nb、Ti含量在0.10%时， 可以提高奥氏体粗化温度 到1050~1100℃，V在小 于0.10% 时，阻止晶粒长 大的作用不大．在950 ℃ 左右奥氏体晶粒就开始粗 化。
1.4 控轧控冷的应用
主讲：王庆娟
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。
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。
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。
2 控制冷却工艺参数设计
一、终轧温度的设定
1） 高碳钢、 低合金高强度钢以及冷镦钢之类线材的终轧温度 对于强度和韧性要求较严格线材，要求奥氏体晶粒细化 （粗晶粒冲击韧性 差） 、 脱层薄， 所以它们的终轧温度不能过高， 一般应控制在930980℃ 。 2） 低碳软钢、 碳素焊条钢线材的终轧温度 对强度性能要求不高， 主要用于拉拔铁丝、 制钉等用途的由于含碳量低， 奥氏体化温度高， 所以终轧温度应相应高一些， 一般可设定在9801050℃ 1050 。 3） 轴承钢线材的终轧温度 对于轴承钢， 为了避免网状碳化物形成， 在轧机能力许可的情况下， 应 该使终轧温度可能低于900℃ 。如不能达到， 则需在轧后快冷至 650℃左 右保温。 4） 奥氏体-铁素体型不锈钢线材的终轧温度 对某些奥氏体-铁素体型不锈钢， 为了让碳化物充分溶解， 以便在后续冷 却中得到固溶处理的效果， 必须进行高温终轧。终轧温度一般不低于 1050 ℃ 。终轧温度的控制可通过增加或减少精轧机机架间水冷量和精轧 机前水箱水量来实现。
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。 （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（A+F） 两相区内。 （3）要求在奥氏体未再结晶区域内给予足够的变形量。对 于微合金钢要求在900~950 ℃以下的总变形量大于50%，对 于普通碳钢通过多道次变形累积达到奥氏体发生再结晶。 （4）要求控制轧后的钢材冷却速度、开始快冷温度、快冷 终了温度或卷取温度，以便保证获得必要的显微组织。
三、相变区的冷却速度控制
相变区冷却速度决定着奥氏体的分解转变温度和时间， 也决定着线材的 最终组织形态， 所以整个控冷工艺的核心问题就是如何控制相变区冷却 速度。 对具有散卷风冷运输和这一类型的冷却工艺来说， 冷却速度的控制取决 于运输机的速度、 风机状态和风量大小以及保温罩盖的开闭。 运输机速度是改变线圈在运输机上布放密度的一种工艺控制参数。通过 改变运输机速度采改变线圈布放密度， 从而控制线材的冷却速度， 这是 散卷冷却运输机的主要功能。 一般说来， 在轧制速度、 吐丝温度以及冷却条件相同的情况下，运输机 的速度越快，线圈布放得越稀， 散热速度越快， 因而冷却速度越快。但 这种关系并非对全部速度范围都成立， 当运输机的速度快到一定值时， 冷却速度达到最大， 即使再增大运输机速度， 冷却速度也不再增加。这 是因为运输机速度加快， 增加了线圈间距， 使线圈之间的相互热影响不 断减小， 直至消失， 此时运输机速度增加， 不能提高冷却效果。相反， 运输机速度加快缩短了盘卷的风冷时间， 反而会降低冷却效果。 运输机速度的确定除了与钢种、 规格和性能要求有关之外， 还与轧制速 度有关。
四、集卷温度的确定 集卷温度主要取决于相变结束温度及其后的冷却过程。为了 保证产品性能， 避免集卷后的高温氧化和 FeO 的分解转变 以及改善劳动环境， 一般要求集卷温度在 250以下。有时由 于受冷却条件的限制， 集卷温度可能会高一些， 但不应高 于350。所以， 多数情况下要求集卷段鼓风冷却， 以降低集 卷温度。
高线控制轧制技术的目的是减少脱碳，控制晶粒尺寸，控制显微组织与 性能，控制氧化铁皮，节约或取消热处理。 控制上一般采用两段或三段变形制度，由于高线孔型系统一定，因此变 形量调整不大，主要靠温度控制来改善变形奥氏体的组织状态，提高钢 材性能，在设计上采用低温开轧、精轧前后水箱水冷来实现。一般粗轧 在奥氏体再结晶区变形细化晶粒，中轧或精轧在950℃以下轧制，在γ相 末再结晶区变形；或中轧在950℃以下轧制，在γ相未再结晶区变形．精 轧在Ar3与Ar1两相区轧制。 不同产品因钢种、成分及最终用途的不同要求不同的冷却速度，以此来 控制转变时间、相交组织状态。冷却方法主要有两种类型：一类是采用 水冷+运细机散卷风冷(或空冷)，典型工艺有斯太尔摩冷却工艺、阿希洛 冷却工艺、施罗曼冷却工艺、达涅利冷却工艺等；另一类是水冷+其他 介质或它是控制相变开始温度的关键参数。在斯太尔摩控冷工艺中， 一般根 据钢种和用途的不同将吐丝温度控制在760-900℃。部分钢种选用下列 吐丝温度：
对低、 中碳钢为了提高强度， 应降低吐丝温度， 而对高碳钢， 则要提高 吐丝温度才能获得强度的增加。 对有些以强度为主的线材， 如建筑用钢筋， 为了提高其抗拉强度， 有意将吐丝 温度设定得很低 （ 600℃以下） ， 让其表面形成马氏体， 然后在后续冷却中利 用芯部余热进行自回火而得到回火马氏体。这样处理使线材抗拉强度大大提高。
B 抑制奥氏体再结晶 微量元素对奥氏体再结晶的 作用是影响奥体再结晶的临界 变形量、再结晶温度、 变形量、再结晶温度、再结晶 速度以及再结晶的晶粒大小。 速度以及再结晶的晶粒大小。 关于微合金元素阻止再结晶的 机理，但一般认为， 机理，但一般认为，在高温下 产生析出之前。 产生析出之前。微合金元素固 溶产生变形、 溶产生变形、位错与畸变的交 互作用， 互作用，使得点阵常数发生变 化，此时拖曳机制起主要作 而在相对低的温度下， 用．而在相对低的温度下，变 形诱导析出发生， 形诱导析出发生，析出粒子钉 扎晶界移动变得重要
提高控轧、 提高控轧、控冷钢材强韧性的因素
控制轧制、 控制轧制、控制冷却技术在工业中的应用
1.线、 棒材控制轧制技术
控温轧制有如下两种变形制度： A二段变形制度 粗轧在奥氏体再结晶区轧制， 通过反复变形及再结晶细化奥 氏体晶粒； 中轧及精轧在950℃以下轧制， 是在γ 相的未再 结晶区变形， 其累计变形量为60%~70%， 在Ar3附近终轧， 可以得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒， 相变以后 能得到细小的铁素体晶粒。 B 三段变形制度 粗轧在γ 再结晶区轧制， 中轧在950℃以下的γ 未再结晶区 轧制， 变形量为70%， 精轧在Ar3与Ar1(之间的双相区轧制。 这样得到细小的铁素体晶粒及具有变形带的未再结晶奥氏体 晶粒， 相变后得到细小的铁素体晶粒并有亚结构及位错。为 了实现各段变形，必须严格控制各段温度， 在加热时温度不 要过高， 避免奥氏体晶粒长大， 并避免在部分再结晶区中 轧制形成混晶组织， 破坏钢的韧性。
热轧后控制冷却工艺包括三个不同的冷却阶段，一般把从终轧温度开始 到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3的冷却称为一次冷却，把随后至奥氏 体相变完成的整个过程的冷却称为二次冷却．把奥氏体相变完了至室温 的冷却称为三次冷却(空冷)。三个冷却阶段的目的和要求是不同的。 一次冷却的目的是控制热变形后的奥氏体状态．阻止奥氏体晶粒长大， 固定由于变形而引起的位错，加大过冷度，降低相变温度，为相变做组 织上的准备。相变前的组织状态直接影响相变机制和相变产物的形态、 大小和钢材性能。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度，细化奥氏 体效果越好。 二次冷却在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止温度 等，以保证得到所需金相组织与钢材性能。不同钢种根据组织性能的要 求选择不同的冷却速度。低碳钢、低合金钢、微合金钢轧后快冷，可以 得到铁素体和细珠光体及弥散的碳化物；高碳钢、高碳合金钢轧后快冷， 能减小珠光体片层间距；冷撤钢、轴承钢缓冷，等温转变可以得到变态 珠光体、球状或半球状碳化物，节约用户热处理球化退火时间。 三次冷却或空冷，相变结束后采用空冷，固溶在铁素体中的过饱和破 化物随温度降低在不断弥散析出，便其沉淀强化。