控制轧制基础

控制轧制基础

一、控制轧制的概念

控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。

二、控制轧制的优点

控制轧制具有常规轧制方法所不具备的突出优点。归结起来大致有如下几点：（1）许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等综合机械性能有很大的提高。例如控制轧制可使铁素体晶粒细化，从而使钢材的强度得到提高，韧性得到改善。

（2）简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。

（3）由于钢材的强韧性等综合性能得以提高，自然地导致钢材使用范围的扩大和产品使用寿命的增长。从生产过程的整体来看，由于生产工艺过程的简化，产品质量的提高，在适宜的生产条件下，会使钢材的成本降低。

（4）用控制轧制钢材制造的设备重量轻，有利于设备轻型化。

三、控制轧制的种类

控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），控制轧制可分为三种类型。

（一）再结晶型的控制轧制

它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。

（二）未再结晶型控制轧制

它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。

（三）两相区控制轧制

它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结束轧制。实验表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15% -30%），回复程度减小。在两相区的高温区，铁素

体易发生再结晶；在两相区的低温区只发生回复。经轧制的奥氏体相转变成细小的铁素体和珠光体。由于碳在两相区的奥氏体中富集，碳以细小的碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当，就可以得到细小的铁素体和珠光体混合物，从而提高钢材的强度和韧性。

在实际轧制中，由于钢种、使用要求、设备能力等各不相同，各种控制轧制可以单独应用，也可以把两种或三种控制工艺配合在一起使用。

线、棒材控制轧制技术

线材控制轧制概况

随着线材轧制速度的提高，轧后控制冷却成为必不可少的一部分，但是控制轧制在线材中的应用是20世纪70年代后期才开始的。由于线材的变形过程由孔型所确定，要改变各道的变形量比较困难，轧制温度的控制主要取决于加热温度（即开轧温度），在无中间冷却的条件下，无法控制轧制过程中的温度变化。因此，在过去的线材轧制中控制轧制很难实现。

为满足用户对线材的高精度、高质量要求，高速线材轧机得到发展，无扭精轧机组机型进一步改进。1984年以后，摩根公司提供的100m/s高速无扭机组均为V型结构。新一代V型机组，在结构上做了重大改进，2根传动轴接近底面基础，机组重心下降，倾动力矩减少，增加了机组的稳定性。它噪声级别低，视野开阔，便于操作管理，机组重量较轻。在第1套V型机组问世以后，高速线材轧机将控制轧制技术引入了工艺设备等总体设计。

现代高速线材轧机已能生产高精度的产品，如各生产厂家生产∮5.5线材的尺寸偏差普遍可达±0.15mm，有些厂家可达不超过±0.1mm。为了满足用户对线材精度提出的更高要求，达到精密及极精密尺寸偏差（直径偏差：±（0.2％～0.3％）×直径）。近几年出现了精密尺寸规圆机及精密轧机，有三辊柯克斯三机架无扭精轧机及两辊三机架（或二机架）台克森高精度轧机。尤其是在1985年摩根公司推出台克森双机架轧机与无扭精轧机配合，轧出的∮5.5～6.5线材，可保证直径偏差为±0.1。台克森轧机可在700℃轧制，轧制能力大，可以进行控制轧制，可生产某些汽车用的非调质钢及快速球化钢。

有的在高速线材精轧机组前增设预冷段（可降低轧件温度100℃）及在精轧机组各机架间设水冷导卫装置，以降低轧件出精轧机组的温度等。

在第一套V型机组问世后，摩根公司在高速线材轧机上引入控温轧制技术MCTR，即控制轧制。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" 未再结晶区轧制，变形量为70％，精轧在Ar1与Ar3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。

一般采用降低开轧温度的办法来保证对温度的有效控制。根据几个生产厂应用控温轧制的经验，高碳钢（或低合金钢）、低碳钢的粗轧开轧温度分别为900℃、850℃，精轧机组入口轧件温度分别为920℃、870℃，出口轧件温度分别为900℃、850℃。

在设计上，低碳钢可在800℃进入精轧机组精轧，常规轧制方案也可在较低温度下轧制中低碳钢材，以促使晶粒细化。

中轧机组前加水冷箱可保证精轧温度控制在900℃，而在精密轧机处轧制温度为700℃～7500℃，压下量为35％～45％，以实现三阶段轧制。

如能在无扭精轧机入口处将钢温控制在950℃以下，粗、中轧可考虑在再结晶区轧制，这样可降低对设备强度的要求。

日本有的厂将轧件温度冷却至650℃进入无扭精轧机组轧制，再经斯太尔摩冷却线，这样可得到退化珠光体组织，到球化退火时，退火时间可缩短1/2。