控制轧制和控制冷却技术

控制轧制和控制冷却技术及生产工艺应用

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控制轧制和控制冷却技术

及生产工艺应用

臧简

（辽宁科技大学）

[摘要]阐述了控轧控冷工艺的原理理和工艺特点, 控制轧制(TMCP)技术是取代离线热处理生产高性能钢材的一种生产技术,它的核心包括:(l)控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度;(2)轧制变形量的控制;(3)钢材的成分设计和调整。指出TMCP技术可以充分挖掘钢铁材料的潜力,节省资源和能源,优化现有的轧制过程,有利于钢铁工业的可持续发展。最后给出了以新一代TMCP为特征的创新轧制过程的案例,展示了该技术的广阔的应用前景。

[关键词] 控制轧制；控制冷却；轧制工艺；生产工艺

Abstract：The principle and technological characteristics of controlled rolling and controlled cooling process are described. The control rolling (TMCP) technology is a kind of production technology, which is the core of the production of high performance steel. (1) controlling the rolling temperature and cooling rate, cooling the starting temperature and ending temperature; (2) rolling deformation quantity control;

(3) the steel composition design and adjustment. It is pointed out that TMCP technology can fully tap the potential of steel materials, save resources and energy, optimize the existing rolling process, is conducive to the sustainable development of iron and steel industry. In the end, a case study is given to demonstrate the broad application of the technology in the new generation of TMCP.

Key Words：controlled rollin g;controlled cooling; rolling technology; production engineering

1引言

控制轧制和控制冷却技术,即TMCP,是20世纪钢铁业最伟大的成就之一。正是因为有了TMCP技术,钢铁业才能源源不断地向社会提供越来越优良的钢铁材料,支撑人类社会的发展和进步。在控制轧制和控制冷却技术的发展历程中,人们首先认识到的是控制轧制。控制轧制和控制冷却技术的核心是晶粒细化和细晶强化川。钢材的成

分设计和调整、轧制温度、轧制程序、轧制变形量的控制、冷却速度的控制等；在装备上主要是采用高刚度、大功率的轧机，以及高效的快速冷却系统和相关的控制数学模型。

所谓控制轧制,是对奥氏体硬化状态的控制,即通过变形在奥氏体中积累大量的能量,在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体,为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。硬化的奥氏体内存在大量的“缺陷”,例如变形带、位错、孪晶等,它们是相变时铁素体形核的核心。增加微合金元素,例如Nb,可以提高奥氏体的再结晶温度,使奥氏体在比较高的温度即处于未再结晶区,因而便于利用常规的轧制(温度)制度实现奥氏体的硬化。

近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高,除了具有高强度外,还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上许多国家都利用控轧和控冷工艺生产高寒地区使用的输油、输气管道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板,以及造船板、桥梁钢板、压力容器用钢板等。

2 控轧和控冷工艺原理及特点

2.1工艺原理

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[1]。

控轧的目的是在热轧条件下,通过细化铁素体晶粒,生产出韧性好、强度高的钢材。例如,正常轧制工艺铁素体晶粒最好的情况是7～8级,直径大于20μm,而控制轧制工艺得到的铁素体晶粒为12级,其直径为5μm,这样细的晶粒是控制轧制最突出的优点。控制轧制工艺还可以充分发挥微量元素的作用,含有微量Nb、V、Ti等元素的

普通低碳钢采用控制轧制工艺,能获得更好的综合性能[2]。

2.2工艺特点

2.1.1 控制加热温度

加热温度,加热温度影响轧前的原始奥氏体晶粒大小,各道次的轧制

温度及终轧温度影响各道次之间及终轧后的奥氏体再结晶程度及再

结晶后晶粒的大小。奥氏体化温度低,控制冷却后的力学性能好。加热温度影响开轧及终轧温度,但不完个等同。为了降低终轧温度,可

在精轧机组或成品架前设置预冷设备,达到所要求的终轧温度。在没有预冷设备条件时,可根据终轧温度,推算出加热温度。般应适当降

低坯料的加热温度。

例如：在控制轧制工艺中,对Nb钢加热时,当温度达到1050°C

时,Nb的化合物Nb(C,N)开始分解和固溶,因此奥氏体开始长大;加

热到1150°C时,晶粒长大比较均匀;但若达到1200°C以上,则晶粒将过分长大。由于初始奥氏体晶粒的大小将影响轧后铁素体晶粒的大小,所以为了使加工后的钢材具有细小而均匀的晶粒,一般认为1150°C的加热温度比较适宜。若加热到1050°C,此时奥氏体晶粒大