钢材的控制轧制

钢材的控制轧制
材料成型及控制工程14
贺俊峰
摘要：论述了世界上已开发的控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。

控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。

钢材控制轧制现状和发展趋势介绍了钢材控制轧制技术发展的一些特点针对中国钢材控制轧制技术的现状提出了发展钢材控制轧制技术的有关建议。

关键词：控轧控冷；应用；技术发展；建议
Abstract：Discusses the controlled rolling has been developed in the world is the microstructures and properties of hot rolled steel control of cooling technology, has been widely used in the hot rolled strip steel, plate, steel, wire rod and steel pipe and other steel products production fields. Controlled rolling technology of controlled cooling can pass over assaulting a police officer, phase transformation strengthening and so on, to improve the strength of the steel toughness. Steel rolling control present situation and development trend of development of steel control rolling technology was introduced in some characteristics based on the status quo of Chinese steel control rolling technology put forward relevant suggestion to development of steel rolling technology control.
Key Words：controlled rolling and controlled cooling;apply;technological development ; suggest
1引言
在热轧过程中，通过对金属加热、轧制和冷却的合理控制，使范性形变与固态相变过程相结合，以获得良好的晶粒组织，使钢材具有优异的综合性能的轧制技术。

控轧控冷技术的发展历史20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。

20世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。

1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技术已成熟，理论进展发展迅速。

2工艺
控制轧制是在热轧过程中把金属范性形变和固态相变结合起来而
省去轧后的热处理工序。

这是既能生产出强度、韧性兼优的钢材，而又能节约能耗的一项新工艺。

控制轧制对轧机的设备强度、动力和生产控制水平均提出了较高的要求。

控制轧制工艺主要用于含有微量元素的低碳钢种，钢中常含有铌、钒、钛,其总量一般小于0.1%。

控制轧制的内容是控制轧制参数，包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能（见金属塑性变形）。

加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高很多，同时适当地降低轧制温度。

从而使多道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，而使钢材获得符合要求的组织和性能的钢材。

根据塑性变形、再结晶和相变条件，控制轧制可分为三阶段。

2.1奥氏体
在奥氏体再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶温度以上的温度范围（≥950℃）内进行轧制,使再结晶和变形交替进行，以细化奥氏体晶粒。

细化的奥氏体变成的铁素体，其晶粒也是细化的，从而也就提高了钢的韧性。

在奥氏体未再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶开始温度到Ar3以上进行轧制，其目的是使奥氏体晶粒拉长，同时在晶内形成大量变形带，增加奥氏体向铁素体转变时的晶核生成能，获得极其细小的铁素体晶粒，以提高钢的韧性，并在钢中形成铌的碳化物和氮化物，以抑制再结晶。

在奥氏体和铁素体两相区控制轧制在奥氏体和铁素体两相区温度范围内(Ar3以下)进行轧制时,伴随着加工硬化和珠光体析出的硬化而提高了钢的强度，降低韧性－脆性转变温度。

但是由于产生了织构(见择优取向)，板厚方向的强度和冲击韧性都降低了。

2.2成效
控制轧制技术已在生产中取得成效，应用范围不断扩大。

除含微量铌、
钒、钛的钢外，含锰钢和硅锰钢的控制轧制也取得成效。

把控制轧制的原理应用于各种钢材（如不锈钢、轴承钢等）生产中，改进轧制工艺制度，以提高钢材的综合性能，就形成了“广义的”控制轧制的概念。

中国蕴藏着丰富的含铌、钒、钛矿物，为应用、发展控制轧制技术提供了良好的资源条件。

中国自1975年系统地研究了控制轧制技术，已在生产铌钢、钒钛钢和低锰钢等低合金高强度结构钢方面取得成效。

3在线材棒材中的应用
由于小型棒线材轧机的轧制工艺参数中变形制度难于调整，即由孔型设计确定，要通过改变各道次变形量来适应控制轧制变形量的要求是极其困难的。

因此在小型棒线材轧机上只能采取控制各轧机上的温度来进行控制轧制，即控温轧制。

通过控制轧制温度，使变形条件在一定程度上满足控轧要求。

控制轧制除了能生产具有细晶组织、强韧性好的钢材外，还可以减少脱碳、简化或取消热处理工序。

例如非调质钢，利用控制轧制并配合控制冷却，可以生产冷镦用高强度标准件原料，使用这种原料，原标准件生产中酸洗前的退火工序和冷镦后的调质工序可以简化或取消，对于某些轧后要求球化退火的钢材可节约退火时间，深受用户青睐。

3.1小型棒线材轧机的控制轧制有以下两种变形制度
1 两段变形制度。

即奥氏体再结晶型和未再结晶型两阶段的控轧工艺。

这种工艺的特点是选择低的加热温度以避免原始奥氏体晶粒过分长大，但使粗轧在再结晶温度范围内轧制，利用变形奥氏体再结晶细化奥氏体晶粒；中轧及精轧机组的轧制温度在950C以下，即处于奥氏体未再结晶区变形，累计变形量为60%~70%，在接近奥氏体向铁素体转变温度（Ar3）时终轧，可以得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒，相变后可得到细小的铁素体晶粒。

2 三段变形制度。

即奥氏体再结晶型、未再结晶型和奥氏体与铁素体两相区轧制的三阶段的控轧工艺。

这种工艺的特点是粗轧在奥氏体再结晶区反复轧制细化奥氏体晶粒，中轧在950C以下的未再结晶区轧制并给予60%~70%的总变形率，精轧在Ar3与Arl之间的两相区轧制并终轧，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，相变后可得到细小的铁素体晶粒并有亚结构及位错
4.控轧控冷技术的发展
控制轧制(C-R)和控制冷却(C-C)技术的研究始于1890年至二次世界大战期间的德国,当时科研人员对钢铁制品的热加工条件、材质及显微金相组织之间的关系进行了非系统的零散研究,只是定性地揭示了热加工条件和材质间的关系。

到了20世纪60年代初期,在美国科研人员定性地解释了热轧后的钢材继续发生奥氏体再结晶的动力学变化后, 这才从理论上某种程度地解释了控制轧制技术。

到了20世纪60年代末期,科研人员通过试验发现,添加微量元素铌(Nb)对提高单纯轧制钢材的强度有效。

随后进一步的研究表明,造成铌系钢材高强度的原因,是由于微细铌碳氮化合物的铁素体析出相强化造成的。

对轧制钢材的显微结构和机械性能的定量关系、铌、钒(V)的强化机理, 控制轧制原理等进行研究,证实了依靠物理冶金基础,进行合理的合金成分的设计和轧制条件的设定,便能达到所期望的钢材目标性能值和显微组织。

到了20世纪70年代,对钢材强度、低温韧性、焊接性能要求更高了,而此时仅仅依靠传统的控制轧制技术远远不够。

于是在奥氏体控制轧制的基础上,还需要控制冷却速度来控制相变本身,于是开始了真正意义的控轧控冷技术的应用。

根据冶金学的观点,钢的强化因素有:(1)晶粒细化,(2)固溶强化;(3)析出强化;(4)相变强化;(5)加工强化;(6)
珠光体强化等。

对控制轧制(以下简称 CR)的钢而言,上述强化因素都能起作用。

其中以晶粒细化最有效果。

尤其是晶粒细化,以同时获得强度和韧性的唯一因素在 CR 钢生产中占有重要地位。

因此近十年来迅速发展的 CR 技术在国际上已被确认为一项重大的技术突破。

CR 技术不仅可以大幅度提高应用范围极广的高强低合金钢的机械性能,并可取消常规的轧后热处理,节能和降低成本。

该技术目前已渗透到轴承钢、不锈钢等特殊钢领域。

CR技术无论是在国内国外都是扩大轧材的应用范围、开拓新材料领域,提高国民经济。

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