高速线材的控轧控冷论文

高速线材的控轧控冷

摘要：控制轧制与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性能。随着控制轧制与控制冷却机理研究的不断深入，除了在中厚板、热连轧带钢生产中采用控制轧制与控制冷却工艺之外，在棒线材生产中也取得了比较成熟定型的控制冷却工艺，控制轧制和控制冷却是热轧生产中的新技术和新工艺，是金属塑形加工专业的理论与实践不可缺少的一个重要组成部分，是金属压力加工专业的前沿技术。关键词：控制轧制；控制冷却；奥氏体；珠光体；晶粒细化；斯太尔摩冷却法；温度；冷却

一、前言

随着钢铁冶金技术的不断提高，控制轧制与控制冷却作为一项基本技术在高速线材生产过程中起到了决定性的作用，本文论述了控扎控冷的基本原理和方法。

二、控制轧制的概念

（一）什么叫控制轧制

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。控制轧制钢德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有的突出优点。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到，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的作用。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、γ→α转变的两相区变形），控制轧制可分为三种类型。

1、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。

2、再结晶型的控制轧制

它是将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。

3、两相区的控制轧制

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

A温度以上结束轧制。实验表明：在两体两相区再继续进行塑性变形，并在

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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，铁素体已发生再结晶；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轧制工艺配合在一起使用。

三、线材的控制轧制

（一）线材控制轧制概况

随着线材轧制速度的提高，扎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。由于线材变形过程中由孔型所确定，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高速无扭轧机组均为V型结构。新一代V型机组在结构上作了重大改进，2根转动周接近地面基础，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。在第一套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φ5.5mm 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高的更高要求，达到精密及及精密尺寸偏差（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（Kocks）三机架无扭精轧机及两辊三机架（或二机架）台克森（Tekisun）高精度轧机。尤其是在1985年摩根公司退出台克森双机架轧机与无扭精轧机配合，轧出φ5.0~6.5mm线材，可保证直径偏差为±0.1mm。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位装置，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（Morgan Contralled Temperatare Rolling），即控制轧制。控温轧制有如下两种变性制度：

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，其积累变形量为A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，60%~70%，在

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相变以后能得到细小的铁素体晶粒。