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控制冷却技术在中厚板生产中的应用

控制冷却技术在中厚板生产中的应用
控制冷却技术在中厚板生产中的应用

控制冷却技术在中厚板生产中的应用

尹艳

(辽宁科技大学材料成型及控制工程12级)

[摘要]阐述了钢板控制冷却技术的发展、现状以及它的意义,介绍了国内外控制冷却的设备以及国内部分中厚板厂中采用的控冷方式,详细论述了影响钢板冷却质量的各种因素,并提出了应用控冷技术应该解决的几个问题。

[关键词]控制冷却技术;中厚板;冷却方式

Abstract: The development, actuality and significance of controlled cooling technology were expounded. Controlled cooling ways adopted by some domestic rolling plants and equipment of controlled cooling at home and abroad are introduced. And various factors, which affect controlled cooling of plate quality were also expatiated. In addition, some key problems to be solved in the application are also given.

Keywords: controlled cooling technology; medium plate; cooling mode.

1引言

控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一。

所谓控制轧制和控制冷却技术,就是在钢材化学成分一定的情况下,通

过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制,细化钢材显微组织,

提高钢材的性能,获得具有良好综合性能的钢铁材料。中厚板轧后加速

冷却技术已经成为中厚板生产技术中的一个重要发展方向。与常规冷

却工艺相比,其超强的冷却能力和优异的冷却均匀性可显著地改善钢

板性能,降低生产成本及节约贵重合金元素,因而它很快在世界范围

内被推广应用。

2中厚板控制冷却技术的发展及现状

2.1国外控制冷却技术的发展

自60年代第1套层流冷却系统应用于英国布林斯奥思公司432 mm

窄带钢热轧机[1]以来,目前几乎每套热带钢轧机输出辊道上都安装了冷

却系统,但直到80年代以前,其应用只限于厚度小于16mm的板带。1980年,日本钢管公司福山厚板厂首次研制成功第1套中厚板加速冷却装置,即在线快速冷却设备,并在日本福山厚板厂投产。这标志着控制冷却已从实验室研究阶段进入了生产实际应用阶段。随后,有关热轧双相钢控制轧制和控制冷却的基本理论研究,在日本开展得非常迅速[1~3]。

目前,世界上许多国家,如日本、意大利、美国、法国、英国、德国、加拿大和前苏联等都利用控轧控冷工艺生产高寒地区输油、输气管道用钢板、低碳铌合金的低合金、高强度、高韧性钢板以及造船板、桥梁板和压力容器板等。

2.2我国中厚板控制冷却生产现状

随着欧洲和日本于80年代研制应用水幕的热潮,我国也紧步其后。1985年,在鞍钢半连轧厂建成了国内第1套水幕冷却装置。但由于此套装置的冷却区长度不足,冷却能力不够,冷却不均匀,达不到产品质量的要求,因此,该厂在1995年的改造过程中将水幕装置改为柱状层流装置。90年代,重钢五厂的中厚板生产线采用了控制轧制+可控的水幕冷却装置,邯钢、柳钢和新余钢厂等也有水幕冷却装置,但都未能正常使用。近几年,酒钢的气雾冷却、济钢的水幕冷却以及鞍钢的高密集管层流冷却等都应用成功,实现了应有的经济效益,而且目前首钢、南钢中板厂正在进行的改造项目中,都引进了控轧控冷技术。同时,控轧控冷技术在我国的带钢生产上也得到了成功的应用,宝钢2050mm(从德国引进)和1580mm(从日本引进)生产线采用了柱状层流冷却方式后,设备运行稳定,卷取温度精度高;武钢1700mm轧机的层流冷却装置是80年代从日本引进的,武钢将其控冷模型改进后移植到新一代计算机中,不仅得到了本厂的实践验证,而且在太钢和梅钢得到推广[4]。

3轧后控制冷却的作用

控制冷却技术是利用轧材余热进行热处理的技术。控制冷却装置安装在精轧机与精整机之间,通过改变热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态,控制相变条件和碳化物析出行为,改善钢的组织和性能。控制冷却可以在不降低钢板韧性的情况下提高钢板的强度,同时减少钢板的不平度和残余应力,从而明显提高钢板质量。其作用可概括为[5]:提高钢板力学及工艺性能,尤其是可以改善钢板的韧性和焊接性能;降低生产成本;节约能源;简化工艺流程;提高成材率。4控制冷却设备[6]

4.1层流冷却设备

层流冷却是以大量虹吸管从水箱中吸出冷却水,在无压力情况下流向带钢,使大流量的低压水与带钢平稳接触,冷却水不反溅,并紧贴在带钢表面上按一定方向做宏观运动,因它具有某些层流特点,所以称为层流冷却方式。由于虹吸管的数量很多,排列又很密,带钢表面上的水层时刻可以更新,并且,沿输出辊道每隔一段距离设置一定数量的侧喷头,将滞留在带钢表面上的水冲掉,所以冷却效果很好[7]。

20世纪70年代,国内开始应用热轧带钢控制冷却技术。20世纪70年代末武钢引进的1700mm热轧带钢机上部采用柱状层流冷却和下部喷水冷却的控制技术。宝钢的热带钢轧机采用层流冷却控制系统。

日本钢管公司福山第二热轧厂于1985年对其管层流冷却系统进行了改造,通过水位最佳化调整、喷水量的两段切换以及引进缝隙层流冷却系统装置,提高了冷却效果,达到了节能和提高卷取温度精度的目的。

1984年日本专利报道了一种层流冷却装置,其集管流量可调,是一种缓急自由的冷却装置。该装置对提高带钢的组织性能级别产生了很好的效果,就是说不添加或少添加合金元素就可达到提高钢板强度和

韧性的目的,从而节省了合金元素,可用普碳钢代替某些低合金钢,大幅度提高产品质量,得到优质、高韧性、低屈服强度比的钢板,产品质量波动很小。

4.2水幕冷却设备

水幕冷却是20世纪70年代发展起来的一种新的冷却方法,它保持了虹吸管层流冷却的优点,冷却能力较高,横向冷却较均匀,且设备简单。日本往友金属工业公司鹿岛厂1984年投产的水幕冷却装置包括一个集水箱、一个狭缝喷嘴和一个气动挡板。当冷却水通过喷嘴落向带钢时便形成幕形层流。该厂热带钢轧机的输出辊道上有15个这样的冷却装置。

前苏联的一项专利报道了一种可调的水幕冷却装置。它带有窄口喷嘴充水槽,在窄口喷嘴下部安装一个能在垂直于水流方向的平面上往返移动的闸板,并在上面给闸板安上一个能伸入喷嘴的小刷子,通过连续改变冷却水的宽度,使之与被冷却的钢板的宽度相适应,同时清洗窄口喷嘴内部污垢,提高冷却效率。

德国专利报道了一种水幕冷却装置。它是由一个水箱和一个垂直于带钢运行方向并延伸到整个被冷却带钢宽度上的缝隙式喷嘴组成,通过控制喷嘴缝隙形成水幕。喷嘴的出口比喷嘴的入口大,并向出口不断突出扩张,可以补偿水幕出现的断面收缩,保持均匀良好的水幕形状。

5控制冷却的主要方式[8]

目前,中厚板控制冷却方式主要有压力喷射冷却、层流冷却、雾化冷却、喷淋冷却和直接淬火等。

5.1高压喷射冷却

水以一定压力从喷嘴喷出,水流连续呈紊流状态喷射到钢板表面。

这种冷却方法穿透性好,一般在水汽膜比较厚的条件下采用。但是,这种冷却方式用水量大、水花飞溅严重、冷却不均匀、水质要求高、喷嘴易被堵塞而且水的利用率较低。

5.2喷淋冷却

将水加压,由喷嘴喷出的水的流速超过连续喷流,水流破断后形成的液滴冲击被冷却的钢板表面。这种喷嘴冷却能力强,冷却较为均匀,但是需要很高的水压,冷却能力的调节范围较窄,而且对水质要求高。

5.3层流冷却

水以较低压力从水口自然连续流出,形成平滑水流。水流流到钢板表面后在一段距离内仍保持平滑层流状态,可获得很强的冷却能力,冷却均匀。目前,钢板热轧后的层流冷却一般采用板层流(水幕冷却)和管层流(U形管层流)两种方式。前者用水量大、冷却效果强,但是不易控制和调节;后者对钢板的冷却比较缓和、均匀,冷却区较长。

6影响冷却质量的主要因素

6.1冷却速度

为了使钢板获得均匀的组织和机械性能,冷却装置的冷却速度应随钢板厚度增加而降低。如果厚钢板的冷却速度太高,钢板的表面和中部温差会过大。对厚规格钢板而言,沿厚度方向的热传导系数是限制因素;对薄钢板而言,表面的热传递系数才是关键因素。加速冷却应用的温度范围一般为 800℃~500℃,处于稳定膜态沸腾区,因此热交换系数的稳定是控制冷却速度的关键因素;典型直接淬火的温度范围为 900℃~200℃,冷却过程通过部分膜态沸腾区,热交换系数对冷却效果不产生主要影响。

6.2钢板平直度

如果进入冷却区的钢板平直度差,就会造成钢板冷却不均,并使

板形更加恶化。因此,坯料的均匀加热和轧机具有良好的平直度控制水平是取得良好板形的前提条件。如果以生产薄规格钢板为主,75%以上的钢板厚度在 20 mm 以下,可以考虑在冷却装置前设置预矫直机。

6.3钢板表面状态

由于氧化铁皮的导热系数较钢低,残留的氧化铁皮会破坏稳定的膜态沸腾,导致钢板的不均匀冷却。轧制过程中的有效除磷是很重要的。

6.4钢板温度的均匀性

包括提高钢板进入冷却装置时的均匀性和避免冷却过程的头尾和边部过冷。采用低的冷却速度时(通常钢板以低速运行),要提高钢板进入冷却装置时头尾温度的均匀性,应限制钢板的长度;也可采取同时冷却方式。随钢板宽度的增大,钢板横向冷却不均匀的趋势也增加。可采用边部罩、水量中凸分配避免边部过冷。避免钢板头尾过冷需要可靠的计算机模型和快速的冷却介质开闭速度。增加下部喷嘴供水比例,避免钢板上表面过冷[9]。

7控制冷却技术在应用中需解决的几个问题[10]

(1)长度方向上冷却的均匀性。钢板轧制过程中一般头部和尾部比中间部分的温度低。在采用恒速输送时,钢板的终止冷却温度从头至尾呈线性降低。为了保证长度方向上温度均匀性,进入控冷区之后应当采用加速轧制的速度制度,但是,速度制度和其他影响控冷因素的机理复杂,其中有的还具有交叉性,从而造成对最终效果的影响。

(2)上下面冷却的对称性。由于水在上下表面的停留时间和流动状态不同,所以造成上下冷却的不均匀性。如果对此不加以控制,则会造成钢板的翘曲。因此,上下表面的冷却水量有一定的比例。一般下水量与上水量的比约为 1.5~2.5,在生产现场中,一般只能凭经验得出上下

水量的比例关系,但难于得出一定的函数关系式。

(3)终冷温度测温仪常安装在冷却区外10 m或更远处,检测滞后性大。在横向温度控制中,上水幕有遮蔽措施,下水幕一般没有遮蔽措施,下冷却水回落到钢板表面,给控制带来不利影响。

(4)钢板表面状态、钢板温度的均匀性、钢板的平直度以及冷却速度的合理与否等都会影响控冷的质量。

8结语

控制冷却技术是一个多影响因素并存的复杂过程。国内各中厚板生产厂对控轧控冷的理论已很成熟,但实际应用掌握中,还没有达到最理想的效果。应该加强前后工序密切配合,尤其是前后工序都要应用最

新的技术,需要进行更加深入的研究。

〔参考文献〕

[1] [日] 藤良行,志千晃.高张力制御压延·加速冷却组织变化[J].川崎制钢技报,1989,21(3):195-201

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[4] 王笑波.中厚板轧后控制冷却技术的发展及现状[J].轧钢,2000,17(3):44-47.

[5] 邢丽娜,李志恩.先进的中厚板控制冷却技术的应用[J].2008(5)

[6] 吴孝娟.热轧带钢控制冷却技术概况.鞍钢技术,1992,(5):33~36.

[7] [日] 齐藤良行.川崎制铁技报,1989,21(3):195~201.

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[9] P.D.Southwick .Accelerated Cooling of Steel . AISI Steel Technology, June 2002.

[10] 刘细芬.中厚板轧后控制冷却技术的发展概况[J].钢铁研究,2002,(2):1~3.

中厚板发展现状介绍

1.我国中厚板产能产线格局现状 能合计9242万吨/年;其中中厚板有效生产线为68条,设计产能为8570万吨/年。湘钢3套轧机,2016年全年停产1套(3.8m单机架);鞍钢4套乳机,但在鲅鱼圈新建的3.8m轧机至今未生产;河北文丰新建的4.3m也未生产;天津中板厂2.4m停产;其余华伟、飞达、益成、春冶、兆顺、绍兴等已停产;另外部分钢厂中厚板生产线长期处于半停产状态。 就轧机宽度来看,目前国内中厚板轧机组最窄为2300mm,最宽为5500mm,其中占比最大是2m-3m轧机生产线,随着轧机组宽度的增加,产线数量就越少。其中4700mm及以上的轧机共7台,均建于2005年以后,具有轧制压力大,板幅宽、前后工序配套能力强等优势,瞄准的是中厚板的高端产品。厂家主要以大型国有企业和技术实力较雄厚的企业为主,如宝钢、鞍钢和沙钢等(见表1)。 及2016年出现增速为负增长的情况。2016年,我国中厚板轧机生产中板、厚板、特厚板共6919.08万吨(其中极少部分是在热连轧轧机上生产的之外,其余均在中厚板轧机上生产),占钢材总产量的6.1%,较2015年减少413.82万吨。其中:中板3598.66万吨,较2015年减少10.48%,厚钢板2553.92万吨,特厚钢板766.5万吨,与2015年整体持平。虽然中厚板产量整体过剩,但特厚板尤其是高端特厚板的需求量依然很大,部分仍需进口。近年来我国中厚板产量及其增长(见表2、

2016年我国中厚板的出口主要以中板为主,而厚钢板的进口略高于出口。中厚板表观消 技术方面的缺陷导致我国短时期内不可能结束中厚板需要进口的局面,事实上目前国内中厚板进口也主要集中在高附加值产品领域。对于部分重点工程和特殊用途所需要的高品质、高性能的中厚板,国内钢厂暂时缺乏此项技术,只能依赖国外的进口。随着国家加大淘汰落后产能力度的开展,中厚板产品正在逐渐向高附加值产品转移,低附加值产品生产量逐渐缩减。因此国内高附加值产能的补充,中厚板进口依赖度逐渐下降,中厚板进口占比也有下降的趋势。中厚板的出口主要集中在造船及机械制造等领域。 平,在五大钢材品种中处于最末端。中厚板产量整体过剩以及市场的疲弱表现是许多生产企 业停产、减产的主要原因。

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中厚板的控制轧制与控制冷却工艺 孙洪亮 (材料成型及控制工程,1233010149) 【摘要】近三十年以来,控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展,各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究,并在轧钢生产中加以利用,明显的改善和提高了钢材的强韧性和使用性能,为了节约能耗、简化生产工艺和开发钢材新品种创造了有力条件。目前国内外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。控制轧制和控制冷却工艺的开发与理论研究进一步揭示了热变形过程中变形和冷却工艺参数与钢材的组织变化、相关规律以及钢材性能之间的内在关系,充实和形成了钢材热变形条件下的物理冶金工程理论,为制定合理的热轧生产工艺提供理论依据。关键词:宽厚板厂,控制轧制,控制冷却 【关键词】控制轧制;控制冷却;冷却段长度 In the controlled rolling and controlled cooling technology of plate Abstract:For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtained the rapid development in foreign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save energy consumption, simplify production process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt controlled rolling and controlled cooling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high qualified steel plate. Controlled rolling and controlled cooling technology development and theory research of further reveals that the thermal deformation in the process of deformation and cooling process parameters and the change of the organization of the steel, the relevant laws and the internal relations between steel performance, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process. Keywords: generous plate factory, controlled rolling and controlled cooling Key Words:Control rolling; Controlled cooling; Cooling length 1引言 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

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中厚板综述分析

综述(中厚板) 西安建筑科技大学材料成型及控制工程0902 XX 2013,0401 1.中厚板简介 中厚钢板大约有200 年的生产历史,它是国家现代化不可缺少的一项钢材品种,被广泛用于大直径输送管、压力容器、锅炉、桥梁、海洋平台、各类舰艇、坦克装甲、车辆、建筑构件、机器结构等领域。具品种繁多,使用温度要求较广(-200~600),使用环境要求复杂(耐候性、耐蚀性等),使用强度要求高(强韧性、焊接性能好等)。 一个国家的中厚板轧机水平也是一个国家钢铁工业装备水平的标志之一,进而在一定程度上也是一个国家工业水平的反映。随着我国工业的发展,对中厚钢板产品,无论从数量上还是从品种质量上都已提出厂更高的要求。板是平板状、矩形的,可直接轧制或由宽钢带剪切而成,与钢带合称板带钢。 2.中厚板生产的总体概况 根据《2011中国钢铁工业年鉴》,中国现有中厚板轧机总生产能力为9331万t/a,2012年共生产中厚板7221万t,其中特厚板708万t、厚板2432万t、中板4081万t。 近年来,国内中厚板不仅在产量上增长迅速,而且在品种开发方面也取得了很大成绩。目前已经开发出了屈服强度高于960Mpa级的高强工程机械用钢,高强韧耐磨钢NM360,NM400,NM500,NM550也已经能生产,并分别制定了国家标准。低温压力容器钢方面,已经开发出确保-196℃低温韧性的LNG储罐用9Ni钢,中温抗氢钢15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1VR;开发出的抗拉强度610MPa级的Q420qE钢板已经成功应用于南京大胜关高铁大桥;屈服强度级别为420、460MPa 的高建钢也已应用于水立方、鸟巢等重大工程项目中。并已能生产460、550MPa级超高强船板、海洋平台用钢及690MP A级齿条钢;X80级管线用钢已经成功大批量应用于西气东输二线,并具备了X100及X120超高强韧管线钢的生产能力;用于第3代核技术建造反应堆安全壳用钢板SA738GRB也已国产化。

控制轧制与控制冷却

控制轧制与控制冷却 穆安水 (材料成型及控制工程12级) [摘要]:控轧与控冷工艺是一项节约合金,简化工序,节约能源的先进轧钢技术,通过对控轧与控冷工艺的具体分析提出,控轧与控冷工艺能充分挖掘钢材的潜力,大幅度提高钢材的综合性能,通过对控轧控冷工艺在中厚板及带钢生产中应用的分析,说明控轧控冷工艺能给冶金工业及社会带来的巨大的经济效益针对传统控制轧制控制冷却(TMCP)技术存在的问题,提出了以超快冷为核心的新一代的TMCP技术,并详述了作为实现新一代TMCP技术核心手段的超快冷技术的科学内涵和工业装备开发情况。指出新一代TMCP技术综合采用细晶强化、析出强化、相变强化等多种强化机制,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;超快冷技术 Abstract:controlled rolling and controlled cooling technology is a saving alloy, simplify the process, energy saving advanced rolling technology, based on the analysis of controlled rolling and controlled cooling technology, controlled rolling and controlled cooling technology can fully tap the potential of steel, greatly improve the comprehensive performance of steel, by means of controlled rolling process of controlled cooling in the applications of plate and strip production analysis, shows that controlled rolling process of controlled cooling can give huge economic benefits of metallurgical industry and the society in view of the traditional control rolling control problems of cooling (TMCP) technology, proposed the ultra fast cooling as the core of the new generation of TMCP technology, and described as a new generation of TMCP technology core means of scientific connotation of ultra fast cooling technology and industrial equipment development.Pointed out that a new generation of TMCP technology integrated with fine grain strengthening, precipitation strengthening, phase transformation strengthening and so on the many kinds of strengthening mechanism, can fully exert the potential of steel materials, save resources and energy, to optimize the existing rolling process, is conducive to the sustainable development of iron and steel industry.Characterized by a new generation of TMCP shows the case of the innovation of the rolling process.Shows a broad prospect of application of the technology. Keyword:Controlled rolling;Controlled cooling;Super fast cooling technology 1引言 近三十年以来,控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发

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棒材生产中的控制轧制技术 摘要:控制轧制和控制冷却技术在棒材生产中具有重要作用,合理制定控轧控冷工艺就能改善棒材的组织和性能。本文着重叙述了线材生产中控制冷却技术的机理、特点,目的、技术关键。 关键词:线材生产;控制轧制 1 引言 过去几十年来,作为热轧钢材性能的强化手段,或是添加合金元素,或是轧后再进行热处理。这些措施既增加了成本,又延长了生产周期,对于产品使用性能,多数情况下是在提高强度的同时降低了韧性,对焊接性能也造成影响。但控制轧制和控制冷却则不同,它是通过控制热轧过程中的变形及轧后钢材的冷却速度,达到充分细化晶粒和改善钢材组织状态,从而提高钢材的综合性能。它是通过优化工艺控制来大幅度提高钢材的综合性能,具有节约合金、简化工序、节能降耗等优点,由于它具有形变强化和相变强化的综合作用,所以既能提高钢材的强度,又能改善钢材的韧性和塑性。 2 控制冷却 2.1控制冷却的概念 控制冷却是利用相变强化以提高钢材的强度。通过控制冷却能够在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度。控制冷却是通过控制热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物析出行为、相变后钢的组织和性能。 2.1控制冷却的阶段和特点 热轧后控制冷却包括三个不同冷却阶段,一般称一次冷却、二次冷却及三次冷却(空冷)。三个冷却阶段的目的和要求是不相同的。 一次冷却是指从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arc。范围内的冷却,控制其开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。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或碳化物析出,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和性能。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度,细化奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。 二次冷却是指热轧钢材经过一次冷却后,立即进人由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段,在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度(快冷、慢冷、等温相变等)和停止控冷温度。控制这些参数,就能控制相变过程,从而达到控制相变产物形态、结构的目的。参数的改变能得到不同相变产物、不同的钢材性能。 三次冷却或空冷是指相变之后直到室温这一温度区间的冷却参数控制。对于一般钢材,相变完成,形成铁素体和珠光体。相变后多采用空冷,使钢材冷却均匀,不发生因冷却不均匀而造成弯曲变形。此外,固溶在铁素体中的过饱和碳化物在慢冷中不断弥散析出,使其沉淀强化。对一些微合金化钢,在相变完成之后

年产150万吨中厚板车间工艺设计.docx

.................大学 本科生毕业设计开题报告 题目:年产150万吨中厚板车间工艺设计 学院:冶金与能源学院 专业:材料成型及控制工程 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015年11 月15 日 一.选题背景 1.1题目来源 冶金行业经过了近8年的高速发展,行业的钢材产能已经达到近6亿吨/年。已有和在建的中厚板生产线近70条,中厚板生产能力达到接近7000万吨/年。但是国际金融危机的影响和国内经济周期的调整,钢铁产品市场成了典型的买方市场。冶金企业如何在这一轮经济调整中,实现技术和产品的转型成了决定企业生存的关键。各中厚板生产厂纷纷根据自身的技术装备特点、技术研发能力、市场客户需求确定自己的产品战略定位。综合实力强的企业,全力体现出产品的差异化战略,坚持不懈地开发生产其他企业无法生产或难于生产的市场短线、高档产品。高档次产品开发离不开性能控制技术,性能控制的新技术不仅提高钢板的性能,还可以带来生产成本的降低。 1.2项目概述: 经过对国内外中厚板市场现状的分析以及前景预测,综合对当地各种物料供应、能源等其它资源的分析,我们选择区域与资源优势居一体的唐山曹妃甸地区作为建厂厂址,设计一座年产量150万吨4300热轧中厚板车间,并且能够生产规格齐全、性能优良,能满足市场需求的产品。 1.3中厚板简介 中厚钢板:厚度大于4mm的钢板属于中厚钢板。其中,厚度4.0-20.0mm的钢板称为中厚板,厚度20.0-60.0mm的称为厚板,厚度超过60.0mm的为特厚板。 中厚板的用途: 中厚板主要用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁等行业,并且随着国民经济建设其需求量非常之大,范围也十分广。 (1)造船钢板:用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。 (2)桥梁用钢板用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。 (3)锅炉钢板:用于制造各种锅炉及重要附件,由于锅炉钢板处于中温(350℃以下)高压状态下工作,除承受较高压力外,还受到冲击,疲劳载荷及水和气腐蚀,要求保证一定强度,还要有良好的焊接及冷弯性能。 (4)压力容器用钢板:主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其

酒钢中厚板轧机的控制轧制与控制冷却.

第34卷第7期1999年7月 钢铁 I RON AND ST EEL V o l.34.N o.7 Ju ly1999酒钢中厚板轧机的控制轧制 与控制冷却 马占华董世文 (酒泉钢铁(集团有限责任公司 摘要依据酒钢中厚板轧机引进的ADCO加速冷却技术,对国内外控轧控冷技术进行了述评和比较,并分析了生产高性能钢板的主要环节。 关键词中厚板控轧控冷高性能钢板分析α CONTROLL ED-ROLL ING&CONTROLL ED-COOL ING PERFOR M ED ON J ISCO PLATE M I LL M A Zhanhua DON G Sh i w en (J iuquan Iron and Steel(GroupCo1,L td. ABSTRACT T h is article is m ain ly focu sed on the analysis&com p arison fo r the con tro lled2 ro lling&con tro lled2coo ling techno logy sup lem en ted bo th at hom e and ab road on the basis of the i m po rted ADCO accelerated coo ling techno logy fo r J ISCO P late M ill.T he p roducti on of p late is also discu ssed b riefly.

KEY WORD S m edium2heavy p late,con tro lled2ro lling and coo ling,quality p late,analysis. 1前言 由控制轧制与控制冷却技术所组成的形变热处理工艺是当前控轧控冷技术发展的最高阶段。与普通控轧板相比,控轧+控冷钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约40~60M Pa,在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。 因而,近年来日本、美国、欧共体等工业强国广泛应用控轧+控冷技术生产各种高强结构板、船用钢板、压力容器钢板等。 酒泉钢铁公司2800mm中厚钢板轧机现已投产,这套轧机采用了90年代世界先进的控轧控冷技术,为生产高性能品种钢板奠定了坚实的设备技术基础。本文对这套中厚钢板轧机的控轧控冷技术进行了述评,分析了生产高性能品种钢板的主要环节。1控制轧制的工艺特点 中厚钢板轧机一般是由单机架或双机架轧机组成,其控轧工艺制度基本上是相同的,只是具体操作略有差异。 111控制轧制工艺制度 板坯加热温度、终轧温度和最终变形程度是控轧中最重要的三个工艺参数,直接影响相变、再结晶、沉淀强化等冶金过程。板坯在加热炉内加热温度一般为1050~1150℃,基本上不超过碳氮化物的溶解温度。如果加热温度较高,除了恶化韧性、强度外,还增加了燃料消耗。 对含微合金元素的控轧板,加热时间不宜过长,一般为8~10m in c m。否则将导致氧化铁皮增加,奥氏体晶粒增大。 由于控轧是在一定的温度和变形范围内完成的,轧制过程的中间停歇必不可少。一般分2~3个阶段轧制。对二阶段轧制来说,由板坯轧至中间坯为粗轧阶段,中

控制轧制、控制冷却工艺

控制轧制、控制冷却工艺技术 1.1 控制轧制工艺 控制轧制工艺包括把钢坯加热到适宜的温度,在轧制时控制变形量和变形温度以及轧后按工艺要求来冷却钢材。通常将控制轧制工艺分为三个阶段,如图 1.1所示[2]:(1>变形和奥氏体再结晶同时进行阶段,即钢坯加热后粗大化了的γ呈现加工硬化状态,这种加工硬化了得奥氏体具有促使铁素体相变形变形核作用,使相变后的α晶粒细小;(2> (γ+α>两相区变形阶段,当轧制温度继续降低到Ar3温度以下时,不但γ晶粒,部分相变后的α晶粒也要被轧制变形,从而在α晶粒内形成亚晶,促使α晶粒的进一步细化。 图1.1控制轧制的三个阶段 (1>—变形和奥氏体再结晶同时进行阶段;(2>—低温奥氏体变形不发生再结晶阶段;(3>—<γ+α)两相区变形阶段。

1.2 控制轧制工艺的优点和缺点 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。 采用普通热轧生产工艺轧制16Mn钢中板,以18mm厚中板为例,其屈服强度σs≤330MPa,-40℃的冲击韧性A k≤431J,断口为95%纤维状断口。 当钢中加入微量铌后,仍然采用普通热轧工艺生产时,当采用控制轧制工艺生产时,-40℃的A k值会降低到78J以下,然而采用控制轧制工艺生产时。然而采用控制轧制工艺生产时-40℃的A k值可以达到728J以上。在通常热轧工艺下生产的低碳钢α晶粒只达到7~8级,经过控制轧制工艺生产的低碳钢α晶粒可以达到12级以上<按ASTM标准),通过细化晶粒同时达到提高强度和低温韧性是控轧工艺的最大优点。 2.可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。 在普通热轧生产中,钢中加入铌或钒后主要起沉淀强化作用,其结果使热轧钢材强度提高、韧性变差,因此不少钢材不得不进行正火处理后交货。当采用控制轧制工艺生产时,铌将产生显著的晶粒细化和一定程度的沉淀强化,使轧后的钢材的强度和韧性都得到了很大提高,铌含量至万分之几就很有效,钢中加入的钒,因为具有一定程度的沉淀强化的同时还具有较弱的晶粒细化作用,因此在提高钢材强度的同时没有降低韧性的现象。加入钢种的钛虽然具有细化加热时原始γ晶粒的作用,但在普通轧制条件下钢中的钛不能发挥细化轧制变形过程中γ晶粒的作用,仍然得不到同时提高钢的强度和韧性的效果,当采用控制轧制工艺生产含钛钢时,才能使钢种的Ti

中厚板生产现状与工艺变化研究

中厚板生产现状与工艺变化研究 摘要:我国的中厚板生产技术将伴随钢铁工业的迅猛发展及下游产业的需求变化而快速发展。中厚板生产产品的发展趋势是以高强、专用特殊板为主,生产技术的发展趋势是以TMCP和微合金化为主,辅之以满足下游用户特殊需要的探伤、喷丸和热处理等工艺。在供求关系上,目前的中低档产品供大于求,通过3~5年时间将达到供求的动态平衡,逐步实现高档次、高质量产品100%国产化。 关键词:中厚板;轧机工艺;装备发展 近几年,我国的中厚板轧机发展较快,产品和工艺装备的升级也如雨后春笋。但要真正生产高档次的钢板,仍有一些差距。目前,国内外石油、天然气系统需求的高强、高压、耐候、耐蚀和抗裂等特殊要求的管线、石油储罐和石油平台用钢等,仍不能满足需求。所以我国的中厚板生产也同我国的钢铁工业一样,需要有一个从量到质、从大到强的转变。 1、我国中厚板轧机生产线现状 1.1中厚板轧机现状 就中厚板轧机而言,目前可以分为三类:即4300mm和5000mm的主轧机为A 类。近两年建成投产的生产线具有轧制压力大(80MN~100MN)、板幅宽、前后工序配套能力强等优势,瞄准的是中厚板的高端产品。厂家主要以大型国有企业和技术实力较雄厚的企业为主,如宝钢、鞍钢和沙钢等;B类主要是以3.5m轧机为代表的中档水平轧机,其轧制压力居中偏高(50MN~70MN),前后工序的配套正在逐步完善,主要被技术实力雄厚、目前还不能生产高端产品的企业拥有,如首钢和济钢等;C 类轧机以生产传统的中低档产品为主,主要由一些老企业和部分新兴的民营企业所拥有,如营口和文丰等。目前各大钢铁企业和具备一定实力的企业在扩张规模的同时,也在工装水平上和配套工序上对中厚板工艺进行新一轮的升级和技术改造,甚至是异地建设全新的中厚板厂,这些升级改造后和新建的装备将全面提升我国中厚板产品的品质和档次。可以预计,在2008年之前,对于我国国民经济需要的高档中厚板产品国内即可具备一定的生产能力。就像欧洲一位钢铁专家断言,目前中国已具有世界上最先进的钢铁装备,不出3年,中国就会成为世界钢铁强国。根据钢协的统计,近几年我国中厚板轧机的规格、数量。 1.2中厚板轧钢生产线工艺装备的现状 中厚板轧钢生产线的工艺装备是在钢坯质量一定的前提下保证最终产品质量的重要环节。以往的轧钢厂是以轧机为中心,其余的装备往往是因陋就简,尤其是在以普材为主的生产厂更是如此。轧制中厚板时尽管在加热和精整工序上采取了一些保护措施,如不产生划伤、提高剪切质量等,但是随着产品质量、品种规格、产品档次和用途等市场因素的变化,各生产厂已开始逐步重视并对整个工艺线进行分析、升级和改造。由于历史原因,我国中厚板轧机生产线的总体装备水平与国外先进厂家还存在一定的差距。主要体现在: (1)规模小,装备水平低; (2)加热炉大部分为推钢式,加热能力和质量保证能力差; (3)轧机能力差距大,一是3m以下的轧机占总量的80%左右;二是轧制压力大部分为30MN~50MN; (4)后部精整能力不足,因陋就简。如矫直机能力不足,几乎没有冷矫;纵剪能力

控制冷却技术在中厚板生产中的应用

控制冷却技术在中厚板生产中的应用 发表时间:2019-07-17T16:20:35.447Z 来源:《基层建设》2019年第12期作者:吕斌 [导读] 摘要:中厚板生产的控制轧制、控制冷却及其相结合的TMCP技术是改善组织和力学性能的重要手段。 新疆八一钢铁股份有限公司 摘要:中厚板生产的控制轧制、控制冷却及其相结合的TMCP技术是改善组织和力学性能的重要手段。控制轧制用于控制奥氏体晶粒大小和形态,新发展了中间冷却(IC)、驰豫-析出控制(RPC)和高温终轧(HTP)等奥氏体晶粒控制方法;控制冷却用于控制相变组织类型,促进了细化晶粒和相变强化,先后开发了直接淬火(DQ)、间断直接淬火(IDQ)、在线热处理(HOP)和直接淬火-分配(DQP)等新技术。介绍了其基本原理、特点和对钢板组织和力学性能的控制效果。分析了各种TMCP新技术的发展路径,以及通过TMCP降低生产成本、提高企业经济效率中的优势及存在的问题。 关键词:中厚板;控制轧制;控制冷却;组织;力学性能;成本 1、前言 近儿年来,由于国内中厚板生产能力的不断扩大,受国际金融危机和后金融危机影响导致钢材消费市场滞涨,原料成本不断增加,中厚板生产厂的利润空问不断被压缩。冶金企业如何在这一轮经济调整中,实现产品转型、技术升级和成本控制成了决定企业经营效益的关键。 2、控制轧制技术 经过多年的建设,国内很多中厚板生产厂具备了一定技术装备优势、产品和技术的研发能力,根据市场需求和技术装备特点,确立白己的产品战略定位。但是,由于技术和产品的趋同日益明显,现在已经很难找到大批量的、独家生产的短线、高附加值的产品。中厚板生产企业开始在不断挖掘成本潜力、精细化生产上投入力量,力求提高效益,摆脱目前企业的困境。这种经营思维的转变是从粗放管理向精细化管理迈出的重要步伐。本文就控制轧制和控制冷却技术的发展轨迹做出简单的阐述,认识新材料、新工艺、新装备在提高产品性能、降低生产成本中的作用,给国内中厚板技术开发进步提供参考。 研究表明:在奥氏体再结晶温度区问,增加变形量可以细化再结晶奥氏体晶粒,过渡增加变形量,再结晶奥氏体晶粒细化趋势减弱,如图1所示[fll。微合金元素对再结晶温度的影响规律在没有被发现之前,碳钢或碳一锰钢控制轧制的基本手段是“低温大压下”,即是在接近奥氏体向铁素体相变温度上进行变形,主要原因是没有微合金元素的影响,钢的奥氏体再结晶温度和相变温度接近,低温大变形可以保证奥氏体的再结晶细小,阻止奥氏体晶粒的长大。如果实现未再结晶控轧和两相区控轧,就需要更低的温度。而在未再结晶区变形不需要“低温大压下”,通过多道次的累积变形可以达到同样的效果,同样可以增加奥氏体内部储存的变形能,提高奥氏体“硬化”程度。 微合金元素(如Ti,Nb,Al,Zr、V)可以提高奥氏体的再结晶温度,使奥氏体在比较高的温度仍处于未再结晶区,因而可以实现在奥氏体未再结晶区的多道次的累积大变形量。添加更多Nb实现控制轧制的HTP工艺,就是利用高Nb对未再结晶区温度的进一步提高,达到提高终轧温度,降低轧制负荷的控轧工艺。当然,HTP工艺中添加的高Nb,其高温析出对未再结晶控轧产生影响的只占添加量的极少部分,大部分Nb是起到固溶强化作用。另外,微合金元素的析出物还可以阻止再结晶奥氏体晶粒的长大,加强控制轧制细化晶粒的效果如图2所示。中厚板的控制轧制技术除了HTP技术以外,新技术还包括:中问坯冷却技术(IC[#]和驰豫一析出一控制技术(RPC)技术,为奥氏体组织控制、析出控制、冷却相变组织创造了条件。 3、控制冷却技术 板带钢轧后冷却技术的发展经历了不断的技术更新。从控制冷却技术的发展来看,主要集中在提高冷却速度(冷却效率)、温度均匀性、设备可靠性、提高组织均匀性、控冷板形平直度等儿个方面做出努力,如图3所示。按照冷却技术特点可以将板带的冷却技术划分为3代 第1代1980's:以喷淋冷却为代表的冷却技术,冷却水流密度小(小于300 L/(mimmz)喷水压力在0.20^-0.50 MPa为主,倾斜喷射或垂直喷射。 第2代(1980's}:以1980's年代以后出现的层流喷射(Laminar jet)冷却技术,如日本住友金属DAC(Dynamic Accelerated Cooling)采用水幕冷却,日本JFE的OLAC(On-LineAccelerated Cooling)采用柱状层流。其冷却水流密度在380-700 L/(mimmz),冷却水压力不高,但是动量较大,可以击破钢板表面残水膜,获得较强的冷却效果。1990's年代后,以改进型层流喷射(Modified laminar jet)冷却技术为主。气一水混合冷却(气雾冷却)也是这一时代的产物,如CLECIM公司的ADCO C Adjustable DynamicCooling)技术。 第3代(2000's}:白2000's年代以来,强化冷却(Intensive Cooling)技术逐步得到开发与应用。代表性的是欧洲开发的UFC C Ultra FastCooling、V AI的MULPIC技术,JFE公司的Super-OLAC} NSC开发的IC(Intensive Cooling)技术,POSCO开发的HDC C High DensityCooling。特征是:提高供水压力、流速、水流密度来,抑制冷却过程中的过渡沸腾和膜沸腾,尽可能实现核沸腾,提高换热效率,水流密度多在1800-3400 L/(mimmz)。这种冷却方式多用在加速冷却装置的前部(或称DQ段),很少单独使用。对照国内外儿种DQ设备,发现冷却速度相近,接近冷却速度物理极限。 钢板的冷却效率可以通过上述多种方法实现,但是理论研究表明:中厚板的冷却速率不完全取决于外界的冷却条件,更重要的是材料的导热特性一导热系数决定,如图5 Cb)所示。因此,应根据产品的厚度规格来在选择采用何种冷却方4 TMCP技术及其发展 TMCP技术是在控制轧制技术或热机械处理工艺(TMP-Thermo-Mechanical Processing)技术基础上开发出来的。1977年在美国举行的“微合金化”大会上,日本的研究者Kozasu提出了TMCP理论至1988年陆续得以完善。TMCP就是将控制轧制和轧后加速冷却技术结合的工艺,也是日本的专利技术。这种工艺极把奥氏体晶粒细化、加工硬化和相变结合,极大加强细化晶粒的效果,并把铁素体一珠光体相变扩展到铁素体一贝氏体相变,提高钢材的性能。 1979年川崎制钢公司开发出在中厚板线加速冷却工艺(On-line accelerated cooling process)作为TMCP技术标志性的应用。日本和欧洲的钢铁企业在同期也纷纷开发了不同形式的冷却装置,用TMCP生产晶粒细化钢板,以降低生产成本、降低钢的碳含量、改善钢的焊接性能。新的冷却装置由于冷却速度很高,使直接淬火(DQ)成为可能,DQ工艺将TMCP进一步延仲因此,因此TMCP工艺也包括了DQ工艺。 近年来,有学者提出以超快速冷却为核心的新一代TMCP技术(NG-TMCP或UFC-TMCP技术),其要点是:在现代的高温轧制提供加

钢材的控制轧制和控制冷却Word版

钢材的控制轧制和控制冷却 一、名词解释: 1、控制轧制:在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度、温度制度的合理控制,使热塑性变形与固态相变结合,以获得细小晶粒组织,使钢材具有优异的综合力学性能。。 2、控制冷却:控制轧后钢材的冷却速度、冷却温度,可采用不同的冷却路径对钢材组织及性能进行调控。 3、形变诱导相变:由于热轧变形的作用,使奥氏体向铁素体转变温度Ar3上升,促进了奥氏体向铁索体的转变。在奥氏体未再结晶区变形后造成变形带的产生和畸变能的增加,从而影响Ar3温度。 4、形变诱导析出:在变形过程中,由于产生大量位错和畸变能增加,使微量元素析出速度增大。 两相区轧制后的组织中既有由变形未再结晶奥氏体转变的等轴细小铁素体晶粒,还有被变形的细长的铁素体晶粒。同时在低温区变形促进了含铌、钒、钛等微量合金化钢中碳化物的析出。 5、再结晶临界变形量: 在一定的变形速率和变形温度下,发生动态再结晶所必需的最低变形量。 6、二次冷却:相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。 二、填空: 1、再结晶的驱动力是储存能,影响其因素可以分为:一类是工艺条件,主要有变形量、变形温度、变形速度。另一类是材料的内在因素,主要是材料的化学成分和冶金状态。 2、控制冷却主要控制轧后钢材冷却过程的(冷却温度)、(冷却速度)等工艺条件,达到改善钢材组织和性能的目的。 3、固溶体的类型有(间隙式固溶)和(置换式固溶),形成(间隙式)固溶体的溶质元素固溶强化作用更大。 4、根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同,将控制轧制划分为三个阶段,即奥氏体再结晶型控制轧制、奥氏体未再结晶型控制轧制、在A+F两相区控制轧制。 5、以珠光体为主的中高碳钢,为达到珠光体团直径减小,则要细化奥氏体晶粒,必须采用(奥氏体再结晶)型控制轧制。 6、控制轧制是在热轧过程中通过对金属的(加热制度)、(变形制度)、(温度制度)的合理控制,使热塑性变形与固态相变结合使钢材具有优异的综合力学性能。 7、钢的强化机制主要包括(固溶强化)、(位错强化)、(沉淀强化)、(细晶强化)、(亚晶强化)、(相变强化)等,其中(绕过)机制既能使钢强化又使钢的韧性得到提高。

钢材的控制轧制与控制冷却技术

钢材的控制轧制与控制冷却技术 专业:材料成型及控制工程12 姓名:管沁 学号:

钢材的控制轧制与控制冷却技术 管沁 (材料成型及控制工程12级) [摘要]控制轧制和控制冷却能将热轧钢材的两种强化效果相加,进一步提高钢材的强度、韧性和焊接性能,获得更合理的综合力学性能。控轧控冷工艺是一项提高钢材质量、节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢工艺技术。由于控轧控冷具有形变强化、相变强化的综合作用,因此控轧控冷既能提高钢材强度又能改善钢材的韧性和塑性。轧钢厂生产的中厚钢板、热轧板卷、棒、线、型材和钢管都可以采用控轧控冷工艺。 [关键词]控制轧制;控制冷却;中厚板;线材生产 Abstract:Controlled rolling and controlled cooling could add those two reinforcement effect of hot rolled steel products, further improve the strength, toughness and welding performance of steel, to obtain better comprehensive mechanical properties. Controlled rolling process of controlled cooling is an improve steel quality and saving alloy, simplify the process, save energy consumption of advanced rolling technology. Because the controlled rolling cold has deformation strengthening and phase transformation strengthening combination, so both can improve the strength of steel and controlled rolling cold can improve the toughness and plasticity of steel. Rolling mill in the production of medium plate, hot-rolled coil, rod, wire, profiles and steel tube can be used in a controlled rolling process of controlled cooling. Keyword:Controlled rolling;Controlled cooling;plate rolling Wire rod production 1.引言 控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一,所谓控制轧制和控制冷却技术,就是在一定的钢材化学成分的情况下,通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制,可以细化钢材显微组织、显著改善和提高钢材的性能,获得具有良好综合性能的钢铁材料。控制冷却是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。由于热轧变形作用,促使变形奥氏体向铁素体转变温度的提高,相变后的铁素体晶粒容易长大,造成力学性能降低。为了细化铁素体晶

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