下载文档原格式
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 controlledcooling 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 coolingKey Words:Control rolling; Controlled cooling; Cooling length1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。
钢材控制轧制与控制冷却姓名:蔡翔班级:材控12学号:钢材控制轧制与控制冷却摘要:控轧控冷就是对热轧钢材进行组织性能控制得技术手段,目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材与钢管等钢材生产得各个领域。
控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式,使钢材得强度韧度得以提高。
Aｂstract: cｏntrolled rolling is cｏntrｏlleｄcooｌｉｎg of hot ｒoｌlｅd sｔeel orgaｎｉzaｔｉon ｐerｆoｒmanｃe ｃontrol tecｈnology, has been ｗideｌy useｄｉｎthe hot ｒｏlled ｓtrip steeｌ,plaｔe,ｓｔeｅl,wｉre rod aｎd stｅeｌｐｉpｅaｎd oｔhｅr ｓｔeel products pｒoｄuction fiｅｌdｓ。
Ｃontroｌｌｅｄrollinｇtechｎology of contｒｏllｅd coolｉng cａn pas ｓover ａssaｕltｉng a police officer, phasｅtransｆｏｒmａtiｏｎsｔｒengthening and so oｎ,to iｍproｖe the ｓtｒengｔｈoｆtｈe steelｔoｕg ｈnｅss、关键词:宽厚板厂,控制轧制,控制冷却1。
引言:控轧控冷技术得发展历史:20世纪之前,人们对金属显微组织已经有了一些早期研究与正确认识,已经观察到钢中得铁素体、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与变形对材料组织性能得影响,这就是人们对钢材组织性能控制得最初尝试,当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢得组织形貌,而且还通过X射线衍射技术得使用加深了对金属微观组织结构得认识、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 控轧控冷技术得冶金学原理2。
9中厚板的控制轧制与控制冷却9．1中厚板的主要性能指标中厚板轧制过程是钢坯在承受巨大外力作用下产生塑性变形的过程，在整个变形过程中不仅可使钢板获得所必须的尺寸和形状，而且也使之获得所必须的组织和性能。
借助装备水平和自动化程度的提高保证中厚板形状和尺寸精度的相关内容在本书的以上各章已有详细论述，本章将着重介绍在特定的设备条件下，如何通过钢板生产工艺参数的合理控制来获得理想的组织和性能。
中厚板的主要性能指标包括力学性能(屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击功等)、工艺性能(冷弯、冲压、焊接性能等)和理化性能(如耐蚀、耐火性能)等。
根据钢板用途的不同在相关标准中对所要求的各种性能指标都有明确的规定。
如GB／T 1591—94标准对Q345中厚板拉伸、冲击和冷弯性能的规定如表9-1所示。
本节仅就结构钢中厚板中常接触到的几种性能指标介绍如下。
9．1．1强度指标对于结构钢中厚板，在工程中常用的强度指标有：(1)比例极限σP。
拉伸试样中的弹性变形阶段，应力和应变的关系符合虎克定律，当试样被拉至具有一定的应力时，应力．应变曲线偏离了直线关系。
当该曲线与应力轴夹角的正切值已较直线部分增加50％时，此应力即为该材料的比例极限。
(2)弹性极限σe。
弹性极限是指完全卸载后不出现任何明显残余应变的最大应力。
弹性极限的高低除受材料本身性质、材料的加工条件和试验条件等各种因素的影响外，还取决于测量应变时所用仪器的灵敏度。
仪器越灵敏，越能在早期检测出塑性变形的出现，则弹性极限的数值就越低。
为了便于比较，技术上规定一个基准的应变量，弹性极限就是产生该基准永久应变量的应力值。
基准量的大小通常确定为10－2％。
为了更早期发现材料的弹性一塑性过渡，就要用更灵敏的测量仪器。
产生2×10－4％残余应变量的应力值称为“真弹性极限”。
这个应力值相当于驱使几百个位错运动的应力，很接近于“临界”的形变应力。
(3)屈服强度σs。
有屈服效应的材料，在拉伸过程中负荷不增加或有所降低而试样能继续变形的最小负荷所对应的应力称为屈服应力。
控制轧制和控制冷却工艺讲义控制轧制和冷却工艺讲义一、轧制工艺控制1. 轧制温度控制a. 在热轧过程中，轧机和钢坯之间的接触摩擦会产生高温，因此需要控制轧机温度，避免过热。
b. 实时监测轧机温度，根据温度变化调整轧制速度和冷却水量，确保温度适中。
c. 使用专用液体和冷却器进行在线冷却，防止轧机过热引起事故。
2. 轧制力控制a. 测量轧机产生的轧制力，确保轧机施加的压力适中。
b. 监控轧制力的变化，根据钢坯的变形情况调整轧制力，使钢坯的形状和尺寸满足要求。
c. 根据轧制力的大小调整轧制速度，保持稳定的轧制负荷。
3. 轧制速度控制a. 根据不同钢材的特性和规格，调整轧制速度，确保成品钢材的质量和尺寸满足要求。
b. 控制轧制速度的稳定性，避免过快或过慢的轧制速度导致钢材质量不达标。
4. 轧辊调整控制a. 定期检查和调整轧辊的位置和间距，确保钢坯能够顺利通过轧机，避免产生不均匀的轧制力和过度变形。
b. 根据车间实际情况和轧制工艺要求，调整轧辊的工作方式和参数，使轧制过程更加稳定和高效。
二、冷却工艺控制1. 冷却水量控制a. 根据钢材的材质和规格，调整冷却水的流量和压力，确保钢材迅速冷却到所需温度。
b. 监测冷却水流量和温度，根据实时数据调整冷却水量，确保冷却效果和成品钢材的质量。
2. 冷却速度控制a. 根据不同的冷却工艺要求，调整冷却速度，使钢材的组织和性能满足要求。
b. 监控冷却速度的变化，根据实时数据调整冷却速度，确保成品钢材的质量和性能稳定。
3. 冷却方法控制a. 根据钢材的特性和要求，选择合适的冷却方法，如水冷、风冷等。
b. 根据不同冷却方法的特点和效果，调整冷却工艺参数，使冷却效果和成品钢材的质量最优化。
4. 冷却设备维护a. 定期检查和维护冷却设备，确保设备的正常运行和效果良好。
b. 清洗和更换冷却设备中的阻塞、损坏部件，保证冷却水的流量和质量。
以上是对控制轧制和控制冷却工艺的讲义，通过合理的工艺控制和设备维护，能够提高轧制和冷却过程的效率和质量，满足钢材的要求。
目前在中厚钢板的生产中控轧控冷(TMCP)工艺已普遍应用，并在管线钢、高强度结构钢、海洋平台用钢、造船板等的生产中发挥了积极作用，大大提高了钢板的综合性能，节约了名贵的合金元素。
但是，TMCP处置惩罚的钢板性能离散度较大，并且一些钢种要求很苛刻的临界轧制。
因此，对付生产厚规格、高性能钢板，尤其是要求性能均匀性比力高的锅炉压力容器钢板、桥梁钢板、高层修建钢板、Z向钢板等，传统的离线热处置惩罚方法仍然是难以替代的。
因此一个定位于生产高性能品种钢为主的中厚板厂，建立一条现代化的中厚板热处置惩罚生产线，是在设计之初就必须考虑的问题。
建立热处置惩罚工序应统筹考虑的问题1 对炼钢、轧钢工序设备的要求中厚板轧后热处置惩罚炉是生产高技能含量、高附加值产物不可缺少的主要设备，因此应定位在生产“双高”产物，要求钢质纯净、有害元素和混合物含量低，板坯厚度要满足一定的压缩比，配备有控轧控冷设施等。
这就要求前面的炼钢和轧钢工序具备生产“双高”产物的条件，如炼钢工序要配备有铁水预处置惩罚设施、大吨位的顶底复吹转炉或高功率电炉、LF/VD/RH等炉外精炼设施、直弧形大板坯连铸机等，轧钢工序要配备有高刚度强力轧机、ACC(DQ)、强力矫直机等。
2 对轧钢厂的园地要求在建立中厚板厂时，要考虑精整的能力足够大，也就是背面剪切、冷床等的能力要大于前面轧钢能力，以便于充实发挥轧机的潜能。
同样如果一其中厚板厂定位于生产高技能含量、高附加值产物时，就要考虑厂房后部工序要留有充实的火焰切割、探伤、热处置惩罚生产线的园地。
因为对付需要热处置惩罚的钢板来说，一般40mm以上的厚规格钢板受剪切能力限制，需要火焰切割，并且热处置惩罚的钢种许多要求逐张探伤。
因此，在厂房设计时要留有足够的园地，不然将严重制约生产能力的发挥。
置惩罚用度，但正火通过再结晶细化均匀组织，对付某些微小的探伤缺陷有改进作用，尤其是合金含量较高的钢种。
因此，有些品种可摆设在热处置惩罚之后探伤。
1、控制轧制:在热轧过程中，通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制,使热塑性形变与固态相变相结合,以获得细小的晶粒组织,使钢材具有优异的综合力学性能的轧制技术2、控制冷却：通过对控制轧后的钢材的冷却速度来改善钢材的组织性能.3、金属的强化:通过合金化,塑性变形和热处理等手段来提高金属的强度。
4、固溶强化：添加溶质元素使固溶体强度提高的方法.5、韧性：材料在塑性变形和断裂所吸收能量的能力。
6、微合金钢：钢种的合金含量小于0.1%。
7、IF钢：无间隙原子钢8、不锈钢：具有良好的抗腐蚀性能和抗氧化性的钢.9、变形抗力：在一定条件下材料变形单位面积的抵抗变形的力.10、在线常化工艺：在热轧无缝钢管中在轧管延伸工序后将钢管按常化热处理要求冷却到某一温度后在进加热炉然后就行减径轧制按照一定的速度冷却到常温。
11、变形温度贝氏体处理化工艺：在钢管轧制过程中不直接加热到马氏体温度一下，而是快速冷却带中温以后再置于静止的空气中冷却、以变形奥氏体转变为贝氏体省去回火工序。
12、高温变形淬火:钢管在稳定的奥氏体区域变形，而且一般温度在再结晶温度以上然后进行淬火，已获得马氏体组织。
13、低温相变淬火：将钢管加热到奥氏体状态，经一段保温冷却到Ac1高于M的某一中间温度进行变形后淬火的工艺。
14、非调质钢：将调质钢的化学成分进行调解并对轧制过程进行控制不进行调制其性能达到调制的水平。
1、控制轧制是指在热轧过程中通过对金属加热制度,温度制度,保险制度的控制而获得细小的晶粒2、控制冷却是控制轧后钢材的冷却速度来改善组织性能。
3、钢材的强化方法有固溶强化，变形强化,沉淀强化，弥散强化,亚晶强化，细晶强化，相变强化。
4、影响材料韧性有，化学成分,气体和夹杂物，晶粒细化,形变的影响，形变细化5、动态结晶是晶粒细化提高扩孔性的手段6、控制轧制的目标是为了获得较小的铁素体组织7、加快冷却速度可以获得细小的铁素体晶粒所以不产生奥氏体组织为界限8、贝氏体是结构性能钢有校坏的塑形焊接性能强韧性微合金钢是指钢中的合金元素总量小于0。
第34卷第7期1999年7月钢铁I RON AND ST EELV o l.34.N o.7Ju 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αCONTROLL ED-ROLL ING&CONTROLL ED-COOL INGPERFOR M ED ON J ISCO PLATE M I LLM 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,中间坯降温冷却为待温阶段,经过待温的中间坯轧至成品为精轧阶段。
各阶段变形量亦有较严格控制,粗轧阶段总变形量一般为60%~80%。
由于较大的变形量轧件蓄积了足够的转变能量,每α((道次轧制后将产生完全再结晶,从而获得均匀、细化的晶粒。
对同样厚度的中间坯,如果采用较厚的板坯,则粗轧变形量相应增加,产生细晶粒奥氏体组织,提高屈服强度和降低脆性转变温度。
此外,还应控制粗轧各道次间隙时间,使轧制终了温度一般比出炉温度低50~100℃,约为950℃。
粗轧和精轧之间的冷却时间取决于中间坯厚度、开始冷却温度和终冷温度。
一般中间坯开始冷却温度为950~1100℃,终冷温度为850℃左右。
终轧温度是由所需的强度和韧性决定的,但轧机的负荷限制因素也必须予以考虑。
一般终轧温度为750℃左右。
由于终轧温度较低,抑制了奥氏体再结晶过程,形成具有高位错密度和部分取向的碳氮化物沉淀的极细长的奥氏体晶粒,从而强化了铁素体组织。
精轧变形程度对成品钢板的机械性能有重要影响。
增加精轧变形程度,可很大程度地细化晶粒和降低脆性转变温度。
但是较高的变形程度导致大量碳氮化物在奥氏体中沉淀析出,削弱了铁素体沉淀强化作用。
因此,控轧工艺要求合理地分配精轧变形量,一般为60%~70%。
控轧板中含有强化组织的微合金元素N b、V、T i等,故各阶段变形抗力是不同的。
以轧制St37和控轧X70钢为例,变形抗力在粗轧阶段增加约30 %~40%,精轧阶段增加约200%。
112控轧对轧机产量的影响由于控轧对温度有较严格限制,尤其中间的待温冷却占用一定时间。
轧机产量较普通轧制有所下降。
故轧机的产品方案中应有合适的控轧板比例。
为了消除或减少由于中间坯冷却造成的时间和产量损失,应采用同时轧制几块板的方案,即在中间坯冷却时进行下一块板的轧制。
酒钢中厚板轧机在机后设置专门的旁侧辊道用于中间坯待温冷却,而不影响轧机正常轧制,见图1。
图1旁侧辊道布置图F ig11Ho lding ro ller tab le1—机前辊道;2—四辊轧机;3,5—拉钢机;4—旁侧辊道;6—机后辊道当第一块板坯轧到中间坯厚度时,由拉钢机将其拉入侧辊道降温,这样轧机可轧制第二块板坯。
当第一块中间坯冷却到规定的温度后,由拉钢机将其拉入机后辊道再进行精轧。
此方案可将2~3块板坯作为一组同时轧制,达到最佳产量。
113控轧对轧机的要求控轧是在低温下轧制,轧件变形抗力大,因此要求轧机具有很高的轧制压力,机架要求强度很高。
单位轧制压力不小于12kN mm。
目前最高单位轧制压力已达25kN mm。
酒泉钢铁公司的中厚板轧机与国内同类轧机的单位轧制压力对比见表1。
表12800mm中厚板轧机单位轧制压力T ab le1U n it ro lling fo rceof2800mm p late m ill轧机名称酒钢安阳钢铁公司武钢柳钢邯钢单位轧制压力kN・mm-1191601719071141719014130为提高轧制精度,新建轧机设置两套轧辊定位系统。
第一套是电动机械轧辊定位系统,在无负荷情况下调节道次间辊缝,由两台直流电机驱动蜗轮蜗杆、压下螺丝和螺母进行调整。
酒钢2800mm中厚板轧机电动机械轧辊定位系统主要参数为轧辊开口度:280mm;压下螺丝直径:680mm;螺距:40mm;压下减速机总速比:14159;定位速度:0~25~37 mm s;传动电机:2×320k W,50~1000r m in。
第二套轧辊定位系统可在负荷下调节辊缝,利用测厚仪原理进行自动厚度控制,以保证钢板长度方向上厚度的均匀性,即A GC。
自动厚度控制可以由一个锁定系统来执行,它可将轧件前段厚度一直保持到尾端(相对厚度控制,或者由计算机提前给出每道次的与目标厚度相对应的基准轧制力,以获得理想的均匀目标厚度(绝对厚度控制。
由于在低温下使用大压下量会影响板厚的一致性,因而快速、高效的液压A GC 在控轧中具有特殊的重要性。
液压A GC的特点是压下速度、加速度和精度较高,死区小,响应时间快,即使在很高轧制压力下也有调节的可能性。
酒钢2800mm中厚板轧机采用的是由英国公司引进的稀油液压系统。
・63・钢铁第34卷主要参数为最大额定轧制力:55000kN;最大安全过负荷力:60000kN;最大油缸直径:1180mm;最大液压缸行程:40mm;最大额定压力:27M Pa;最大系统压力:3015M Pa;32000kN作用力时定位速度:8mm s;液压缸加速度:700mm s2;响应速度:≥10H z;响应时间:≤40m s;该液压A GC系统配有相关的数字模型和控制软件,除进行轧件厚度控制外,还具有变断面轧制、轧件纠偏等功能。
2控制冷却工艺特点由于受轧制温度和变形量影响,变形诱发相变,使A r3温度提高,铁素体在高温下提前析出,铁素体晶粒很容易长大,因此控轧后必须配控冷。
控轧板轧后控冷是提高机械性能的重要手段。
大量科研和生产实践表明,控轧之后对钢板进行快速冷却,可以达到提高强度而不损害钢板韧性的目的。
控轧与控冷制度匹配合理,在提高强度的同时还可改善钢板韧性。
控冷钢板的强韧性取决于轧制条件和控制冷却条件;钢在控冷之前的组织状态又取决于控轧工艺参数、奥氏体状态、晶粒大小、碳氮化物析出状态。
而控冷条件(开冷温度、冷却速度、终冷温度对变形后、相变前的组织也有影响,对相变机制、析出行为、相变产物更有直接影响。
因此控制冷却工艺参数对理想的钢板组织、性能是极其关键的。
加速冷却使钢板强度增加的原因是晶粒细化、贝氏体数量增加和微合金元素碳化物的沉淀强化。
实验证明,钢板强度随快速冷却终止温度降低而提高。
终冷温度在500~600℃,强度变化较小。
在450℃以上钢的韧性变化不大,与控轧基本相同,而在450℃以下则韧性急剧恶化。
比较合适的快冷工艺参数是:开冷温度应接近终轧温度,冷却速度为3 ~15℃ s,快冷终止温度为500~600℃。
可在不降低钢板韧性条件下提高强度。
由于中厚板轧机产品范围较大,采用的快冷设备有较大的适应性。
酒钢采用的控冷设备为ADCO。
主要参数为冷却钢板厚度:15~40mm;设备全长:约21m;冷却段长:约16m;最大水量:6000m3 h;钢板通过速度:012~1m s;开冷温度:850℃;终冷温度:500℃;冷却速率:215~25℃ s。
ADCO设备由以下部分组成:①上、下喷雾组件,共4个,每个组件有各自供风、供水单元;②供风系统,共8个,分别向各个组件的上下喷嘴供送空气;③供水系统,设于主厂房外,最大供水能力6000 m3 h;④抽气系统,共4个,设于每个组件上由排汽风机将冷却时产生的水汽排出组件;⑤入、出口气阻,设在ADCO设备入、出口,防止组件水汽逸出。
操作时,先把必要的数据输入计算机,根据测得的轧件入、出口温度,由计算机控制组件的起用数量、水量及边部遮蔽的开闭。
3酒钢中厚板轧机在国内处于领先地位酒钢中厚板轧机采用了九十年代先进的控制轧制与控制冷却技术,在国内处于领先地位。
而国内几家中厚板轧机均采用轧后热处理工艺,才能达到各种专业板的使用要求,酒钢中厚板轧机控制轧制和控制冷却工艺技术的特点:(1代替常化、节约能源、能直接生产综合性能优良的许多专用板,如造船、容器、锅炉、桥梁、汽车大梁板等,能降低成本;(2有效提高一般热轧钢板的强度和韧性,充分挖掘钢的性能潜力;(3与正火的同等强度级别钢相比,能降低钢的合金含量,节约合金。
