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控轧控冷技术在螺纹钢生产中的应用摘要：采用控轧控冷的方法用20Mnsi生产400 MPa级的Ⅲ级钢筋,可以降低成本。
用热模拟试验机测定了20MnSi钢的动态CCT曲线,确定了开发20MnSiⅢ级钢筋的生产试验方案,所生产的螺纹钢筋的性能指标达到了Ⅲ级钢筋的标准要求。
关键词：20MnSi；螺纹钢筋；控轧控冷；钢筋是重要的建筑用钢材,其应用非常广泛,用量也很大。
随着建筑行业的迅猛发展,对热轧螺纹钢筋的性能要求越来越高。
工业发达国家,如德国、美国等国家的建筑用钢已淘汰了低强度的Ⅱ级钢筋这一等级,并以400 MPa级的Ⅲ级钢筋来替代。
Ⅲ级钢筋具有强度高,综合性能好的优点,采用Ⅲ级以上钢筋代替Ⅱ级钢筋可节约钢材约10%~15%,而我国建筑用钢筋的80%为20MnSiⅡ级钢筋,为此我国正在大力推广应用400 MPa级的Ⅲ级钢筋,研制和开发高强度钢筋已是势在必行。
400 MPa级的Ⅲ级钢筋的生产工艺目前主要有两种,一是在20MnSi中加入微量合金元素钒(或铌、钛),二是采用控轧控冷的方法,而前者的成本较高。
钢筋的控轧控冷是通过控制钢材在轧制过程中的温度变化和轧后冷却过程的工艺参数,以得到细小均匀的相变组织,从而获得强度、塑性、韧性均好的优良产品。
采用控轧控冷方法可节约合金元素,降低成本;同时可简化工序,降低能耗,具有显著的经济效益和社会效益。
笔者采用控轧控冷的方法进行了Ⅲ级钢筋的试验开发工作。
1试验材料及方法为了准确地确定合理的控轧控冷工艺参数,在Gleeble-2000热模拟机上测定了动态CCT曲线。
试验用钢20MnSi的化学成分(质量分数,%)为:0.21 C,1.44 Mn,0.47 Si,0.028 S,0.023 P。
CCT曲线的测定:采用 10 mm×12 mm的圆棒试样,在Gleeble-2000热模拟试验机上将试样加热到1 150℃,保温5 min后以10℃·s-1的冷却速度分别冷却到900℃和1 050℃,保温20 s后分别进行50%的单道次变形,然后分别以1、2、10、15、50℃·s-1的冷却速度冷却到室温,测得热膨胀曲线,结合金相法绘制出两个变形温度下的动态CCT曲线。
控轧控冷工艺基本原理控轧控冷工艺是一种通过控制轧制和冷却条件来调控钢材的组织和性能的加工工艺。
其基本原理是通过控制轧制温度、变形程度和冷却速度等参数，实现对钢材组织和性能的调控。
1. 控轧工艺原理控轧是指在钢材的轧制过程中，通过调整轧制温度和变形程度等参数，控制其组织和性能的加工工艺。
控轧工艺的基本原理是通过控制轧制温度和变形程度，调整钢材的晶粒度、相组成和形貌等因素，从而实现对钢材性能的调控。
在控轧过程中，调整轧制温度可以影响钢材的晶粒度和相组成。
通过控制轧制温度的高低，可以实现晶粒细化或粗化，进而影响钢材的力学性能和韧性。
同时，调整轧制温度还可以改变钢材中的相组成，如奥氏体、铁素体和贝氏体等的含量和分布，从而调节钢材的强度、硬度和耐腐蚀性能。
控轧过程中的变形程度也对钢材的组织和性能产生重要影响。
通过控制变形程度，可以实现钢材的晶粒细化、相变和组织调控。
在轧制过程中，钢材受到外力的变形，晶粒会发生形变和细化，从而提高钢材的强度和韧性。
同时，变形程度还可以引起钢材中的相变，如奥氏体向铁素体的相变，进一步改善钢材的性能。
2. 控冷工艺原理控冷是指在钢材的冷却过程中，通过调整冷却速度和冷却方式等参数，控制其组织和性能的加工工艺。
控冷工艺的基本原理是通过控制冷却速度，调整钢材的组织和性能。
在控冷过程中，调整冷却速度可以影响钢材的相组成和组织形貌。
通过控制冷却速度的快慢，可以实现钢材中相的相变和组织的调控。
当冷却速度较快时，钢材中的相变会受到限制，从而形成细小的相和均匀的组织。
相反，当冷却速度较慢时，钢材中的相变会较为充分，形成较大的相和不均匀的组织。
不同的冷却速度会影响钢材的强度、硬度和韧性等性能。
控冷过程中的冷却方式也会对钢材的组织和性能产生影响。
不同的冷却方式，如空冷、水冷、油冷等，具有不同的冷却速度和冷却效果。
通过选择合适的冷却方式，可以实现钢材组织的定向调控，从而达到钢材性能的要求。
3. 控轧控冷工艺的应用控轧控冷工艺广泛应用于钢材的生产和加工过程中。
线材生产中的控制轧制和控制冷却技术线材是现代工业生产中使用频繁的一种材料，它广泛应用于电线电缆、机械制造、建筑材料等行业。
在线材生产过程中，控制轧制和控制冷却技术是关键的环节，它们直接影响着线材的质量、机械性能和用途范围。
一、控制轧制控制轧制是指通过改变轧制变形量、轧制温度、轧制速度、轧制力等因素，控制金属材料的形变和微观组织，达到调整线材力学性能、改善表面质量和优化产品用途的目的。
1、轧制变形量控制轧制变形量是指轧制前后的减压变化，它对线材的力学性能和表面质量有着直接影响。
为了保证线材的质量稳定和合格率，轧制变形量控制必须精准可靠，并考虑到批量变化和轧制型号的特定要求。
目前，国内外的轧制变形量控制采用电液伺服技术，通过实时监测轧制变形量变化，及时控制系统参数的变化，保证线材轧制变形量的稳定。
2、轧制温度控制轧制温度是指线材在轧制时的温度，它对线材的力学性能和表面质量有着重大影响。
过高或过低的温度会导致线材的晶粒过大或过小，从而影响线材的硬度、韧性和塑性等力学性能。
为了提高线材的机械性能和用途范围，轧制温度控制必须准确可靠，并考虑到金属材料的温度敏感性和轧制工艺的特定要求。
目前，国内外的轧制温度控制采用激光测温技术或红外线测温技术，通过实时监测线材温度变化，及时调整轧制温度，保证线材轧制温度的稳定。
3、轧制速度控制轧制速度是指线材在轧制过程中的速度，它对线材的表面质量和机械性能有着直接影响。
过高或过低的轧制速度会导致线材表面的纹路不均匀和线材的硬度、韧性等力学性能下降。
为了提高线材的表面质量和机械性能，轧制速度控制必须准确可靠，并考虑到轧制型号的特定要求。
目前，国内外的轧制速度控制采用伺服电机技术或电磁流体技术，通过实时监测线材的速度变化，及时调整轧制速度，保证线材轧制速度的稳定。
二、控制冷却控制冷却是指针对金属材料在热加工过程中产生的内应力、变形、晶粒长大等现象，通过采用不同的冷却方式和工艺参数，调整金属材料的组织和性能。
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。
169管理及其他M anagement and other轧钢生产过程中自动化控制技术的应用研究樊利智，杨海西，曹喜军，齐进刚，王少博（敬业钢铁有限公司，河北 石家庄 050000）摘 要：自动化控制技术是科学技术高速发展的产物。
自动化控制技术应用到轧钢生产中可在保证产品质量的前提下显著提高生产效率。
本文主要分析自动化控制技术在轧钢生产中的应用情况，目的是全面发挥自动化控制技术的优势，提高轧钢生产水平。
关键词：轧钢生产；自动化控制技术；应用情况中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）21-0169-2收稿日期：2021-11作者简介：樊利智，男，生于1991年，工程师，研究方向：中卷板炼钢、轧钢工艺研究和质量管理、新品种开发。
热轧钢是轧钢生产最为常见的技术，同样该技术也是智能化轧钢生产管控的关键。
我国科学技术高速发展的背景下，智能化、自动化轧钢生产模式越来越普及，自动化控制技术的研发为轧钢自动化和智能化生产创造便利条件。
自动化控制技术纳入到整个轧钢生产中可实现远程智能化管控，对于优化轧钢生产流程，提高钢材产品质量具有重要意义。
1 轧制自动化智能控制技术分析AI 是自动化智能控制技术的基础。
轧钢自动化智能生产中也需要将AI 技术作为基础应用其中。
AI 技术可以定位逻辑并确定操作技术。
此外，AI 技术可控制较为复杂的协议，实现对整个网络的全面管控。
如今我国轧钢生产中已经纳入了人工智能管控技术，AI 控制系统可凭借先天性逻辑控制功能操控轧钢生产较为复杂的内容，极大提高了轧钢生产的可靠性和安全性[1，2]。
2 冷轧钢板形自动控制技术2.1 主要调节内容一是张力调节。
张力轧制是冷轧生产显著特点。
ATC 控制冷轧机组时会受到多种因素影响，导致张力值产生较大波动。
张力值产生波动的主要原因分别是原料板形存在误差、出口测厚仪测量出现偏差以及出口厚度不均等。
冷轧生产中张力要保持恒定，这样轧制状态才能更加稳定。
技术探讨我国轴承钢管的发展现状及⽣产⼯艺冯志坚8⽉初，海关总署发布数据显⽰，6⽉份，我国出⼝轴承44708万套，出⼝⾦额达到195064万元，同⽐分别增长5.0%和4.2%；上半年累计出⼝255963万套，出⼝⾦额达到110.6亿元，同⽐分别增长0.9%和2.0%。
其中，轴承钢管作为轴承套圈的原材料，在我国轴承⼯业发展过程中起到了重要作⽤。
⽬前，中国已是装备制造⼤国，但实现“强”还有⼀定距离，其原因之⼀，是装备的轴承性能影响了整机的关键性能。
轴承钢是⽤于设备轴承制造的⼀种重要基础钢种，在众多品种的钢铁产品中被称为“钢中之王”，⼴泛应⽤于运输机械（汽车、⾼速列车等）、⼯程机械、冶⾦、⽯油化⼯、发电、航空航天、军⼯、风电和海洋⼯程等领域。
轴承钢的质量优劣，直接决定了重⼤装备和精密装备轴承的好坏。
轴承钢应具有长寿命、⾼精度、⾼刚度和⾼耐磨性等性能。
同时，轴承钢也是检验项⽬多、质量要求严、⽣产难度⼤的钢种之⼀。
作为“钢中之王”家族成员，轴承钢管是轴承钢⼆⽕成材产品。
作为轴承套圈⽤钢，其⽣产有其特殊性和严格要求。
由于我国整体冶炼⽔平限制和⽣产企业⾃⾝存在的问题，以及轴承套圈加⼯技术的发展现状，我国轴承钢管在质量、⽣产成本、材料利⽤率等⽅⾯的优势并不明显，其发展空间受到挤压。
⽬前，我国轴承钢管⽣产存在哪些问题？我国轴承钢管的⽣产⼯艺现状如何？轴承钢管今后的发展思路是什么？这些都是需要探讨的问题。
轴承钢管整体现状有待改变⽬前，我国国内轴承钢管产量仅占轴承钢总产量的8%，与发达国家占⽐20%~30%相⽐，仍有很⼤差距。
在轴承钢管品质⽅⾯，国内产品也存在品质稳定性差、疲劳寿命短、洁净度低等问题。
我国轴承钢管的应⽤，⼀般局限于普通轴承的轴承套圈⽤料，⾼端轴承套圈仍依赖进⼝。
1品种结构不合理，坯料供给⽭盾突出我国很多钢铁企业均存在钢材品种“全⽽不专”的⽣产现状。
⼀些企业的产品品种覆盖板、管、型、材和特殊钢材，普通钢材同质化问题严重，低端竞争呈现⽩热化。
以超快速冷却为核心的新一代技术The New Generation TMCP with rhe KeyTechnology of Uletra Fast Cooling王国栋摘要针对传统TMCP技术采用“低温大压下”和“微合金化”的问题，利用连续轧制的大变形和应变积累，提出以超快速冷却技术为核心的新一代控制轧制和控制冷却技术的大变形和应变积累，提出以超快速冷却技术为核心的新一代控制轧制和控制冷却技术（NG-TMCP），描述了它的技术特征和材料特点，指出这是一项节省资源和能源，有利于材料循环利用，促进社会可持续发展的新技术。
1 TMCP技术及其特征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，支撑着人类社会的发展和进步。
控制轧制和控制冷却技术的目标是实现晶粒细化和细晶强化。
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，其核心思想是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形的奥氏体中积累大量的能量，力图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。
控制轧制的基本手段是“低温大压下”和添加微合金元素。
所谓“低温”是在接近相变点的温度进行变形，由于变形温度低，可以抑制奥氏体的再结晶，保持其硬化状态，“大压下”是指施加超出常规的大压下量，这样可以增加奥氏体内部储存的变形能，提高硬化奥氏体程度。
增加微合金元素，例如Nb，是为了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，因而可以增大奥氏体在未结晶区的变形量，实现奥氏体的硬化。
图1图1控制轧制和控制冷却为了突破控制轧制的限制，同时也是为了进一步强化钢材的性能，在控制轧制的基础上，又开发了控制冷却技术，控制冷却的核心思想，是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能。
控轧控冷技术季日楠[摘要]对控制轧制与控制冷却的概念，控制原理，控制轧制与控制冷却在棒线材生产中的应用，意义及发展现状进行了介绍，并对现代棒线材生产中控制轧制与控制冷却所存在的问题进行简单的介绍。
[关键词]控制轧制冷却Abstract：The concept of controlled rolling and controlled cooling, control principle, control rolling and control cooling on Rod wire production, the application of the significance and development situation are introduced, and the modern bar in the production of wire by controlled rolling and controlled cooling problems were introduced simply.Key Words：Control rolling Cooling1 引言自21世纪80年代以来,高速线材的轧制速度已经突破100m/s,由于轧制速度的提高导致轧件的温升增加,使终轧温度高于1000℃,线材成品表面的氧化铁皮增多、晶粒粗大、钢材的显微组织和机械性能极不均[1]。
控轧控冷就显得至关重要,它是通过工艺手段充分挖掘钢材潜力,大幅提高钢材的综合性能,它具有节约合金、简化工序、节约能源消耗等优点,由于它具有形变化和相变强化的综合作用所以,它既能提高钢材的强度,又能改善钢材的韧性和塑性。
因此，合适的控轧控冷工艺调节参数是轧制生产线水平高低的重要标志之一。
2控制冷却的特点控制冷却的实质是晶粒细化和相变强化,即在控制轧制之后,对奥氏体分解相变温度区进行某种程度的快速冷却,使相变组织细晶化,甚至相变成新的组织,然后再空冷的工艺。
绪论控轧、控冷的含义：控轧—控制钢的加热温度、速度，开、终轧温度，轧制变形率和变形速率，使塑性变形和动态相变相结合，又称形变热处理。
控冷—控制轧后冷却速度，使其通过相变得到所需的组织和晶粒度，以及第二相粒子的析出。
控轧、空冷相结合可提高钢的强度和韧性。
1. 控轧、控冷是挖掘钢的潜力，开发新产品的有利武器2. 控轧、控冷又叫形变热处理，不同于常规热处理，是形变和相变的有机结合，利用轧制余热在线热处理可节约能源，缩短工期，提高经济效益。
3. 是连铸连轧柔性生产系统的组成部分。
控轧控冷是一个系统工程，涉及钢的成份控制，纯净度控制，铸造组织控制，温度控制，变形控制，相变控制，必须系列优化综合考虑。
控轧、控冷的理论基础是传热学、塑性加工力学、塑性加工金属学、流体力学。
第一章钢的强化和韧性第一节钢的强化机制固溶强化、位错强化、沉淀强化、（晶界强化、亚晶强化）、细晶强化、相变强化钢的强化反映其内能的提高金属塑性变形机理是位错运动，位错运动阻力越大σs越高。
金属断裂是由于裂纹源的扩展，金属内部越致密，原子结合强度越高σb越高。
1、固溶强化铁和碳的相互作用表现为两方面：1、形成固溶体；2、形成化合物（1）固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构。
（2）固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体晶格扭曲，内能增加，强度增加。
运动的位错和异质原子相互作用使强度提高。
（给位错移动增加点状障碍物）固溶强化的规律（1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大（2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好。
（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。
但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。
河北科技大学毕业论文论文题目：热轧板带钢的控制轧制学院材料学院专业年级2011冶金工程技术学生姓名指导教师职称日期2013年11月20日目录一、前言 (1)二、控制轧制的特点 (2)三、国内典型中厚板轧机控轧控冷工艺 (6)四、热连轧带钢的控制轧制和控制冷却 (8)五、宽带钢轧机板形控制技术 (10)六、结论 (14)参考文献 (14)热轧板带钢的控制轧制摘要：控制轧制和控制冷却技术在轧钢生产中加以应用，明显地改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为节约能耗，简化生产工艺，开发钢材新品种创造了有利条件。
通过对典型的热轧带钢，中厚板及宽带刚钢控制轧制和控制冷却新工艺的开发与基本理论的研究，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、相变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了依据。
关键词：热轧带钢；中厚板；宽带钢；控扎；控冷一、前言（一）控制轧制的概念近年来控制轧制作为热轧新技术越来越被人所重视。
控制轧制技术一般多用在结构钢上：高强度、高韧性和良好的焊接性能。
可称为对结构钢要求的三要素。
为了使结构钢获得这些良好的性能，最好的方法是使钢的晶粒细化。
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奥氏体再结晶控制轧制、奥氏体未再结晶区控制轧制和两相区控制轧制三个阶段：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晶粒经过在γ再结晶区域内的反复变形和再结晶而逐步的到细化的阶段；2、低温奥氏体变形阶段，当轧制变形进入γ未再结晶区域时，变形后的γ晶粒不再发生再结晶，而呈现加工硬化状态，这种加工硬化了的奥氏体具有促进铁素体相变形核作用使相变后的α晶粒细小；3、（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。
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和温度制度的合理控制，使热塑变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织使刚才具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。
2控制冷却：控制轧后刚才的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。
控轧控冷的目的：细化晶粒1钢的韧性（韧度）：指材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力1材料的冲击韧性指标：a，冲击功，即缺口冲击韧性Ak；b，韧脆转变温度Tc1影响钢材韧性的因素：化学成分的影响；气体和夹杂物的影响；晶粒细化的影响；沉淀析出的影响；形变的影响；相变组织的影响1影响析出的主要工艺因素：加热温度，变性条件（变形温度，变形量，变形速度，轧制道次）材料中其他成分的影响1动态再结晶的临界变形量Ec：发生动态再结晶所必需的最低变形量1软化率：将两次变形间A软化的数量之比称为软化率1静态再结晶临界变形量：在一定的变形温度和变形速度下有一个发生静态再结晶的最小变形量2双相钢：由两相或多相的复合相组成的多晶体材料被称为双相钢或多相钢1强化：指光滑的金属材料试样在大气中，并在给定的变形速率室温条件下对拉伸时所能承受应力的提高，屈服强度抗拉强度是其性能指标1钢的强化机制：固溶强化形变强化析出强化细晶强化亚晶强化相变强化2冷却制度：开冷温度；终冷温度；冷却速度1线材轧后冷却的目的：得到产品所要求组织及组织性能的均匀性以及减少二次氧化铁皮的生成量1非调质钢：将调质钢的化学成分进行调整并对轧制工艺过程进行控制不进行调制而其性能达到调质钢的水平以省略调制工序1热轧无缝钢管在线常化（轧后余热正火）：适当地调节变形温度使均整或定减径变形的终轧温度变为相应的正火温度然后空冷。
优点：强度提高不多甚至略有下降；在线常化由于晶粒尺寸减小，珠光体量减少和沉淀强化作用降低使冲击韧性大幅度提高；在线常化与快速冷却相结合可获得综合力学性能良好的管材1高温形变淬火：钢管在稳定的奥氏体区变形而且一般在结晶温度以上然后进行淬火以获得马氏体组织，在轧制线上进行。
控轧控冷技术在轴承钢生产中的应用关键词：控制轧制控制冷却轴承钢细化晶粒一引言随着现代科学技术的发展,滚动轴承的使用量日益增加。
轴承的主要损坏形式是接触疲劳破坏,因此要求轴承钢具有高的接触疲劳强度,同时具有高的耐磨性和良好的工艺性能。
GCr15 具有良好的综合性能,因而成为轴承行业中应用最为广泛的钢种之一。
控轧控冷是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数，改善钢材的强度、韧性、焊接性能。
该项技术问世20年来，经过不断地完善和巩固，已经逐步扩展到海洋结构用钢、管线、型材等各个领域。
将控轧控冷技术应用于轴承钢能使得钢材的综合性能得到大幅提高，取得巨大的经济效益。
二控制轧制控制轧制(Controlled rolling)：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，使热塑性变形与固态相变结合，获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。
1 控制轧制的类型控制轧制方式示意图(a) 奥氏体再结晶区控轧；(b) 奥氏体未再结晶区控轧；(c) (γ+α)两相区控轧（1）奥氏体再结晶区控制轧制(又称I型控制轧制)奥氏体再结晶区控制轧制的主要目的是通过对加热时粗化的初始奥氏体晶粒反复进行轧制再结晶使之细化，并从而使奥氏体到铁素体相变后得到细小的铁素体晶粒。
并且，相变前的奥氏体晶粒越细，相变后的铁素体晶粒也变的越细。
把钢相变前的奥氏体晶粒直径和相变后的奥氏体晶粒直径之比成为γ/α变换比。
当奥氏体晶粒粗大时此比值远远大于1，即由一个奥氏体晶粒可以产生几个铁素体晶粒。
当相变前的奥氏体晶粒细小时，该γ/α变换比接近于1，所以，在仅仅由于再结晶奥氏体晶粒微细化而引起的奥氏体的晶粒细化方面存在一个极限。
奥氏体再结晶区轧制是通过再结晶使奥氏体晶粒细化，从这种意义上说，它实际上是控制轧制的准备阶段。
奥氏体再结晶区域通常是在约950℃以上的温度范围。
（2）奥氏体未再结晶区控制轧制（又称Ⅱ型控制轧制)在奥氏体未再结晶区进行控制轧制时，γ晶粒沿轧制方向伸长，γ晶粒内部产生形变带。
此时不仅由于晶界面积增加，提高了α的形核密度，而且也在形变带上出现大量的铁素体晶核。
这样就进一步促进了α晶粒的细化。
相变后的铁素体晶粒随着未再结晶区总压下率的增加变细。
如果刚相变前的奥氏体晶粒度和未再结晶奥氏体晶粒的伸长程度相同，则γ/α相变温度越低，相变后的铁素体晶粒越细。
奥氏体未再结晶的温度区间一般为950︒C～Ar3。
（3）(γ+α)两相区轧制在Ar3点以下的(γ+α)两相区轧制时，未相变γ晶粒更加伸长，在晶内形成形变带。
另一方面，已相变后的铁素体晶粒在受到压下时，于晶粒内形成亚结构。
在轧后的冷却过程中前者发生相变形成微细的多边形晶粒而后者因回复变成内部含有亚晶粒的铁素体晶粒。
因此两相区轧制得到的组织为大倾角晶粒和亚晶粒的混晶组织。
在控制轧制实践中常常把这三种轧制方式联系在一起而进行连续轧制。
并称之为控制轧制的三阶段。
2 控制轧制工艺特点（1）控制加热温度加热温度决定轧制前奥氏体晶粒的大小，温度越低晶粒越细。
（2）控制轧制温度在控制轧制中所采用的轧制温度是依所采用的控制轧制类型而异。
在奥氏体区轧制时，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素体晶粒也越粗大，并易出现魏氏组织，对钢的性能不利，因此要求最后几道次的轧制温度要低。
（3）控制变形程度为了保证钢材的强度和韧性，要求在低温范围内要有一定大小的变形程度。
在奥氏体区轧制时，道次压下量必须要大于临界压下量，尤其在动态再结晶区间，否则将产生混晶。
（4）控制轧制后冷却速度钢材于轧后冷却除采用空冷外，还可以采用吹风，喷水，穿水等冷却方式。
由于冷却速度的不同，钢材可以得到不同的组织和性能。
三控制冷却控制冷却（Controlled rolling）：是控制轧后钢材的冷却速度达到改善组织和性能的目的。
由于热轧变形的作用，促使变形奥氏体转变温度（Ar3）的提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。
为了细化铁素体晶粒，减少珠光体片层间距，组织碳化物在高温下析出，以及提高析出强化效果而采用控制冷却工艺。
1 控制冷却的三个阶段（1）一次冷却从终轧温度开始到变形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Arcm 温度范围内的冷却控制，即控制冷却的开始温度、冷却速度及终止温度。
这一阶段是控制变形奥氏体的组织状态，组织奥氏体晶粒长大，阻止碳化物的析出，固定因变形引起的位错，降低相变温度，为相变做组织上的准备。
（2）二次冷却从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。
主要是控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度，及通过控制相变过程，保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。
（3）三次冷却（空冷）三次冷却是相变后至室温范围内的冷却。
对于低碳钢，相变后冷却速度对组织无影响；对合金钢空冷时发生碳化物的析出，对生产的贝氏体产生轻微的回火效果。
对于高碳钢和高碳合金钢轧后控制冷却的第一阶段（一次冷却）也是为了细化变形奥氏体，降低二次碳化物的析出温度，甚至阻止碳化物由奥氏体中析出，降低网状碳化物析出量。
降低网状碳化物级别，减少珠光体球团尺寸。
而二次冷却的目的是为了改善珠光体的形貌和片层间距。
2 控制冷却的实质对控制轧制后的奥氏体用高于空冷的速度从Ar3 以上的温度冷却至相变温度区域，通过进行控制冷却，防止变形奥氏体晶粒长大，降低γ→α的相变温度，不使铁素体晶粒长大细化珠光体组织。
控制冷却引起的Ar3 降低，对再结晶奥氏体水冷效果并不很大，但对未再结晶奥氏体进行控冷，会明显使奥氏体细化。
控制后细化了变形奥氏体组织经快速冷却，使相变组织发生相应变化，钢中的析出物的大小、数量、析出部位发生变化，从而提高钢的强韧性。
四GCr15轴承钢概述轴承钢因化学成分的高碳、含有1. 5 % 左右的Cr , 在凝固过程中遵循相律和选分结晶的自然规律, 钢液最终凝固时在树枝状晶之间凝固析出(Fe 、Cr) 3C 及Cr7C3 大颗粒碳化物, 即碳化物液析。
这种碳化物属于三角晶系,其硬度和脆性极高, 易与奥氏体形成亚稳态莱氏体共晶产物, 是碳化物不均匀性中危害最大的一种。
而轴承钢在锻轧加工后的缓慢冷却过程中,由于碳在奥氏体中的溶解度降低,二次碳化物沿奥氏体晶界呈网状析出。
网状碳化物形成于700～900 ℃之间,在700～750 ℃二次碳化物析出最强烈。
网状碳化物的存在,大大地削弱了基体晶粒间的联系,使轴承的接触疲劳强度显著降低,同时也降低了轴承滚道的接触应力。
GCr15 是一种传统的高碳铬轴承钢，主要用于制造各种轴承的滚珠、滚柱和轴套等。
因其在服役过程中需承受极高的交变载荷，所以要求这类钢不仅具有良好的强韧配合，还要求有较高的抗疲劳性能和耐磨性。
但其中的碳化物不均匀分布,尤其是网状碳化物的存在,会增加钢的脆性、降低轴承的疲劳寿命,因而成为人们一直关注的焦点问题·大量的实验和生产实践证明，只有当轴承钢具有隐晶回火马氏体+ 细小渗碳体颗粒时才能较好的满足上述要求。
通常为了获得隐晶回火马氏体+ 细小渗碳体颗粒组织，要求轴承钢具有良好球化的珠光体组。
为了获得良好球化的珠光体组织，轴承钢球化退火前应为尽量消除网状碳化物的细片状珠光体组织。
五控制轧制与控制冷却在GCr15轴承钢中的应用1 轴承钢的控轧控冷工艺轴承钢有不同类型的控轧工艺，而轧后与控制冷却相结合，可以形成不同的三种组合工艺，即高温再结晶型控轧与轧后快冷结合工艺；高温再结晶型和未再结晶型控轧与轧后快冷结合工艺；高温再结晶型、未再结晶型和奥氏体与碳化物两相区控轧与轧后快冷结合工艺。
为了减轻网状碳化物，缩短球化退火时间，目前GCr15轴承钢的生产一般采用由高温开始的连续轧制，低温终轧，即奥氏体与碳化物两相区终轧的控制轧制，轧后快冷工艺。
有文献指出，终轧温度740℃，轧后快冷至720℃时，效果最好。
这是因为GCr15轴承钢的网状碳化物的析出温度范围一般在700~900℃。
大量析出碳化物的温度在700~850℃。
为防止网状碳化物的析出，就必须加快在这一区间钢材的冷却。
由于变形诱导析出作用，促使碳化物在高于平衡条件下析出温度Arcm之上提前析出，也就是二次碳化物在高温析出速度加快，大量析出的温度区间范围会相应提高。
因此，控制轧制之后采用快冷至720~780℃之间，就可以使变形奥氏体晶粒来不及长大，碳化物分散而细小。
2 轴承钢控轧控冷工艺的特点钢坯加热温度比普通热轧的加热温度稍低些，防止原始奥氏体晶粒粗大，出炉轧制后到精轧机列前或终轧前1道次~3道次，通过强化冷却将轧件冷到两相区轧制。
使未再结晶奥氏体和碳化物同时受到塑性加工，使先析出的碳化物网状形成细小，分散小条状的碳化物颗粒。
轧后进行快冷，达到一定温度时必须停止快冷，避免在表面形成马氏体组织或形成裂纹，快冷后进行空冷至室温。
六结束语应用控制轧制和控制冷却技术使钢材的强度和低温韧性有较大幅度的改善，并且可以充分发挥微量合金元素的作用，中国有丰富的铌、钒、钛和稀土资源，具有发展微合金钢控制轧制控制冷却技术的广阔前景。
并且应用该技术不但节省了某些合金钢材的离线处理工序，降低了成本，增强了产品的市场竞争力，而且节省了能源、合金元素，有利于对环境和资源的保护，对国民经济建设和发展具有深远的意义。
控轧控冷技术在轴承钢生产中的应用班级：材料研2班姓名：侯雅青学号：s2*******。
