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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 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。
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。
2008级轧钢（1）班毕业论文论文题目：中厚板的控制轧制和控制冷却学校名称：河北理工大学继续教育学院专业名称：轧钢学号：20080710215姓名：仇占明指导教师：汪青山2010.11.21目录一、引言 (1)二、TMCP的概念和特征 (2)三、中厚板的控制轧制基础 (3)四、中厚板控轧工艺过程的新方法 (7)五、低碳贝氏体钢的发展 (7)六．TMCP钢在不同领域应用的状况 (10)七．中厚板的控制冷却设计 (13)八．加速冷却设备 (15)九．今后的展望 (18)十．结论 (15)参考文献 (17)中厚板的控制轧制和控制冷却摘要60年代以后，对中厚板热变形过程中钢的组织变化进行了多方面的深入系统的研究工作。
进一步证实了坯料加热.热轧和轧后的冷却条件对钢板的组织和性能有极大的影响，引起冶金工作者的重视，为形成中厚板的控制轧制和控制冷却工艺及其机理创造了有利条件，打下了基础。
目前，这相研究已经日趋完善，形成了新的中厚板工艺——控制轧制和控制冷却，即TMCP技术。
关键词：中厚板控制轧制控制冷却组织性能。
一、引言TMCP (Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺)作为提高钢材的强度、韧性和焊接性的材质控制工艺技术，它是以厚板为中心进行开发的。
所谓TMCP就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(CR Control Rolling)的基础上，再实施空冷或控制冷却(加速冷却／ACC：Accelerated Cooling)的技术总称，本文从狭义上是指控制轧制后的加速冷却技术，简称为TMCP。
虽然在20世纪50年代已采用了轧制后直接淬火工艺，但尚未达到批量化生产。
其原因是轧制长度受到限制、冷却均匀性(材质和形状)等课题尚未解决等。
其后，经过冶金学和冷却控制设备的研究，到了20世纪80年代开发出了TMCP技术。
自TMCP开发以来已经历了20多年的时间，在这期间TMCP的应用范围不断扩大，目前已成为生产厚板不可或缺的技术。
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。
中厚板轧后控冷技术应用中厚板轧后控冷技术应用摘要：叙述了控制冷却技术对钢材组织性能的影响、控制方式、主要设备、工艺、技术应用，并提出了应用控冷技术应注意的几个问题。
关键词：中厚板；控制冷却技术；应用中图分类号：TF713.2文献标识码：A文章编号：引言：生产中厚钢板的控制冷却技术(ACC)自20世纪80年代初在日本首次投入使用以来,由于它在控制产品的组织和性能,提高产品附加值方面发挥了很大的作用,因而很快在世界范围内被推广应用。
目前控制冷却技术已广泛应用于桥梁、建筑、结构、管道、压力容器用钢生产过程成为当代钢铁工业最重要的技术成就之一。
1.控制冷却技术对钢材性能的影响控制冷却技术是控制轧后钢板的冷却速度从而达到控制钢板组织性能的目的。
控制冷却技术之所以受到重视并得到广泛应用推广,是因为它比经过再加热后的等轴奥氏体加速冷却能产生更大的强化韧性效果,在进一步细化铁素体的同时使珠光体分布均匀,消除带状珠光体,并且有可能形成细贝氏体组织。
此外在控制冷却过程中阻止或延迟了碳化物过早析出,使其在铁素体中弥散,提高钢板强度而不损害脆性转化温度。
2.控制冷却的主要方式目前,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。
2.1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。
2.2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。
2.3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。
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。
这个应力是应力一应变曲线上的下屈服强度。
不使用上屈服强度作为强度指标的原因在于上屈服强度的波动性很大，它的数值对试验条件的变化很敏感，其中最重要的影响因素是应力集中。
拉伸试样的过渡圆半径太小、试样安装时力轴和试样不同心、试样表面粗糙等都有可能在加载时使试样上产生宏观的应力集中。
材料内部弹性各向异性和组织的不均匀性是造成微量应力集中的根源。
这些集中应力会使拉伸试验时上屈服强度提前出现。
相反，在正常试验条件下，下屈服强度的再现性比较好，加上屈服应变比较大，对下屈服强度的观测也方便一些，所以常常用它来作为强度指标之一。
(4)屈服强度σ0.2。
对于变形时不呈现明显屈服效应的材料，以拉伸时试样的残余应变量达到0．2％时的应力值作为屈服强度。
但对应力一应变曲线上不具备线性的弹性阶段的材料不以规定的残余应变量来决定屈服强度，通常以达到某一给定总应变量(例如ε=0．5％)的应力值作为屈服强度的指标。
(5)抗拉强度σb。
抗拉强度也称为强度极限，它不是微量塑性变形抗力指标，但它也是工程上常常应用的数据。
其定义为试样在拉断前所承受的最大(工程)应力。
注意这不是试样承受的最大真应力，它所对应的负荷也不是断裂负荷。
在众多的强度指标中，应用最多的是屈服强度。
屈服表明材料由弹性变形向塑性变形的过渡过程，在拉伸变形方式下，通常可以观察到图9-l所示的三种典型屈服现象：连续屈服、非均匀屈服和均匀屈服。
图9-2是室温下拉伸低碳钢出现非均匀屈服时的典型应力一应变曲线。
由图可以看出，当外加负荷达到4点时，开始出现急剧的塑性变形，此时负荷马上下降至B点，然后沿BC 线继续变形，至C点以后才开始出现形变硬化过程，这种现象称为屈服现象，A点称为上屈服点，B点称为下屈服点，BC段的伸长称为屈服延伸。
如果所用的试样表面是磨光的，就可以看到，当达到上屈服点A时，试样上只部分发生塑性变形，这部分变形随后在试样上扩展，引起长度的增加，这种局部的变形带被称为“吕德斯带”，显然，产生“吕德斯带”所需的应力与上屈服点A的应力相对应，屈服强度与下屈服点B的应力值对应。
关于非均匀屈服的理论最早是Dalby等人提出的晶界理论，认为α-Fe的上屈服点对应晶界上渗碳体“骨架”的极限抗形变阻力。
在屈服之前，此“骨架”承受所有外力，一旦“骨架”崩溃，金属就变软了，故出现非均匀屈服现象。
后来，Cottrell将对小半径原子与位错弹性交互作用的研究成果应用到α-Fe的屈服问题上。
认为小半径溶质原子在位错附近形成气团后提高了位错起始运动的阻力，但一旦位错在外力与热激活的共同作用下，从气团中解放出来就不再受气团的作用，此时位错运动所需的力比从气团中解放出来的力要小，也就是宏观上表现出金属的突然变软。
假如对屈服现象仅作此解释，显然忽略了晶粒大小与屈服的关系，以及单晶体的屈服应力总比多晶体低的现象。
此后，Cottrell在气团作用的基础上又考虑了晶界的作用，最后对多晶体的非均匀屈服现象作如下解释：如图9-3所示，当变形时的外应力未达到上屈服点应力之前，已有一些被钉扎的F-R 源由于局部应力集中的关系而被激活，从而产生一定数量的位错。
但由于晶界的阻碍作用而使这些位错不能跑出晶粒以外，故都沿它们自己的滑移面塞积在晶界前。
这样，在相邻下一晶粒内距上述位错塞积群的头部z 远处将产生一较大的应力，其值近似地可写为(σ－σi )[d/(2l)]1/2，此处σ为外加应力，σi 为位错在晶内运动时所受的阻力，d 为晶粒直径。
假设位于l 处之F-R 源为相邻晶粒中距离上述位错塞积群头部最近者之一，其激活所需应力为σ1，故相邻晶粒的屈服条件便可写为：()1212i d l ⎛⎫σ-σ+σ=σ ⎪⎝⎭(9-1) 整理后得：12112221i l d l d ⎛⎫σ+σ ⎪⎝⎭σ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭ 12i L K d -σ=σ+ (9-2)式中σ——屈服强度；σi ——晶内变形阻力；K L ——晶界性质影响的阻力系数；d ——晶粒直径。
此式即为著名的Hall —Perch 公式。
由Hall ．Petch 关系式可以看出，钢材的屈服强度与铁素体晶粒直径的－l ／2次方d －l ／2成正比，即钢材的铁素体晶粒越细，屈服强度越高。
9．1．2塑性指标关于塑性指标，在拉伸试验中它常以伸长率和断面收缩率来表示。
(1)伸长率6表示拉伸前后试样的相对伸长量，即δ=((l f －l 0)/l 0)×100％ (9-3)式中l 0，l f ——分别为试样被拉断前、后的标距长度。
公式9-3中，试样的伸长量(l f －l 0)实际包括试样缩颈形成以前的那部分均匀伸长和颈缩造成的不均匀伸长两部分。
均匀伸长量仅与金属的应变硬化能力等冶金状态有关，除了计算长度的精度外，它基本上不受其他试验因素的影响。
而非均匀伸长量除与材料的冶金状态有关外，还受试样形状和尺寸的影响，如试样尺寸越短，非均匀伸长量在总的伸长量(l f －l 0)中所占的比例越大，则计算得到的伸长率也就越大。
当采用不同形状或不同尺寸的试样进行试验时，为保证所测得的伸长率能够互相比较，就必须使这些试样在几何上是相似的。
因此，在国家标准中对拉伸试样的尺寸都有明确规定，当拉伸试样为棒状试样时，试样的标距长度z 。
与原始直径比的比例应为z 。
／如=5或10，前者称为短试样，后者称为长试样，用长、短试样测得的伸长率分别标注为6，或6…有了这种统一的标准规定后，不同的试验结果间就可以互相比较了。
(2)断面收缩率沙表示试样横截面积在拉伸前后的相对减缩量，即Ψ=(F 0－F f )／F 0×100%=(d 02－d f 2)／d 02×100% (9-4)式中F 0，d 0——分别为试样试验前的截面积和直径；F f ，d f ——分别为试样被拉断时断口处的截面积和断口处的直径。
如果拉伸过程中试样形成了缩颈，那么断裂后测得的伸长率和面缩率之间很难作出定量的转换关系。
虽然很多因素，如试验温度、化学成分、热处理工艺参数等都影响到这两个指标的数值，然而它们随这些参数的变化并不总是相同的，因此，这两个指标间不能以此代彼。
对它们的一般看法是：当试样的标距长度不太短时，δ基本上反映材料均匀延伸的行为，Ψ则主要由颈缩过程来决定，由于缩颈处的应力状态比较复杂，所以Ψ的大小既与试样尺寸有关也和材料的形变行为有关。
这样，在衡量材料塑性的“真实性”方面，面缩率不如伸长率直观，但冶金因素的变化对性能的影响在砂值上表现得更为突出，所以Ψ是比δ对组织变化更为敏感的指标，因此Ψ值又有其独特的用处。
例如，钢板在轧制过程中，随着板厚的增加，厚度方向压缩比相对减小，钢材内的一些非金属夹杂物被轧成平行于轧向的条带状夹杂物，造成钢材力学性能的各向异性，且厚度方向(Z向)的塑性变形能力最差。
当对厚板结构进行焊接施工时，特别是T形接头和角接接头处，在刚性拘束的条件下，因焊缝收缩极容易在母材厚度方向上产生很大的拉伸应力和应变，当此应变超过母材板厚方向的塑性变形能力时，夹杂物与金属基体之间就会发生分离而产生所谓的“层状撕裂”。
用于高层钢结构建筑、造船、海上采油平台和压力容器等某些重要焊接构件的钢板，不仅要求沿宽度方向和长度方向的力学性能，而且要求厚度方向具有良好的抗层状撕裂性能。
钢板的抗层状撕裂性能就是采用钢板厚度方向拉伸试样的断面收缩率ΨZ 进行评价的。
Z向性能级别与断面收缩率的关系如表9-2所示。
9．1．3韧性指标韧性指标常用冲击试验所测得的冲击功或冲击韧性来度量。
一次摆锤冲击弯曲试验是目前广泛使用的冲击试验方法。
它是将具有一定形状尺寸的试样放置在固定支架上，然后释放具有一定位能的摆锤，使试样承受冲击弯曲负荷，以致断裂。
把冲断试样所消耗的功A。
除以试样缺口处的横断面面积F0所得到的商称为冲击韧性，用a K表示：a K=A K／F0(9-5)冲击试验所用试样有梅氏u形试样和夏氏V形试样等，目前现场使用较多的是如图9-4所示的夏氏V形冲击试样。
试样开缺口的主要目的是使冲击能在缺口附近不大的体积内高度集中，造成应力集中和三向应力状态，使材料脆化。
应该特别指出的是，由于试样尺寸、缺口深度及尖锐度等机加工精度均影响到试验结果，所以试样必须严格标准化。
冲击韧性是所有力学性能指标中唯一可以用于衡量钢材在动载荷作用下抗破坏能力的一项指标，且冲击韧性a K值基本上是强度和塑性两者的函数，当强度和塑性同时增加时，a K值也随之增加，当强度和塑眭同时降低时，a K值也会降低。
可见，凡是同时提高强度和塑性的因素都是提高a K值的因素，如细化晶粒既提高强度又提高塑性，故使a K值提高。
因此，冲击韧性可用于评价钢材的综合力学性能的优劣。
