控制轧制和控制冷却技术的新发展及在钢材生产中的应用

把王国栋所著的，标题为新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程的内容，发表在了东北大学学报2009年排版的第7期上 。

李宏图.中厚板轧制控制冷却技术.钢铁技术,2003(2).

王有铭,李曼云,韦光.钢材的控制轧制和控制冷却.

孙进的，应用于中厚板的控制冷却技术以及控制策略，在2010年的冶金自动化领域 。

王国栋，在2004年第9期的《中国冶金》里，阐述了咱们国家中厚板生产设备以及工艺技术的发展情况 。

江西冶金在2007年的第12期上，有李文华所写的控冷技术在中厚板生产里的应用。

由张辉宜所著，关于控制冷却技术于中板生产里的应用，发表在了《钢铁研究学报》2004年第4期上。

孙做出决定，那就是对控制冷却技术于中厚板生产里的应用加以控制，此研究成果发表于《钢铁研究》2005年第4期。

余伟，控轧控冷技术的发展情况，以及其在中厚板生产里的应用，《钢铁研究学报》，2011年第10期 。

王国栋，涉及以超快速冷却作为核心的新一代TMCP技术，发表于《上海金属》，在2008年的第3期 。

11，李伟，TMCP（热机轧制），应用于中厚板工程，现代冶金，2010年，第6期。

第二篇：控制轧制和控制冷却技术的新发展

控制轧制和控制冷却技术的新发展

�ハ牡栊悖�李兴芳，李建沛

�ィ�济南钢铁集团总公司，山东 济南 250101 ）

概要为：说明了控轧控冷工艺的原理以及工艺特性，说明了为改进板形而研发的分开的冷却与润滑系统，说明了动态轧制工艺，说明了GCr15轴承钢控轧新工艺的热模拟试验成果以及低碳贝氏体钢的新进展。表明要积极消化接纳先进的控轧控冷工艺，研制开发出高强且高韧性的钢板。

关键词：控制轧制；控制冷却；低碳贝氏体钢； 应变诱导

中图分类的编号是：TG335 ，文献的标识代码为：A ，文章配备的号码是：1004 - 4620（2003）05 - 0038 - 04 ，关于控制轧制以及控制冷却技术的新进展 。

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夏殿秀，李兴芳，李建培，读作这样的名字组合，是三个不同的个体名字，这三个名字分别是不同的人所拥有的称呼，它们。

钢铁集团济南，位于中国，地址是济南250101 ，名称为济钢集团 。

近代的时候，工业不断发展，对于热轧非调质钢板的性能要求，变得越来越高，除了要具备高强度之外，还得拥有良好的韧性，以及焊接性能，并且冷脆性要低。目前，世界上好多国家，都运用控轧和控冷技术进行生产，生产用于高寒地区的输油管道用钢板，生产用于高寒地区的输气管道用钢板，生产低碳含铌的低合金高强度钢板，生产高韧性钢板，还生产造船板，生产桥梁钢板，生产压力容器用钢板等等 。

1 控制轧制工艺的机理和特点

控制轧制工艺，讲的是钢坯于稳定的奥氏体区域也就是Ar3，或者在亚稳定区域即为Ar3至Ar1之内开展轧制，接下来空冷或是控制冷却速度，借此获得铁素体与珠光体组织，碰到某些情况时能够获得贝氏体组织。现代控制过程中的轧制工艺，应用了奥氏体再结晶方面的理论，也应用了奥氏体未再结晶方面的理论，通过把板坯加热温度降低，控制住变形量，控制住终轧温度，充分将固溶强化机理加以利用，将沉淀强化机理加以利用，将位错强化机理加以利用，将晶粒细化机理加以利用，使得钢板内部的晶粒达到最大程度的细化，进而改变低温韧性，增强强度，提升焊接性能，提高成型性能。所以说，控制轧制工艺实际上是把形变与相变结合起来的一种综合强化工艺。

�タ刂圃�制一般有控温轧制和热机轧制两种。

在控温轧制里，为获取所要求的目标值，就得在规定温度范围开展总变形。第一个负荷道次的开轧温度事先靠出炉温度规定好了。轧制温度范围由规定的终轧温度来决定。通常状况下，唯有轧制过程在规定时间中断，且把轧件送往停歇场冷却，这个终轧温度才可得到保证。在这种轧制方式中，轧制中断时的钢板厚度并无规定，轧制钢板能够取消常规的正火处理。

热机轧制是于规定温度范围之内，依照所规定的压下量去进行轧制，它又被划分成两阶段轧制以及三阶段轧制，在两阶段轧制里，轧制过程会中断一回，且让轧件冷却至下一阶段所需的轧制温度，在三阶段轧制中，轧制过程会中断两次，轧制阶段是由该阶段中预先给定的厚度压下量以及完成该厚度压下量时的温度范围所决定的，由此便产生了中间厚度以及各阶段之间的轧制时间。

控轧的目的在于热轧条件之下，借助细化铁素体晶粒，进而生产出韧性良好、强度较高的钢材。比如说，正常轧制工艺中铁素体晶粒处于最佳的情形是7至8级，其直径大于20μm，然而控制轧制工艺所获取的铁素体晶粒是12级，它的直径是5μm，如此细小的晶粒乃是控制轧制最为突出的优点。

使用控制轧制工艺，能够充分发挥微量元素所具有的作用，对于含有微量Nb、V、Ti等元素的普通低碳钢而言，采用控制轧制工艺时，便可以获得更好的综合性能。板带材控轧工艺过程存在新的方法。

板带材质量在很大程度上取决于对轧制工艺过程的控制，常规方法存在诸多不足之处，原始凸度设定无法对不同规格、不同材质的轧件进行跟踪控制，不均匀冷却方法存在响应太慢的缺点，戴维.麦基公司对板形自动控制系统及冷却液的喷射装置进行了独特设计，其中彼此分隔开的冷却和润滑系统（SLC）和动态轧制工艺系统（DSS）取得了很好的效果。

2.1 分隔开的冷却和润滑系统（SLC）

板带材轧制多数运用乳液达成冷却润滑，应用乳液冷却润滑时，普遍存在这般的情况，乳液稳定性欠佳，使用寿命不长，特别是轧后板带材表面质量难以达到最佳水准等问题，借助分隔开来的冷却以及润滑系统能够规避常规乳液冷却润滑给制品致使的缺陷。

该系统存在着两个彼此相连的钢质冷却箱，任一冷却箱，分别将上工作辊以及支承辊的辊面予以封住，同时也把下工作辊以及支承辊的辊面进行封住，如此一来，每一个针对轧辊跟冷却箱而言可构成一个隔离系统，上下两个冷却箱之间存在着一道缝隙，需要进行轧制的带材经由此处通向辊缝，以此达成轧制。

在轧制进程当中，将冷却系统与润滑系统分隔开来，这便意味着，在拥有冷却润滑综合功能的基础之上，还能够分别依照各自独具特色的功能去予以配制。SLC系统能够最大限度地施展冷却以及润滑的功能，进而使得轧机的功率密度大幅度增强。

2.2 动态轧制工艺系统（DSS）��

戴维.麦基公司借助计算机对全带材轧制的主要过程做了预测，充分运用计算机去构建轧制过程里的数学模型，从本质上来说这就是在线的模型参数估计，而其中最为典型的例证是动态轧制工艺系统。

某装置主要安放在热轧机组之上，其功能是用以控制板形以及断面的形状。它借助所构建起来的那种数学模型以及程序，依据所预测出来的结果，持续不断地通过轧机的自适应功能来予以控制。它跟一般常见的反馈式 AGC 系统存在不同的地方，在于该系统采用了两个基本的自适应等级。其中第一级是轧机控制的自适应，这涵盖了轧辊的弯辊力、压下量的方式、运行的速度以及轧辊冷却液的分布等方面，从而使得产品质量能够一直保持稳定、达到一致的状态。第二级是预测模型所用系数的自适应，也就是通过在轧制过程中测得的参数，借助趋势回归分析来达成。然后，把实測值与模型预测值的误差值当作一个函数，以此来调整模型的系数。

应用DSS的主要目的是要生产出横向厚度均匀一致的产品。

3 GCr15控轧新工艺的模拟研究��

近几年来，有一些投身于该项工作的人员，针对轴承钢的热加工性能展开了研究，连带对形变球化以及再结晶情况也予以了探究，不但定量地明确了流变应力以及破断应变，和变形进程里的变量，也就是应变、应变率、温度以及相变之间所具有的关系，还针对奥氏体加渗碳体的双相区形变球化开展研究，从而确定了变形温度以及变形量乃是控制球化的关键因素，并且奥氏体化之后进行变形利于双相区形变球化，还借助热扭转实验机采用停顿变形方式，对轴承钢热轧过程当中的再结晶行为进行了研究，进而确定了静态和动态再结晶，与变形温度、道次应变以及道次间隔时间等之间的关系，以及在双相区出现的动态软化现象。这一系列工作，为正确制定轴承钢控制轧制工艺，提供了科学依据。

在轴承钢的各类生产工艺里，于900℃以上的奥氏体单相区进行轧制，之后快速冷却至850～800℃的双相区内再度轧制，这是极具前景的新工艺，此工艺对于控制轧制的推广运用至关重要，对改善轴承钢的质量意义重大，在提高其疲劳寿命方面也有着重要作用，并且在节省能源等方面都有着重要意义。

根据试验所呈现的情况来看，其一，借助热扭转试验机达成了热变形模拟轴承钢控轧新工艺，这一情况得到了证实，其二，轴承钢历经高温奥氏体单相区的变形过程，之后又在奥氏体与渗碳体的双相区内发生变形 。

形，接着经过快速球化退火，其碳化物级别以及硬度全都达到了针对该冶金产品的标准要求 。在高温奥氏体单相区内发生变形，道次间隔期间出现静态再结晶，其再结晶完成的程度跟着变形道次的增多而提升 。部分再结晶的应变累计效应，推动了动态再结晶的产生 。在奥氏体与碳化物双相区内，除了静态和动态再结晶过程以外，碳化物的形变球化也能够引发明显的动态软化 。（3）轴承钢采用控轧新工艺，所需的终轧轧制力以及轧制力矩，如果用平均流变应力计算公式来估算，相较于传统轧制工艺，大约会提高40% 。

4 低碳贝氏体钢的发展��

在控轧的初期阶段，重点在于提升钢材的强度，以及获取较为细密的晶粒，接着在具备高强度的这个基础之上，对于钢材的韧性，则产生了与之对应的要求当前已然朝着更高强度、更佳韧性以及更大厚度的导向转变，与此同时要求不会使焊接性能出现恶化天然气输送所使用的管线钢，具备较高的横向冲击贮存能提高再结晶温度以下的总的热轧变形量，能够达成改进、提升韧性方法所带来的效果 。

在对于控轧的包含铌元素的钢里，进行降低碳元素的含量、提升锰元素的含量这样的发展进程期间，开发出了被给予低碳高锰（0.06%）相变强化钢这个名称的，名为低碳贝氏体钢以及针状α - 钢的钢材。和传统的α珠光体钢相比较而言，这种钢材展现出连续的屈服以及拉伸强度有所提高的特性。虽然碳元素的含量比较低，但是管材成型以后，屈服点却出现一定程度的提高。在屈强比相对较低的钢材当中，快速加工硬化能够超越任何因包申格效应而致使的屈服强度的降低。这种钢材的组织是典型的针状铁素体或者低碳贝氏体。在常规轧制之后，也就是γ晶粒发生相变之后，会同时保持以前那种晶粒的清晰边界。

4.1 低碳贝氏体钢

处在普通轧制状态中时，为了能够达成必要的强度，是可以添加Si、Mn、Cr、Ni以及Mo等元素的，或者是借助正火之后发生的加速冷却，使金相组织里面出现一种粒状组织，其是α-Fe基体这个上面分布有块状或者条状M/A相的结构，把它称呼为粒状贝氏体。要是不采取细化晶粒或者补充回火来充分分解这种粒状贝氏体，对于钢的韧性而言将会产生不利的影响，强韧性是很难兼顾起来的。所以，采用控轧工艺，在通过较低的碳含量维持必要的韧性的同时，还改善了钢的焊接性。

4.2 针状铁素体钢��

要适应高寒地带大口径石油天然气输送管线工程，对材料所提出的高强度要求，以及低温韧性要求、可焊性要求，还有良好成型性要求，于是发展了C-Mn-Mo-Nb系针状铁素体钢也就是AF钢。这种钢在控轧状态下，屈服点能够达到470至530MPa，夏氏冲击功可以达到165J，50%剪切断口的转变温度也就是FATT不低于-60℃。它跟第一代铁素体-珠光体管线钢比较，具备更好的焊接性能，还有抗延性、断裂能力，以及抗天然气中硫化氢腐蚀和氢诱发裂纹性能、抗大气腐蚀性能 。

4.3 超低碳贝氏体钢

通过对控轧工艺予以最佳化，新型超低碳贝氏体钢能够得到具备高密度位错亚结构的均匀细小贝氏体组织，以及拥有高强度、高韧性及可焊性相配合的综合机械性能。低碳贝氏体钢的化学成分得是这样，即便在大断面缓慢冷却情形下，也能够在贝氏体转变区发生相变，进而获取一个高强度。与之相反，在高冷却速度时它不许形成马氏体，除此之外，这种钢必须具备高韧性来防止裂纹形成以及脆性断裂。若能够成功借助恰当的化学成分以及轧制之际的快速冷却，致使γ-α相变之温度下降，那么便能够于600至650℃的温度展开轧制。如此一来，便可借助晶粒细化以及高的位错密度予以进一步强化。为了转变成贝氏体，能够通过添加Mo、B来延迟铁素体以及珠光体转变时间，还能够通过添加Mn、Ni来改变转变温度。Nb具备双重作用，在固溶状态时，可推迟铁素体的形成情况；而处于析出的状况下，通过奥氏体晶粒细化来降低淬透性。V、Ti具有相似然而稍逊一筹的作用。碳当量降低，必然会对马氏体形成起到抑制作用，与高碳贝氏体相较而言，于改善焊接性能以及韧性方面，具备特殊的意义，此时碳含量处于低于0.01%至0.10%的范围，含有低碳贝氏体钢的组织，是由上贝氏体、下贝氏体以及马氏体的混合体构成，此外，当碳含量低于0.10%时，存在另外成分，其名称并不统一，诸如无碳贝氏体、针状铁素体、分解铁素体或者密实铁素体等等，这种组织的特点一般是针状，并且经由不规则晶胞导致大量位错 。这种组织，应与“真正的”贝氏体区分开，因它非奥氏体分解形成，且不含碳化物。与马氏体相反，该组织非经分解过程产生，主要经快速进行的再扩散过程产生。改善上贝氏体组织韧性的方法，还有控制较小的奥氏体晶粒度以及降低碳含量，尽管密实铁素体表现出较高强度，但含有多边形铁素体且含量密实。 但含有多边形铁素体且含量密实 句号。

在晶粒度相同的情况下，具有同样脆性转变温度的是铁素体的钢，含碳约0.10%～0.20%的B-Mo钢其屈服极限约为500MPa，加入铌钒钛并且提高锰含量，能让韧性得到极大改善。

进一步发展的目标是：（1）有一种Mn - Mo - Nb钢，它不含硼，具有一种晶粒极其细的混合组织，该组织由多边形铁素体和密实铁素体构成。在轧制状态下能够得到550至 600MPa的屈服极限，并且还能够通过回火使其进一步提高。回火引发了时效硬化，同时消除了贝氏体组织以及马氏体晶界的应力。（2）有一种钢，其含碳量低于0.01%，锰含量达到5%。通常来讲，脆性转变温度能依据碳含量的降低以及锰含量的提高而得以改善。高的锰含量能够抑制多边形铁素体的形成。在锰单独被用作合金元素的情况下，就会出现脆化现象，这是由于不存在微合金元素所引发的细晶粒硬化作用 。

含低碳贝氏体组织加钼的调质钢，在较薄厚度范围作控轧，其屈服极限能达680MPa，这是可期望的；或者用价格较低的合金元素B去替代部分较贵重合金元素。含低碳贝氏体组织的钢，能与镍合金低温钢竞争，因其能达到极低脆性转变温度。所以，发展的主要着眼点，除掉强度和韧性外，是钢在焊接中和焊接后，或者在振动疲劳负荷条件下的加工和使用特性。含有极低碳贝氏体组织的钢，在处于轧制状态时，其屈服极限能够达到600MPa，而当回火之后，该屈服极限可以达到700MPa。在这种钢之中，存在着起到附加作用的数量众多的亚晶界以及高的位错密度，其金相组织呈现为针状铁素体。

近些年来，东北大学等相关单位，运用Gleeble热模拟实验机这个设备，对实验钢奥氏体高温时的变形行为，还有应变诱发析出行为，以及连续冷却相变行为，展开了研究工作。基于此研究成果，又利用实验轧机，对轧制工艺参数以及冷却工艺参数，针对实验钢力学性能以及显微组织所产生的影响，进行了探究。最终结果显示，借助恰当适宜的控轧工艺以及控冷工艺，能够让实验钢获取到，以细小的贝氏体作为主导构成的显微组织情况，进而达成强度与韧性之间的良好匹配状态。采用奥氏体再结晶工艺，采用奥氏体未再结晶工艺，采用奥氏体加铁素体两相区三段控轧工艺，配合相应压下率后，舞钢试制成功低碳贝氏体钢，即非调制低焊接冷裂纹敏感性钢WDB620 。采用应变诱导轧制，可显著细化铁素体组织。这样能得到晶粒尺寸０.９２μm的超细铁素体组织。经透射电镜分析发现，超细晶铁素体内位错密度较低，并有少量小角度晶界存在。

5 结语 ��

经实践验证，运用控轧控冷工艺技术，乃是制造强度高、韧性佳、可焊性良好且成本低廉钢板的最优方式，把应变诱导轧制技术同常规控轧工艺相融合，能够获取更为理想的超细晶组织。能够借鉴国内外先进的轧制工艺控制手段，对这些新技术予以消化、吸收，可以充分施展控制轧制工艺的优势，在我国现有资源的状况下，研制并开发出高强、高韧性钢板，尤其是低温韧性良好的钢板。