1、10 控制軋制和控制冷卻技術的應用10.1 控制軋制和控制冷卻技術在鋼板生產中的應用10.1.1 熱軋帶鋼的控制軋制和控制冷卻5個步驟：加熱中，微合金化元素碳氮化合物的溶解。2)再結晶臨界溫度以下施以大的變形。 3) 微合金化元素碳氮化合物的變形誘導析出延緩再結晶。4)未再結晶并強烈變形的奧氏體發生相變。 5)分配冷卻劑量來控制冷卻和調整所需要的卷取溫度。 圖10-1 熱軋帶鋼機組中的控制軋制參數和作用 圖10-2 熱軋帶鋼機組生產鈮或鈦合金鋼時，各道次總動態再結晶臨界變形率K和總變形率ges的比較 a一相同微合金化元素量的影響；b-典型的微合金化元素含量控制軋制應用實例： （1）生產用車輛的

2、車架結構成分：0.08%C、1.0%Mn、0.12%Ti。工藝：（1）加熱過程，氮化鈦溶解度極小保持析出狀態保證鋼的耐時效性。（2）終軋溫度在約860C；（3）冷卻輥道進行快速冷卻；（4）過冷至600C的卷取溫度。性能：（2）特別高的屈服強度的鋼（最小屈服強度值：700MPa，且冷成型性能應非常好 ）成分：0.08%C，l.3%Mn，0.1%Mo，0.05%Nb、0.18%Ti和0.002%B 工藝： （1）高溫加熱；（2）溫度較低的粗軋過程中，碳化鈦和碳化鈮的變形誘導析出；（3）終軋溫度為850C左右，析出其他的合金碳化物；（4）高的冷卻速度，卷取溫度必須顯著低于貝氏體開始溫度。性能： 圖1

3、0-3 強化機理在高強控制軋制中產生的屈服強度值 1)板坯加熱溫度的降低。 2)粗軋溫度的降低。 3)粗軋板厚度的增加，提高粗軋板帶剪切機功率。 4）兩相區終軋。 5)分級的冷卻速度，低溫卷取。圖10-4 在（+）區的軋制對力學性能的影響1-斷口斷裂的影響；2-位錯密度、析出物和織構的影響3-位錯密度、析出物亞組織的影響圖10-5 卷取溫度對8mm厚熱軋鈦合金帶鋼力學性能的影響圖10-6 卷取溫度對貝氏體或鐵素體-珠光體型熱軋寬帶鋼屈服強度的影響1-貝氏體鋼;2- 鐵素體-珠光體鋼;3-開始形成貝氏體( Bs)10.1.2 中厚板控制軋制及控制冷卻10.1.2.1 不同類型中厚板軋機控制軋制工

4、藝（1） 四輥單機架中厚板軋機控軋工藝:高溫再結晶型和未再結晶型兩階段。再結晶階段：未再結晶階段：終軋溫度：（2） 雙機架中厚板軋機的控制軋制工藝形式：二輥四輥式，三輥四輥式、四輥四輥式 1) 二輥四輥式中厚鋼板軋機的控制軋制工藝舉例：2800二輥四輥式：控制軋制工藝：（a）粗軋終了溫度： 道次壓下率： 總壓下率：（b）四輥精軋機分成兩個階段：部分再結晶的上限范圍軋制，道次壓下率： 軋制溫度：未再結晶區軋制，道次壓下率： 軋制溫度： 終軋溫度：（c）軋后采用控制冷卻，快冷終止溫度650。 2) 2350三輥四輥雙機架中厚板軋機的控制軋制工藝舉例：16MnR容器鋼板：成分：0.140.18C；1

5、.301.60Mn；0.30.6Si；0.010S；0.025P；0.010.03Ti。 三種控軋工藝比較：高溫奧氏體再結晶型控軋與軋后快速冷卻配合工藝； 高溫奧氏體再結晶型與奧氏體未再結晶型(低溫終軋)工藝；高溫奧氏體再結晶型與高溫多道次小變形(不發生再結晶)工藝與軋后控制冷卻工藝相配合。性能：圖10-14 母材的裂紋頂端張開位移COD(R)與裂紋尺寸增長量a關系圖10-15 母材及焊縫R的曲線比較10.1.2.2 典型專用鋼板所采用的控制軋制和控制冷卻工藝（1）鍋爐用中厚鋼板的控制軋制和控制冷卻工藝 20g，16Mng：特點：1）加熱溫度不應過高。總變形量75%時，加熱溫度對原始奧氏體粗化

6、影響鐵素體晶粒的作用減弱；2）鋼中S含量對常溫沖擊值有明顯影響。表10-2 20g鍋爐鋼板控制軋制和控制冷卻工藝 表10-3 16Mng鍋爐鋼板控制軋制和控制冷卻工藝(S含量0.025)（2）壓力容器用中厚鋼板的控制軋制和控制冷卻 碳素鋼容器板和低合金容器板:出爐溫度1150；高合金鋼容器板的板坯出爐溫度為1200。10.1.3 熱軋雙相鋼的控制軋制和控制冷卻10.1.3.1 雙相鋼的組織、性能特點、生產方法雙相鋼：特點：性能上：（1）很低的屈強比； （2）很大的冷加工硬化，特別是在小變形量時；（3）很高的斷裂延伸率，特別是均勻延伸率。工藝上：（1）成型性；（2）焊接性；（3）耐腐蝕性。生產方

7、法：1）熱處理雙相鋼；2）熱軋雙相鋼。10.1.3.2 熱軋雙相鋼的控制軋制和控制冷卻（1） 鋼的成分對雙相鋼性能的影響碳： 對強度、屈強比及塑性的影響。硅：具有排碳作用。錳：提高淬透性，導致屈強比降低 。（2） 控軋控冷工藝參數對雙相鋼組織性能的影響 1)終軋溫度的影響圖10-16 終軋溫度和卷取溫度對雙相鋼性能的影響 2) 卷取溫度對雙相鋼性能的影響 圖10-16 終軋溫度和卷取溫度對雙相鋼性能的影響10.14. 連鑄連軋理論與應用10.1.4.1 五種典型工藝圖工藝1：連鑄坯直送軋制工藝(Continuous castin-Hot direct rolling，即CCHDR)。特點：工藝

8、2： “熱送軋制”工藝(HotChargeRolling，簡稱HCR)。特點：工藝3：特點： 工藝4：特點：工藝5：“冷裝爐”軋制工藝(即ColdCharge-Rolling，簡稱CCR)。連鑄連軋組織轉變特點： （1）鑄坯冷卻強度大，晶粒細、均勻，板坯的微觀偏析分布更均勻。 （2）原始晶粒尺寸結構與傳統有所不同 傳統冷裝：重結晶過程，細化的奧氏體組織。直軋工藝：相對粗大的原始奧氏體晶粒。混晶組織： （3）合金元素的溶解量和作用效果不同（4）薄板坯連鑄連軋軋制過程的熱脆（5）必要的總變形量及變形規程的安排(總變形量、奧氏體細化變形量和奧氏體強化變形量)。10.4.1.2近終形連鑄的開發及其特點

9、最終目標：盡量提高與成品軋材尺寸和形狀接近的連鑄坯，以減小壓力加工實施的塑性壓縮量。兩大類：薄板坯和長材連鑄連軋。 （1）連鑄連軋的生產特點 1)生產周期短；2)占地面積少；3)固定資產投資少；4)金屬的收得率高； 5)鋼材性能好；原因：6)能耗少，能耗僅為常規生成方式的3545；電耗僅為常規流程的8090；生產成本降低2030； 7)工廠定員大幅降低。連鑄連軋的必要條件：無缺陷坯的生產技術和在線離線協調一致性。（2）薄板坯連鑄連軋（3）長材連鑄連軋1） EWR技術焊接無頭軋制 EWR(Endless Welding Rolling)屬于柔性連接形式的生產技術 。2） ECR技術無頭連鑄連軋E

10、CR(Endless Casting Rolling)屬于剛性連接形式的連鑄連軋生產技術。 10.1.4.3 薄板坯連鑄連工藝與設備參數分析（1）薄板坯厚度的選擇表10.2 薄、中、厚板坯3種連鑄工藝的特性連鑄工藝薄板坯連鑄中板坯連鑄厚板坯連鑄鑄坯厚度/mm結晶器類型鑄速/mmin-1軋制線主要設備品種質量投資40-70漏斗型高，最大6.0精軋（4-6機架）以低碳鋼為主較低（表面質量較差）小90-150平行板型中，最大5.0粗軋1-2機架+卷取精軋4-6機架與傳統工藝相當與傳統工藝相當中200-300平行板型低，最大2.5粗軋1-3機架，精軋7機架多高大1）不同工藝與產品厚度關系2）產品規格的

11、市場需求3）設備與產品花色的關系（2）壓縮比（3） 連鑄坯的加熱1)隧道式輥底加熱爐加熱爐爐子長約150200m，有緩沖功能。爐內輥道速度可分段控制，輸入端輥道速度最低，以適應連鑄速度較低的特點；中部和末端速度較高，有利于鋼坯快速通過；出爐段輥道速度則與F1速度相匹配。 圖10-16 薄板坯連鑄連軋產品與傳統熱軋產品的性能比較1-20個普通帶卷的平均值；2-20個CSP帶卷的平均值2)感應加熱ISP技術(Inline Strip Production)是在加熱爐中采用排列在輥道上的一組感應線圈進行感應加熱。在長為1820m的爐中，大約每米設置一個感應線圈，改變線圈中電流的強度可以控制加熱速度，

12、而改變電流的頻率，則可以調節對鋼坯的加熱深度。最大加熱效率達到70，帶坯感應加熱溫升可達到1050l100C，有非常靈活的控制加熱和均熱段。 （4） 軋件寬度的在線調整在線調寬自動控制AWC(Automatic Width Control)；液壓寬度自動控制HAWC(Hydraulic Automatic WidthControl)立式軋機。（5）無相變加熱對產品組織的影響影響：1）；2）；3）對合金鋼的影響。（6）軋制線軋機數量與軋制負荷特點常規熱帶工藝下精軋機組的壓下率：Fl=4050，F2=4045，F3=3540，F4=3040，F5=2535，F6=2028，F7=1015。連鑄連軋

13、工藝精軋機組的壓下率：Fl=4050，F2=55，F3=65，F4=50。大壓下量、高剛度軋機是薄板坯連鑄連軋工藝的特點之一。 （7）半無頭軋制半無頭軋制工藝：將幾塊中間坯焊接在一起，然后通過精軋機進行連續軋制。在進入卷取機之前，用一臺高速飛剪將其分切到要求的卷重。作用：1)有利于生產超薄帶鋼和寬而薄的帶鋼，拓寬產品大綱；2)穩定軋制條件以利于產品質量；3)消除了與穿帶和甩尾的麻煩；4)顯著提高了軋機的作業率和金屬收得率。（8）鐵素體軋制傳統熱軋工藝：精軋溫度在Ar3以上 ，不可進入兩相區軋制，否則，帶來如下問題：1）帶材的跑偏和板形缺陷；2）。引起帶鋼機械性能不均勻和最終產品的厚度波動 。鐵

14、素體軋制優點：1）軋制力低；2）減少了氧化鐵皮的產生和工作輥的磨損，提高了帶鋼表面質量；3）降低了輸出輥道上冷卻水的消耗。10.1.4.5 薄板坯連鑄連軋生產線的配置典型的薄板坯連鑄連軋生產線工藝流程：鋼水中間包結晶器二冷區飛剪機均熱爐高壓水除鱗（立輥軋邊機）（粗軋機組）保溫爐高壓水除鱗精軋機組近距離卷取機層流冷卻遠距離卷取機打包入庫。（1）只有精軋機的薄板坯連鑄連軋生產線兩條生產線的區別：這種配置線鑄坯厚度約為50-70mm，設計年產量多在150萬t，產品最小厚度1.0mm。（2）單流連鑄機與粗精機組的薄板坯連鑄連軋生產線配置連鑄坯厚度大多數為70-90mm，設計年產量多在150萬t，產品最

15、小厚度0.8-1.2mm。(3) 雙流連鑄機與粗、精軋機組的薄板坯連鑄連軋生產線配置設備具有強大的軋制壓力，允許采用厚度較大的鑄坯，或者可以用于軋制難變形產品，如鐵素體溫度區軋制等產生高軋制力的產品。由于生產線采用雙流連鑄機配置，年產量可高達250萬t。（4）步進式加熱爐布置的薄板坯連鑄連軋生產線緩沖時間的大小取決于步進爐內鋼坯的存放量，一般設計上可以考慮緩沖時間取1.5-2.0h。（5）單流單機座爐卷軋機(TSP)適合多品種、低投資為目的的配置方式。采用單機座爐卷軋機，鑄坯厚度為50-70mm，最小產品厚度1.5mm，設計年產量為50萬t。最大缺點：帶鋼表面粗糙度不好 。（6）無頭連鑄連軋(

16、ECR)工藝生產線的理想配置10.1.4.6 CSP熱帶性能與精度(1) 性能性能差異的原因：1)鑄坯在連鑄機內的冷卻過程鋼水的過冷度大。2)電磁攪拌和液芯壓下技術的采用。3)在薄板坯連鑄連軋生產線上，軋制過程溫差造成的帶鋼性能差基本上被消除。4)連軋機組許用軋制力明顯的大于常規熱帶連軋機組，因而采用的道次變形量也明顯地大于常規軋機，因而成品帶鋼的組織就更均勻，晶粒更細化。(2) 帶鋼厚度和板形精度10.2 控制軋制控制冷卻在線棒材生產中的應用特點： （1）變形量變化范圍小。 （2）調整空延時間余地小。控溫軋制控制軋制的兩種類型：（1）奧氏體再結晶型和未再結晶型兩階段的控軋工藝。加熱溫度；粗軋

17、；中軋。（2）奧氏體再結晶型、未再結晶型和兩相區軋制的三階段的控軋工藝。粗軋；中軋。 連續小型棒材控制軋制時軋制表和冷卻段布置C14水冷段；C5、C6附加水冷段（與鋼種有關）10.2.1 低溫軋制目的：技術要點：加熱溫度和粗軋工序。中軋機組與精軋機組。軋件的冷卻強度必須在計算機控制下完成。（1）開軋溫度 鋼坯出加熱爐溫度不低于950。（2） 粗、中軋工序 粗、中軋采用型控制軋制工藝。（3）精軋工序 根據軋制鋼種的不同， 精軋可采用型控制軋制或兩相區控制軋制，統稱為低溫精軋工藝。應注意的問題：（1）低溫精軋變形率（2）低溫精軋前軋件的均溫 圖10-21軋件表面及芯部溫降示意圖1-芯部溫度; 2-

18、1/4層溫度; 3-表面溫度（3）低溫精軋道次安排（4）低溫精軋適合的產品范圍 大于40mm的棒材不適于進行低溫精軋。（5）低溫精軋的溫度范圍鋼種溫度范圍 未再結晶軋制兩相區軋制低碳鋼880920800850中碳鋼860900800850高碳鋼850900750800齒輪鋼850900780850冷鐓鋼850900780850軸承鋼850900 巴西AFP廠低溫精軋工藝的溫度范圍10.2.2 高精度軋制存在兩個矛盾： （1）為保證尺寸的高精度，在減定徑軋制時需要采取相對小的變形量。(a)(b)(c)（2）為充分發揮控冷的效果，控軋必須采用相對大的變形量。 解決方法：晶粒度的差別不到1級，而且不

19、存在粗大晶粒。圖10-24三輥減定徑機組上控制軋制后的組織10.2.3 控制冷卻在小型棒材生產中的應用 在線熱處理：優點：10.2.3.1 棒材表面淬火及自回火工藝，“QTB (Quenched and Tempered Bar) ”或“QTR (Quenched and Tempered Rod) ”定義：優點：工藝過程：(1)淬火階段：(2) 回火階段： 圖1 Tempeore(表面預先淬火)工藝及其與CCT曲線的關系(3) 最終冷卻階段：冷床上完成。關鍵工藝參數：終軋溫度，淬火時間，水的流量或者壓力。 最終棒材產品的機械性能取決于：表面馬氏體環形面積與總斷面面積之比；回火馬氏體機械性能；

20、心部的組織形態。 回火馬氏體的性能取決于：棒材化學成分和回火溫度。 影響最終棒材性能的因素：（1）加熱溫度的影響：（2）變形速度的影響：（3）終軋溫度及變形量的影響：（4）冷卻工藝條件的影響： 未再結晶：延長時間，可能發生部分再結晶。 完全再結晶：應盡量縮短這一段時間。自回火溫度直接與產品的屈服強度有關。鋼筋表面回火馬氏體層的屈服強度決定于鋼筋的化學成分和自回火溫度。 合適的自回火溫度范圍：圖10-26 回火溫度對軋后余熱處理力學性能的影響（5）棒材參數的影響： 1）棒材規格的影響： 大規格棒材：表層全部是回火索氏體，心部是珠光體加鐵素體，并有明顯的索氏體、珠光體和鐵素體的過渡層。 小規格棒材

21、：淬透層以回火索氏體為主，偶爾有少量回火馬氏體，心部以鐵素體、珠光體為主，沒有明顯的過渡層。 2）化學成分的影響： C含量，Ms ，回火馬氏體厚度減薄，屈服強度。 Ms對調質邊緣層厚度和力學性能的影響成分溫度/直徑/mm冷卻條件力學性能C:0.2%，Mn:1.2%44026冷卻時間1.20s水流量：950m3/hs705Mpa,b790Mpa, 517.5%C:0.3%，Mn:1.5%，Cr:0.17%350s675Mpa,b870Mpa, 518.5% Mn、Mo、Cr： V、Nb：圖10-27 微量元素對軋后余熱處理TC55屈服強度的影響1-鋼種I：0.15%Cr；0.15%Ni；0.06

22、%Mo2-鋼種II：0.05%Cr；0.06%Ni；0.02%MoC當量=C+1/6Si+1/5Mn10.2.3.2 棒材軋后余熱處理冷卻裝置 套管式：湍流管式，又稱為文氏管：圖10-28 湍流管式冷卻器結構示意圖1-入口嘴；2-帶空氣剝離器的預冷箱；3-第一組噴頭；4-第二組噴頭；5-中間管；6-無壓回水；7-回水箱；8-偏轉箱；9-供高壓水；10-壓縮空氣用于水的偏轉；11-文氏管元件10.2.3.3 幾種典型的控軋控冷工藝及設備配置 （1） 精軋機組前、后及機組內設置水冷裝置 精軋機組前、后及機組內設置水冷裝置1-中軋機; 2-精軋前水箱; 3-飛剪; 4-精軋機;5-精軋間水箱; 6-

23、精軋機; 7-精軋后水箱 適合于生產優質合金鋼材， 生產操作靈活， 易于實現兩相區控制軋制(又稱熱機軋制) ， 缺點是生產線長。（2）精軋機組前、后設置水冷裝置 適合于生產優質合金鋼材， 生產線長度較前一種型式短， 但生產操作沒有其靈活。精軋機組前、后設置水冷裝置1-中軋機; 2-精軋前水箱; 3-飛剪;4-精軋機; 5-精軋后水箱（3） 精軋機組為減定徑機及其前后設置水冷裝置 適合于生產高精度優質鋼材，特點是生產所有規格產品均經過減定徑機組，大大簡化了粗中軋孔型系統，提高了軋輥共用性，減少了換輥及備輥數。精軋機組為減定徑機及其前后設置水冷裝置1-中軋機; 2-減徑機前水箱; 3-飛剪;4-減徑機; 5-定徑機; 6-定徑機后水箱（4）精軋機組為三輥軋機及其前、后設置水冷裝置 適合生產高精度優質鋼材，通過調整三輥軋機輥縫改變產品尺寸，大大簡化了粗中軋孔型系統，提高了孔型共用性。產品尺寸精度高，缺點是軋機投資稍大。 精軋機組為三輥軋機及其前