控制軋制、控制冷卻工藝技術(shù)-1
1.1 控制軋制工藝
控制軋制工藝包括把鋼坯加熱到適宜的溫度，在軋制時(shí)控制變形量和變形溫度以及軋后按工藝要求來(lái)冷卻鋼材。通常將控制軋制工藝分為三個(gè)階段，如圖1.1所示[2]：
（1）變形和奧氏體再結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行階段，即鋼坯加熱后粗大化了的γ呈現(xiàn)加工硬化狀態(tài)，這種加工硬化了得奧氏體具有促使鐵素體相變形變形核作用，使相變后的α晶粒細(xì)??；
（2）（γ+α）兩相區(qū)變形階段，當(dāng)軋制溫度繼續(xù)降低到Ar3溫度以下時(shí)，不但γ晶粒，部分相變后的α晶粒也要被軋制變形，從而在α晶粒內(nèi)形成亞晶，促使α晶粒的進(jìn)一步細(xì)化。
1.2 控制軋制工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
控制軋制的優(yōu)點(diǎn)如下：1.可以在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)提高鋼材的低溫韌性。采用普通熱軋生產(chǎn)工藝軋制16Mn鋼中板，以18mm厚中板為例，其屈服強(qiáng)度σs≤330MPa，-40℃的沖擊韌性Ak≤431J，斷口為95%纖維狀斷口。當(dāng)鋼中加入微量鈮后，仍然采用普通熱軋工藝生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)采用控制軋制工藝生產(chǎn)時(shí)，-40℃的Ak值會(huì)降低到78J以下，然而采用控制軋制工藝生產(chǎn)時(shí)。然而采用控制軋制工藝生產(chǎn)時(shí)-40℃的Ak值可以達(dá)到728J以上。在通常熱軋工藝下生產(chǎn)的低碳鋼α晶粒只達(dá)到7~8級(jí)，經(jīng)過(guò)控制軋制工藝生產(chǎn)的低碳鋼α晶?？梢赃_(dá)到12級(jí)以上（按ASTM標(biāo)準(zhǔn)），通過(guò)細(xì)化晶粒同時(shí)達(dá)到提高強(qiáng)度和低溫韌性是控軋工藝的大優(yōu)點(diǎn)。2.可以充分發(fā)揮鈮、釩、鈦等微量元素的作用。在普通熱軋生產(chǎn)中，鋼中加入鈮或釩后主要起沉淀強(qiáng)化作用，其結(jié)果使熱軋鋼材強(qiáng)度提高、韌性變差，因此不少鋼材不得不進(jìn)行正火處理后交貨。當(dāng)采用控制軋制工藝生產(chǎn)時(shí)，鈮將產(chǎn)生好的晶粒細(xì)化和一定程度的沉淀強(qiáng)化，使軋后的鋼材的強(qiáng)度和韌性都得到了很大提高，鈮含量至萬(wàn)分之幾就很有效，鋼中加入的釩，由于具有一定程度的沉淀強(qiáng)化的同時(shí)還具有較弱的晶粒細(xì)化作用，因此在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)沒(méi)有降低韌性的現(xiàn)象。加入鋼種的鈦雖然具有細(xì)化加熱時(shí)原始γ晶粒的作用，但在普通軋制條件下鋼中的鈦不能發(fā)揮細(xì)化軋制變形過(guò)程中γ晶粒的作用，仍然得不到同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性的效果，當(dāng)采用控制軋制工藝生產(chǎn)含鈦鋼時(shí)，才能使鋼種的Ti（C,N）起沉淀強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的雙重作用，如有的文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)控制軋制生產(chǎn)的含鈦鋼的強(qiáng)度75%來(lái)自沉淀強(qiáng)化，25%來(lái)自晶粒細(xì)化。由于有中等程度的晶粒細(xì)化效果，鋼的低溫韌性提高?？刂栖堉乒に嚨娜秉c(diǎn)：要求較低的軋制變形溫度和一定的道次壓下率，因此增大了軋制的負(fù)荷。此外由于要求較低的終軋制溫度，大規(guī)格產(chǎn)品需要在軋制道次之間待溫，降低軋機(jī)的生產(chǎn)率。為此世界各國(guó)開(kāi)始對(duì)軋機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，采用大負(fù)荷軋機(jī)，安裝升降輥道，道次間中間冷卻來(lái)減少軋制待溫時(shí)間，提高軋機(jī)生產(chǎn)效率。
1.3 控制冷卻的工藝特點(diǎn)
控制冷卻的優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。利用軋后鋼材余熱，給予一定的冷卻速度控制其相變過(guò)程，從而可以取代軋后正火處理和淬火加回火處理，節(jié)省了二次加熱的能耗，減少了工序， 縮短了生產(chǎn)周期，從而減低了成本。2.可以降低奧氏體相變溫度，細(xì)化室溫組織。軋后控制冷卻能夠降低奧氏體相變溫度，對(duì)同一晶粒級(jí)別的奧氏體，低溫相變后會(huì)使α晶粒明顯細(xì)化，使珠光體片層間隔明顯變薄。例如，在800℃終軋的16Mn鋼材，當(dāng)軋后冷卻溫度從0.5℃/s提高到9.5℃/s時(shí)α晶粒平均直徑從12μm細(xì)化到7.5μm，σs從360Pa增加到420Pa。3.可以降低鋼的碳當(dāng)量。采用軋后控制冷卻工藝有可能減少鋼中碳含量及合金元素加入量，達(dá)到降低碳當(dāng)量的效果。低的碳當(dāng)量有利于焊接性能、低溫韌性和冷成型性能，這是當(dāng)前各國(guó)所追求的大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)用鋼材的經(jīng)濟(jì)工藝路線。4.道次間控制冷卻可以減少待溫時(shí)間，提高軋機(jī)的小時(shí)產(chǎn)量。在道次間采用控制冷卻，可以精確地控制終軋溫度，減少軋件停下來(lái)等待降溫的時(shí)間。在控制軋制時(shí)，為了保證能在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，一般均采用待溫軋制的工藝，待溫軋制延長(zhǎng)軋制節(jié)奏，降低產(chǎn)量。為了少影響產(chǎn)量，采用多塊鋼坯循環(huán)交叉軋制的方法，雖然補(bǔ)救了一些，但需要增建離線旁路輥道及移送設(shè)備，增加了場(chǎng)地和設(shè)備。采用道次間控制冷卻，在保證冷卻均勻的條件下，可以取消待溫和循環(huán)軋制。從而提高產(chǎn)量。如生產(chǎn)3.0mm厚、1000mm寬熱軋板卷時(shí)，開(kāi)動(dòng)連軋機(jī)架間的冷卻裝置可以使軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量從550t增加到720t。
1.4 控制軋制、控制冷卻工藝參數(shù)控制特點(diǎn)
控制軋制和控制冷卻的工藝參數(shù)控制與普通軋制工藝相比具有如下特點(diǎn)：1.控制鋼坯加熱溫度。根據(jù)對(duì)鋼材性能的要求來(lái)確定鋼坯加熱溫度，對(duì)于要求強(qiáng)度高而韌性可以稍差的微合金，加熱溫度可以高于1200℃。對(duì)于韌性為主要性能指標(biāo)的鋼材，則必須控制加熱溫度在1150℃以下。2.控制后幾個(gè)軋制道次的軋制溫度。一般要求終軋道次的軋制溫度接近Ar3溫度，有時(shí)也將終軋溫度控制在（γ+α）兩相區(qū)內(nèi)。3.要求在奧氏體末再結(jié)晶區(qū)域內(nèi)給予足夠的變形量。對(duì)于微合金鋼要求900~950℃以下的總變形量大于50%，對(duì)于普碳鋼通常多道次變形累積達(dá)到奧氏體再結(jié)晶。4.要求軋制后的鋼材冷卻速度、開(kāi)始快冷溫度、快冷終了溫度或卷取溫度，以便獲得必要的顯微組織。通常軋后一冷卻階段冷速要大，二階段冷速要根據(jù)鋼材性能要求不同而不同。現(xiàn)將提高軋制和控制冷卻鋼材強(qiáng)韌性的各種因素整理歸納如表1-1所示
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