控制軋制、控制冷卻工藝技術-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，在軋制時控制變形量和變形溫度以及軋后按工藝要求來冷卻鋼材。通常將控制軋制工藝分為三個階段，如圖1.1所示[2]：
（1）變形和奧氏體再結(jié)晶同時進行階段，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晶粒細小；
（2）（γ+α）兩相區(qū)變形階段，當軋制溫度繼續(xù)降低到Ar3溫度以下時，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晶粒的進一步細化。
1.2 控制軋制工藝的優(yōu)點和缺點
控制軋制的優(yōu)點如下：1.可以在提高鋼材強度的同時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，其屈服強度σs≤330MPa，-40℃的沖擊韌性Ak≤431J，斷口為95%纖維狀斷口。當鋼中加入微量鈮后，仍然采用普通熱軋工藝生產(chǎn)時，當采用控制軋制工藝生產(chǎn)時，-40℃的Ak值會降低到78J以下，然而采用控制軋制工藝生產(chǎn)時。然而采用控制軋制工藝生產(chǎn)時-40℃的Ak值可以達到728J以上。在通常熱軋工藝下生產(chǎn)的低碳鋼α晶粒只達到7~8級，經(jīng)過控制軋制工藝生產(chǎn)的低碳鋼α晶粒可以達到12級以上（按ASTM標準），通過細化晶粒同時達到提高強度和低溫韌性是控軋工藝的大優(yōu)點。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化作用，其結(jié)果使熱軋鋼材強度提高、韌性變差，因此不少鋼材不得不進行正火處理后交貨。當采用控制軋制工藝生產(chǎn)時，鈮將產(chǎn)生好的晶粒細化和一定程度的沉淀強化，使軋后的鋼材的強度和韌性都得到了很大提高，鈮含量至萬分之幾就很有效，鋼中加入的釩，由于具有一定程度的沉淀強化的同時還具有較弱的晶粒細化作用，因此在提高鋼材強度的同時沒有降低韌性的現(xiàn)象。加入鋼種的鈦雖然具有細化加熱時原始γ晶粒的作用，但在普通軋制條件下鋼中的鈦不能發(fā)揮細化軋制變形過程中γ晶粒的作用，仍然得不到同時提高鋼的強度和韌性的效果，當采用控制軋制工藝生產(chǎn)含鈦鋼時，才能使鋼種的Ti（C,N）起沉淀強化和晶粒細化的雙重作用，如有的文獻中報導控制軋制生產(chǎn)的含鈦鋼的強度75%來自沉淀強化，25%來自晶粒細化。由于有中等程度的晶粒細化效果，鋼的低溫韌性提高?？刂栖堉乒に嚨娜秉c：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，降低軋機的生產(chǎn)率。為此世界各國開始對軋機進行技術改造，采用大負荷軋機，安裝升降輥道，道次間中間冷卻來減少軋制待溫時間，提高軋機生產(chǎn)效率。
1.3 控制冷卻的工藝特點
控制冷卻的優(yōu)點：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，細化室溫組織。軋后控制冷卻能夠降低奧氏體相變溫度，對同一晶粒級別的奧氏體，低溫相變后會使α晶粒明顯細化，使珠光體片層間隔明顯變薄。例如，在800℃終軋的16Mn鋼材，當軋后冷卻溫度從0.5℃/s提高到9.5℃/s時α晶粒平均直徑從12μm細化到7.5μm，σs從360Pa增加到420Pa。3.可以降低鋼的碳當量。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，達到降低碳當量的效果。低的碳當量有利于焊接性能、低溫韌性和冷成型性能，這是當前各國所追求的大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)用鋼材的經(jīng)濟工藝路線。4.道次間控制冷卻可以減少待溫時間，提高軋機的小時產(chǎn)量。在道次間采用控制冷卻，可以精確地控制終軋溫度，減少軋件停下來等待降溫的時間。在控制軋制時，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，雖然補救了一些，但需要增建離線旁路輥道及移送設備，增加了場地和設備。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，開動連軋機架間的冷卻裝置可以使軋機小時產(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
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：1.控制鋼坯加熱溫度。根據(jù)對鋼材性能的要求來確定鋼坯加熱溫度，對于要求強度高而韌性可以稍差的微合金，加熱溫度可以高于1200℃。對于韌性為主要性能指標的鋼材，則必須控制加熱溫度在1150℃以下。2.控制后幾個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。對于微合金鋼要求900~950℃以下的總變形量大于50%，對于普碳鋼通常多道次變形累積達到奧氏體再結(jié)晶。4.要求軋制后的鋼材冷卻速度、開始快冷溫度、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韌性的各種因素整理歸納如表1-1所示
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