钢材的控制轧制苏妩材料成型及控制工程12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 controlled cooling 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 cooling.1. 引言：20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，己 经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。
20世纪20年代起开 始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能 控制的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌， 而且还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技术已成熟，理论进展发展迅速2. 控制轧制的阶段：2.1控制轧制的阶段划分通常将控制轧制分为3个阶段：奥氏体再结晶阶段(>1 000°C)在这一温度范围内，奥氏体变形和再结晶同 时进行，因再结晶而获得的细小奥氏体晶粒,将导致铁素体晶粒的细化奥氏体非再结晶阶段(950C~Ar3)在这一温度范围内，形变使奥氏体晶粒被 拉长,在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金 碳、氮化物因应变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒Y +a )两相区轧制阶段(Ar3〜Ar1)在这一温度范围内，奥氏体和铁素体均 发生变形,形成亚结构亚晶强化使强度进一步提高实践表明，非再结晶区变形 突破了再结晶区所能达到的奥氏体晶粒尺寸极限，在一定的变形量下,非再结晶 的晶粒细化也会达到某一极限,这一极限只有通过两相区变形才能突破。
3. 控制轧制的主要工艺轧制的主要工艺参数有:加热温度、加热时间、开轧温度、轧钢的变形量、精轧 开轧温度、中间坯厚度和终轧温度3.1加热温度加热温度对Nb、V在奥氏体中的固溶量有很大的影响，在Nb、V能固溶的范 围内尽量采用低温加热，使高温奥氏体晶粒不致于粗化,从而改善韧性若加热温 度过低，将存在部分未溶微合金碳氮化物，由于颗粒大于1000,不可能产生抑制 奥氏体再结晶的作用适当提高再加热温度,使微合金元素的固溶量增加从而提 高钢的强度和有效提高奥氏体的再结晶终止温度若再加热温度过高，则会使原 始奥氏体晶粒粗化,从而使相变后的铁素体晶粒更粗大，不利于钢的韧性另外， 板坯在炉加热时间对管线钢的探伤合格率有一定的影响3.2轧钢的变形量轧钢过程中存在再结晶区域、部分再结晶区域和未再结晶区域为了细化铁 素体晶粒，在Y再结晶区进行多道次大变形量(每道次变形量必须大于再结晶临 界变形量)高温粗轧，通过形变/再结晶反复进行使奥氏体晶粒充分细化；同时还 须保证粗轧结束时处于完全再结晶区，不能进入部分再结晶区，以免产生混晶组 织根据变形温度可知，此时变形处在部分再结晶区，奥氏体再结晶数量急剧增 加同时变形量的增加使晶粒变形加剧，晶粒因发生畸变增加了储存能，发生再结 晶时形核的驱动力增加，促进了再结晶的发生，使奥氏体晶粒更加细小，并最终获 得细小的铁素体晶粒。
在Y未再结晶区精轧时必须保证较大的累积变形量，这样才可使奥氏体晶粒 充分压扁，在拉长的奥氏体晶粒内产生高密度的形变孪晶和形变带，同时微合金 元素的碳氮化物因应变诱导析出，从而为铁素体转变提供更多的有利形核位置因此，在Y未再结晶区轧制时累积变形量越大，轧后铁素体晶粒的细化效果越好, 改善钢综合性能的效果越显著3.3中间坯厚度Y再结晶区轧制结束后板坯待温时的厚度称为中间坯厚度适当增加中间坯 厚度,可增大Y再结晶温度以下时的累积变形量（即精轧累积变形量），使变形奥 氏体晶粒内部的形变能和形变缺陷增多,从而有利于提高相变驱动力，减少带状 区域相变温度差,减小相变的不同时性，有利于铁素体均匀形核，最终使晶粒细化 并减少带状组织，进一步改善钢的综合性能适当地增加中厚板轧件的中间坯厚 度，致使表层奥氏体组织在低温时发生大变形,加上机架间除鳞高压水冷却、轧件 与传送辊、轧辊的接触导热可快速降低表层组织的温度，促使表层组织发生应变 诱导相变,在适当条件下可实现表层组织的超细晶化在轧制过程中轧件表层组 织硬化使其变形抗力逐渐增大，有利于变形向心部渗透，从而细化表层以下材料 的晶粒，进而实现内部组织的细晶化。
4. 材棒材中的应用：4.1高的冷却速率和低的终冷温度在管线钢控制轧制和控制冷却的诸多工艺参数中，冷却速率和终冷温度至为 重要随着高强度管线钢的开发，高的冷却速率和低的终冷温度已成为管线钢控 制冷却中的关键技术4.2高的冷却速率和低的终冷温度的主要作用表现在：通过高的冷却速率和低的终冷温度的实施，可使管线钢获得细小的针状铁素 体或贝氏体组织，从而达到高强韧的目的冷却速率和终冷温度对管线钢强韧性 的影响可以看出，随着冷却速率的提高和终冷温度的降低，可提高管线钢的强韧 特性在加速冷却中较高的冷却速率不仅有利于通过相变强化获得高强度,而且有 利于通过细化相变的显微组织获得高韧性，因而可采用合金含量较低的材料达到 高的强韧要求由于冷却速率的增加可降低管线钢的合金加入量,因而不仅降低 了钢材的成本，还有利于钢材冶金性能和焊接性的提高随着海洋管线和大变形管线的发展，对管线钢的壁厚提出了要求采用高的 冷却速率，可使厚钢板温度的离散性小,组织和力学性能均匀一般认为，大于 30°C/s的冷却速率对厚板的均匀性是有利的4.3双相组织的控轧、控冷技术大变形管线钢是近年来油气管线钢的一个重要发展方向大变形管线钢的主 要性能特点是在保证高强韧性能的同时具有低的屈强比、高的均匀塑性变形伸长 率和高的形变强化指数。
大变形管线钢的基本组织特征是双相组织这种双相组 织可通过低C、超低C的多元微合金化设计和特定的控轧、控冷技术获得大变形管线钢双相组织通常有贝氏体+铁素体(B+F)和贝氏体+马/奥岛(B+M/A)两类4.4超细晶粒的控轧、控冷技术为获取超细晶粒,在传统的控轧、控冷技术的基础上，近年来开发出形变诱导 铁素体相变(DIFT)技术和驰豫-析出-控制相变(RPC)技术5在中厚板中的应用中厚钢板“微合金化+控轧控冷”的生产工艺是一种先进的优质中厚钢板生 产工艺，可以取代多种钢板的“热轧+离线热处理”传统生产工艺,有效降低生产 成本,是生产高强度、高韧性优质钢板的工艺发展方向5.1坯料加热钢坯加热温度的高低影响轧制前原始奥氏体晶粒的大小，从而影响钢材抗脆 性断裂的能力为了使控轧控冷工艺生产的钢材具有良好的综合力学性能，要求 钢坯加热温度应控制在1 100〜1 250°C考虑到二轧厂轧机主电机能力偏小，在 这个温度范围轧制将很困难，为此将钢坯的加热温度定为1 150〜1 280C，在实 际生产过程中根据轧制的温度情况在这个范围内进行调节正常情况下采用双炉 模式生产，加热时间和保温时间都足够长,可使钢坯加热均匀。
5.2坯料除鳞加热后坯料经除鳞箱进行初次除鳞，轧制时再根据板面情况利用机前机架间 的高压水喷管进行二次除鳞，保证钢板表面质量良好,高压水压力应N15 MPa5.3控制轧制根据热轧过程中变形奥氏体再结晶状态和相变机制的不同，一般将控制轧制 划分为三个阶段:在奥氏体再结晶区的控制轧制一一奥氏体再结晶型控制轧制； 在奥氏体未再结晶区的控制轧制一一奥氏体未再结晶型控制轧制;在奥氏体和铁 素体两相区的控制轧制一一两相区控制轧制在再结晶区轧制时，为控制变形奥 氏体的再结晶数量，应尽可能达到完全再结晶，在设备能力许可的条件下，在高温 区采取尽可能大的道次压下量，提高道次变形量(一般要求N15%〜20%,最小N 10%),以增加奥氏体的再结晶数量，细化晶粒在未再结晶区轧制时，钢不发生奥 氏体再结晶过程，变形使奥氏体晶粒拉长、压扁，并在晶粒内形成变形带变形奥 氏体的晶界是奥氏体向铁素体转变时优先形核的部位，被拉长的奥氏体晶粒将阻 碍铁素体晶粒长大随着变形量加大，晶体内变形带数量增多，在晶体内的分布也 更加均匀，这些变形带也提供相变时的形核地点，因而相变后的铁素体更加细小 均匀两相区轧制时,变形使奥氏体晶粒继续拉长，在晶粒内部形成新的滑移带， 并在这些部位形成新的铁素体晶核。
而变形又使先析出铁素体晶粒内部形成大量 位错,这些位错在高温形成亚结构，亚结构使强度提高，脆性转变温度降低在两 相区轧制，亚结构是引起强度迅速提高的主要原因为保证钢板的性能达到标准 要求，提高生产效率,作业过程中采取如下的工艺措施：轧制过程中打开轧机机架间的中压冲淋水喷管对钢板冲水加强降温,适当增 加初轧的轧制道次，采用高温快轧的方法,使奥氏体晶粒细化；钢板轧制到厚度20〜25mm左右，温度1 000〜1 050°C时,对其喷打机架间高 压水若干次,使钢板温度迅速降到950C以下；控制最后三道次的轧制温度和累计压下量，使其在奥氏体未再结晶区轧制的 累计变形量N40%第二组钢板用两块交叉轧制的方法生产，第三组钢板用链式交 叉轧制的方法生产，两者都是先在奥氏体再结晶区把钢坯轧制到等温厚度，然后 把等温中间坯放到机后或机前的延伸辊道上进行降温等候，同时轧制另一块钢板, 从而避免在奥氏体部分再结晶区轧制,待等温中间坯的温度降到奥氏体未再结晶 区时再对其进行奥氏体未再结晶型控制轧制，终轧温度控制在830〜920C,进行 的是“奥氏体再结晶区+奥氏体未再结晶区”两阶段控制轧制6.提高控制轧制的途径和方法6.1交叉轧制各个轧制阶段都有一定的开轧温度和终轧温度。
因此，各阶段之间都有一个. 中间冷却待温的问题中伪冷却时间的长短主要取决于轧件的中间厚度，中间厚 度愈大，轧件在辊道上放置的时间就愈长轧机只轧制一块板坯时，轧件的中间 冷却待温会造成轧机产量较大的下降如果在轧件中间冷却期间，让轧机轧制其 它轧件，那显然会提高轧机的产量根据鞍钢厚板厂轧制线条件和板坯的情况， 提出三种交叉轧制方案总之，采用交叉轧制，就在于充分地利用轧件的中间冷却时间，让轧机轧制 另外的轧件，达到提高轧机产量的目的6.2缩短中间冷却时间为了缩短轧件中间冷却时间，结合二期工程还要增设精轧机的条件，在粗轧 机后设置一喷淋冷却装置，由于轧机后设置喷淋冷却装置，同样的待冷轧件，轧 件在轧机前和轧机后的中间冷却时间会有所不同据此，我们给出了两块钢板的 两阶段交叉轧制方法这种方法的要点是要使轧件在轧机前的中间冷却时间大于 精轧时间这种方法适合于较厚产品的生产，轧件在轧机后，可根据实际需要确 定轧件的喷水时间，以保证轧制节奏协调，从而达到提高产量的目的待将来安 装精轧机后，实现多块钢板的控制轧制，喷淋冷却在缩短轧件中间冷却时间方面 就会显示出其重要作用6.3控轧控冷控制冷却是一种利用钢材轧后余热进行热处理的操作。
分为直接淬火和加速 冷却两种在中厚板轧制线上可设置直接淬火和加速冷却两种装置，或设置多功 能冷却装置，由于它们具有不同的冷却速度和冷却能力，便可生产出所要求机械 性能的轧材前面已指出，控制轧制与控制冷却都是细化铁素体晶粒的重要方法但控制 轧制，特别是三阶段轧制，由于轧制温度低，再加上两次中间冷却，对轧机产量 影响很大如果采用两阶段轧制，配以加速冷却，同样可以生产出满足性能要求 的钢材，这既减轻了轧机负荷，又提高了产量用加速冷却方法处理钢板时，一定要控制钢板冷却开始温度、冷却速度和冷 却终止温度，使之形成铁素体和岛状贝氏体复合组织，同时要防止生成不利于韧 性的马氏体组织还要保证处理的钢板冷却均匀，以免造成瓢曲，只有钢板在宽 度、长度和厚度方向上达到均匀冷却，才能保证钢板的性能均匀总之，控制轧制与控制冷却对轧材组织各有不同作用，两者可以互为条件 相互补充，达到提高产品性能的目的控制轧制与控制冷却相结合，可以减轻轧 机负荷，提高产量提高终轧变形率，可使第二阶段轧件开轧厚度减小，达到提高产量的目的 在保证总压缩比的条件下，还可用较薄板坯，减小总的压下量，以便提高轧机的 产量总结.本文总结了控制轧制的主要阶段，主要参数以及控制轧制棒材以及中厚 板中的应用，并且阐述了提高控制轧制的途径和方法。
参考文献：1. 《管线钢的控轧控冷技术及其研究进展》高惠临2. 《合金元素和控轧控冷工艺在管线钢研制中的应用》丁文华3. 《控轧控冷工艺在2 500 mm中厚板生产线上的应用》黄远坚王学志4. 《单机架中厚板轧机的控轧控冷生产》钱振声（鞍钢设计研究院）5. 《中厚钢板控轧控冷技术综述》陈瑛6. 《控轧控冷工艺对低碳贝氏体钢组织性能的影响》李国彬7. 《控轧控冷技术的发展及在钢管轧制中应用的设想》王国栋。