控制轧制和控制冷却技术的应用课件.pptx
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10控制轧制和控制冷却技术的应用,10.1控制轧制和控制冷却技术在钢板生产中的应用10.1.1热轧带钢的控制轧制和控制冷却5个步骤:
加热中,微合金化元素碳氮化合物的溶解。
2)再结晶临界温度以下施以大的变形。
3)微合金化元素碳氮化合物的变形诱导析出延缓再结晶。
4)未再结晶并强烈变形的奥氏体发生相变。
5)分配冷却剂量来控制冷却和调整所需要的卷取温度。
图10-1热轧带钢机组中的控制轧制参数和作用,图10-2热轧带钢机组生产铌或钛合金钢时,各道次总动态再结晶临界变形率K和总变形率ges的比较a一相同微合金化元素量的影响;b-典型的微合金化元素含量,控制轧制应用实例:
(1)生产用车辆的车架结构成分:
0.08%C、1.0%Mn、0.12%Ti。
工艺:
(1)加热过程,氮化钛溶解度极小保持析出状态保证钢的耐时效性。
(2)终轧温度在约860C;(3)冷却辊道进行快速冷却;(4)过冷至600C的卷取温度。
性能:
(2)特别高的屈服强度的钢(最小屈服强度值:
700MPa,且冷成型性能应非常好)成分:
0.08%C,l.3%Mn,0.1%Mo,0.05%Nb、0.18%Ti和0.002%B工艺:
(1)高温加热;
(2)温度较低的粗轧过程中,碳化钛和碳化铌的变形诱导析出;(3)终轧温度为850C左右,析出其他的合金碳化物;(4)高的冷却速度,卷取温度必须显著低于贝氏体开始温度。
性能:
图10-3强化机理在高强控制轧制中产生的屈服强度值,1)板坯加热温度的降低。
2)粗轧温度的降低。
3)粗轧板厚度的增加,提高粗轧板带剪切机功率。
4)两相区终轧。
5)分级的冷却速度,低温卷取。
图10-4在(+)区的轧制对力学性能的影响1-断口断裂的影响;2-位错密度、析出物和织构的影响3-位错密度、析出物亚组织的影响,图10-5卷取温度对8mm厚热轧钛合金带钢力学性能的影响,图10-6卷取温度对贝氏体或铁素体-珠光体型热轧宽带钢屈服强度的影响1-贝氏体钢;2-铁素体-珠光体钢;3-开始形成贝氏体(Bs),10.1.2中厚板控制轧制及控制冷却10.1.2.1不同类型中厚板轧机控制轧制工艺
(1)四辊单机架中厚板轧机控轧工艺:
高温再结晶型和未再结晶型两阶段。
再结晶阶段:
未再结晶阶段:
终轧温度:
(2)双机架中厚板轧机的控制轧制工艺形式:
二辊四辊式,三辊四辊式、四辊四辊式1)二辊四辊式中厚钢板轧机的控制轧制工艺举例:
2800二辊四辊式:
控制轧制工艺:
(a)粗轧终了温度:
道次压下率:
总压下率:
(b)四辊精轧机分成两个阶段:
部分再结晶的上限范围轧制,道次压下率:
轧制温度:
未再结晶区轧制,道次压下率:
轧制温度:
终轧温度:
(c)轧后采用控制冷却,快冷终止温度650。
2)2350三辊四辊双机架中厚板轧机的控制轧制工艺举例:
16MnR容器钢板:
成分:
0.140.18C;1.301.60Mn;0.30.6Si;0.010S;0.025P;0.010.03Ti。
三种控轧工艺比较:
高温奥氏体再结晶型控轧与轧后快速冷却配合工艺;高温奥氏体再结晶型与奥氏体未再结晶型(低温终轧)工艺;高温奥氏体再结晶型与高温多道次小变形(不发生再结晶)工艺与轧后控制冷却工艺相配合。
性能:
图10-14母材的裂纹顶端张开位移COD(R)与裂纹尺寸增长量a关系,图10-15母材及焊缝R的曲线比较,10.1.2.2典型专用钢板所采用的控制轧制和控制冷却工艺
(1)锅炉用中厚钢板的控制轧制和控制冷却工艺20g,16Mng:
特点:
1)加热温度不应过高。
总变形量75%时,加热温度对原始奥氏体粗化影响铁素体晶粒的作用减弱;2)钢中S含量对常温冲击值有明显影响。
表10-220g锅炉钢板控制轧制和控制冷却工艺,表10-316Mng锅炉钢板控制轧制和控制冷却工艺(S含量0.025),
(2)压力容器用中厚钢板的控制轧制和控制冷却碳素钢容器板和低合金容器板:
出炉温度1150;高合金钢容器板的板坯出炉温度为1200。
10.1.3热轧双相钢的控制轧制和控制冷却10.1.3.1双相钢的组织、性能特点、生产方法双相钢:
特点:
性能上:
(1)很低的屈强比;
(2)很大的冷加工硬化,特别是在小变形量时;(3)很高的断裂延伸率,特别是均匀延伸率。
工艺上:
(1)成型性;
(2)焊接性;(3)耐腐蚀性。
生产方法:
1)热处理双相钢;2)热轧双相钢。
10.1.3.2热轧双相钢的控制轧制和控制冷却
(1)钢的成分对双相钢性能的影响碳:
对强度、屈强比及塑性的影响。
硅:
具有排碳作用。
锰:
提高淬透性,导致屈强比降低。
(2)控轧控冷工艺参数对双相钢组织性能的影响1)终轧温度的影响,图10-16终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响,2)卷取温度对双相钢性能的影响,图10-16终轧温度和卷取温度对双相钢性能的影响,10.14.连铸连轧理论与应用10.1.4.1五种典型工艺图,工艺1:
连铸坯直送轧制工艺(Continuouscastin-Hotdirectrolling,即CCHDR)。
特点:
工艺2:
“热送轧制”工艺(HotChargeRolling,简称HCR)。
特点:
工艺3:
特点:
工艺4:
特点:
工艺5:
“冷装炉”轧制工艺(即ColdCharge-Rolling,简称CCR)。
连铸连轧组织转变特点:
(1)铸坯冷却强度大,晶粒细、均匀,板坯的微观偏析分布更均匀。
(2)原始晶粒尺寸结构与传统有所不同传统冷装:
重结晶过程,细化的奥氏体组织。
直轧工艺:
相对粗大的原始奥氏体晶粒。
混晶组织:
(3)合金元素的溶解量和作用效果不同(4)薄板坯连铸连轧轧制过程的热脆(5)必要的总变形量及变形规程的安排(总变形量、奥氏体细化变形量和奥氏体强化变形量)。
10.4.1.2近终形连铸的开发及其特点最终目标:
尽量提高与成品轧材尺寸和形状接近的连铸坯,以减小压力加工实施的塑性压缩量。
两大类:
薄板坯和长材连铸连轧。
(1)连铸连轧的生产特点1)生产周期短;2)占地面积少;3)固定资产投资少;4)金属的收得率高;,5)钢材性能好;原因:
6)能耗少,能耗仅为常规生成方式的3545;电耗仅为常规流程的8090;生产成本降低2030;7)工厂定员大幅降低。
连铸连轧的必要条件:
无缺陷坯的生产技术和在线离线协调一致性。
(2)薄板坯连铸连轧,(3)长材连铸连轧1)EWR技术焊接无头轧制EWR(EndlessWeldingRolling)属于柔性连接形式的生产技术。
2)ECR技术无头连铸连轧ECR(EndlessCastingRolling)属于刚性连接形式的连铸连轧生产技术。
10.1.4.3薄板坯连铸连工艺与设备参数分析
(1)薄板坯厚度的选择,表10.2薄、中、厚板坯3种连铸工艺的特性,1)不同工艺与产品厚度关系2)产品规格的市场需求3)设备与产品花色的关系
(2)压缩比(3)连铸坯的加热1)隧道式辊底加热炉加热炉炉子长约150200m,有缓冲功能。
炉内辊道速度可分段控制,输入端辊道速度最低,以适应连铸速度较低的特点;中部和末端速度较高,有利于钢坯快速通过;出炉段辊道速度则与F1速度相匹配。
图10-16薄板坯连铸连轧产品与传统热轧产品的性能比较1-20个普通带卷的平均值;2-20个CSP带卷的平均值,2)感应加热ISP技术(InlineStripProduction)是在加热炉中采用排列在辊道上的一组感应线圈进行感应加热。
在长为1820m的炉中,大约每米设置一个感应线圈,改变线圈中电流的强度可以控制加热速度,而改变电流的频率,则可以调节对钢坯的加热深度。
最大加热效率达到70,带坯感应加热温升可达到1050l100C,有非常灵活的控制加热和均热段。
(4)轧件宽度的在线调整在线调宽自动控制AWC(AutomaticWidthControl);液压宽度自动控制HAWC(HydraulicAutomaticWidthControl)立式轧机。
(5)无相变加热对产品组织的影响影响:
1);2);3)对合金钢的影响。
(6)轧制线轧机数量与轧制负荷特点常规热带工艺下精轧机组的压下率:
Fl=4050,F2=4045,F3=3540,F4=3040,F5=2535,F6=2028,F7=1015。
连铸连轧工艺精轧机组的压下率:
Fl=4050,F2=55,F3=65,F4=50。
大压下量、高刚度轧机是薄板坯连铸连轧工艺的特点之一。
(7)半无头轧制半无头轧制工艺:
将几块中间坯焊接在一起,然后通过精轧机进行连续轧制。
在进入卷取机之前,用一台高速飞剪将其分切到要求的卷重。
作用:
1)有利于生产超薄带钢和宽而薄的带钢,拓宽产品大纲;2)稳定轧制条件以利于产品质量;3)消除了与穿带和甩尾的麻烦;4)显著提高了轧机的作业率和金属收得率。
(8)铁素体轧制传统热轧工艺:
精轧温度在Ar3以上,不可进入两相区轧制,否则,带来如下问题:
1)带材的跑偏和板形缺陷;2)。
引起带钢机械性能不均匀和最终产品的厚度波动。
铁素体轧制优点:
1)轧制力低;2)减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损,提高了带钢表面质量;3)降低了输出辊道上冷却水的消耗。
10.1.4.5薄板坯连铸连轧生产线的配置典型的薄板坯连铸连轧生产线工艺流程:
钢水中间包结晶器二冷区飞剪机均热炉高压水除鳞(立辊轧边机)(粗轧机组)保温炉高压水除鳞精轧机组近距离卷取机层流冷却远距离卷取机打包入库。
(1)只有精轧机的薄板坯连铸连轧生产线,两条生产线的区别:
这种配置线铸坯厚度约为50-70mm,设计年产量多在150万t,产品最小厚度1.0mm。
(2)单流连铸机与粗精机组的薄板坯连铸连轧生产线配置,连铸坯厚度大多数为70-90mm,设计年产量多在150万t,产品最小厚度0.8-1.2mm。
(3)双流连铸机与粗、精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线配置,设备具有强大的轧制压力,允许采用厚度较大的铸坯,或者可以用于轧制难变形产品,如铁素体温度区轧制等产生高轧制力的产品。
由于生产线采用双流连铸机配置,年产量可高达250万t。
(4)步进式加热炉布置的薄板坯连铸连轧生产线,缓冲时间的大小取决于步进炉内钢坯的存放量,一般设计上可以考虑缓冲时间取1.5-2.0h。
(5)单流单机座炉卷轧机(TSP),适合多品种、低投资为目的的配置方式。
采用单机座炉卷轧机,铸坯厚度为50-70mm,最小产品厚度1.5mm,设计年产量为50万t。
最大缺点:
带钢表面粗糙度不好。
(6)无头连铸连轧(ECR)工艺生产线的理想配置,10.1.4.6CSP热带性能与精度
(1)性能,性能差异的原因:
1)铸坯在连铸机内的冷却过程钢水的过冷度大。
2)电磁搅拌和液芯压下技术的采用。
3)在薄板坯连铸连轧生产线上,轧制过程温差造成的带钢性能差基本上被消除。
4)连轧机组许用轧制力明显的大于常规热带连轧机组,因而采用的道次变形量也明显地大于常规轧机,因而成品带钢的组织就更均匀,晶粒更细化。
(2)带钢厚度和板形精度,10.2控制轧制控制冷却在线棒材生产中的应用,特点:
(1)变形量变化范围小。
(2)调整空延时间余地小。
控温轧制,控制轧制的两种类型:
(1)奥氏体再结晶型和未再结晶型两阶段的控轧工艺。
加热温度;粗轧;中轧。
(2)奥氏体再结晶型、未再结晶型和两相区轧制的三阶段的控轧工艺。
粗轧;中轧。
连续小型棒材控制轧制时轧制表和冷却段布置C14水冷段;C5、C6附加水冷段(与钢种有关),10.2.1低温轧制,目的:
技术要点:
加热温度和粗轧工序。
中轧机组与精轧机组。
轧件的冷却强度必须在计算机控制下完成。
(1)开轧温度钢坯出加热炉温度不低于950。
(2)粗、中轧工序粗、中轧采用型控制轧制工艺。
(3)精轧工序根据轧制钢种的不同,精轧可采用型控制轧制或两相区控制轧制,统称为低温精轧工艺。
应注意的问题:
(1)低温精轧变形率
(2)低温精轧前轧件的均温,图10-21轧件表面及芯部温降示意图1-芯部温度;2-1/4层温度;3-表面温度,(3)低温精轧道次安排(4)低温精轧适合的产品范围大于40mm的棒材不适于进行低温精轧。
(5)低温精轧的温度范围,巴西AFP厂低温精轧工艺的温度范围,10.2.2高精度轧制,存在两个矛盾:
(1)为保证尺寸的高精度,在减定径轧制时需要采取相对小的变形量。
(a),(b),(c),
(2)为充分发挥控冷的效果,控轧必须采用相对大的变形量。
解决方法:
晶粒度的差别不到1级,而且不存在粗大晶粒。
图10-24三辊减定径机组上控制轧制后的组织,10.2.3控制冷却在小型棒材生产中的应用,在线热处理:
优点:
10.2.3.1棒材表面淬火及自回火工艺,“QTB(QuenchedandTemperedBar)”或“QTR(QuenchedandTemperedRod)”定义:
优点:
工艺过程:
(1)淬火阶段:
(2)回火阶段:
图1Tempeore(表面预先淬火)工艺及其与CCT曲线的关系,(3)最终冷却阶段:
冷床上完成。
关键工艺参数:
终轧温度,淬火时间,水的流量或者压力。
最终棒材产品的机械性能取决于:
表面马氏体环形面积与总断面面积之比;回火马氏体机械性能;心部的组织形态。
回火马氏体的性能取决于:
棒材化学成分和回火温度。
影响最终棒材性能的因素:
(1)加热温度的影响:
(2)变形速度的影响:
(3)终轧温度及变形量的影响:
(4)冷却工艺条件的影响:
未再结晶:
延长时间,可能发生部分再结晶。
完全再结晶:
应尽量缩短这一段时间。
自回火温度直接与产品的屈服强度有关。
钢筋表面回火马氏体层的屈服强度决定于钢筋的化学成分和自回火温度。
合适的自回火温度范围:
图10-26回火温度对轧后余热处理力学性能的影响,(5)棒材参数的影响:
1)棒材规格的影响:
大规格棒材:
表层全部是回火索氏体,心部是珠光体加铁素体,并有明显的索氏体、珠光体和铁素体的过渡层。
小规格棒材:
淬透层以回火索氏体为主,偶尔有少量回火马氏体,心部以铁素体、珠光体为主,没有明显的过渡层。
2)化学成分的影响:
C含量,Ms,回火马氏体厚度减薄,屈服强度。
Ms对调质边缘层厚度和力学性能的影响,Mn、Mo、Cr:
V、Nb:
图10-27微量元素对轧后余热处理TC55屈服强度的影响1-钢种I:
0.15%Cr;0.15%Ni;0.06%Mo2-钢种II:
0.05%Cr;0.06%Ni;0.02%MoC当量=C+1/6Si+1/5Mn,10.2.3.2棒材轧后余热处理冷却装置,套管式:
湍流管式,又称为文氏管:
图10-28湍流管式冷却器结构示意图1-入口嘴;2-带空气剥离器的预冷箱;3-第一组喷头;4-第二组喷头;5-中间管;6-无压回水;7-回水箱;8-偏转箱;9-供高压水;10-压缩空气用于水的偏转;11-文氏管元件,10.2.3.3几种典型的控轧控冷工艺及设备配置,
(1)精轧机组前、后及机组内设置水冷装置,精轧机组前、后及机组内设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧间水箱;6-精轧机;7-精轧后水箱,适合于生产优质合金钢材,生产操作灵活,易于实现两相区控制轧制(又称热机轧制),缺点是生产线长。
(2)精轧机组前、后设置水冷装置,适合于生产优质合金钢材,生产线长度较前一种型式短,但生产操作没有其灵活。
精轧机组前、后设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧后水箱,(3)精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置,适合于生产高精度优质钢材,特点是生产所有规格产品均经过减定径机组,大大简化了粗中轧孔型系统,提高了轧辊共用性,减少了换辊及备辊数。
精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置1-中轧机;2-减径机前水箱;3-飞剪;4-减径机;5-定径机;6-定径机后水箱,(4)精轧机组为三辊轧机及其前、后设置水冷装置,适合生产高精度优质钢材,通过调整三辊轧机辊缝改变产品尺寸,大大简化了粗中轧孔型系统,提高了孔型共用性。
产品尺寸精度高,缺点是轧机投资稍大。
精轧机组为三辊轧机及其前后设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧后水箱,(5)仅精轧机组后设置水冷装置,仅精轧机组后水冷装置1-中轧机;2-飞剪;3-精轧机;4-精轧后水箱,适合于生产以建材为主的小型轧机。
10.2.4线材轧后控制冷却分三个阶段:
第一阶段:
为相变作组织准备及减少二次氧化铁皮生成量,吐丝温度;第二阶段:
相变过程,主要控制冷却速度;第三阶段:
相变完了,采用慢冷(一般采用空冷以利于固溶元素的析出。
基本方法:
(1)高压水快速冷却;
(2)把线材吐成环状,以散卷形式分布到运输辊道(链)上,按要求的冷却速度均匀风冷;(3)以较快的冷却速度冷却到可集卷的温度。
1)普通低碳钢和碳素焊条钢盘条一般用于拉拔加工性能要求:
冷却工艺:
2)0.200.40%C的中碳钢,通常用于冷变形制造紧固件。
冷却工艺:
3)0.350.55%C的碳素钢要求:
冷却工艺:
4)珠光体型控制冷却0.600.85%C的高碳钢要求:
尽量减少铁素体的析出而得到单一的珠光体组织,最终获得有利于拉拔的索氏体组织。
冷却工艺:
轧后由奥氏体化温度急冷至索氏体相变温度下进行等温转变,其组织可得到索氏体。
5)马氏体型控制冷却,图10-21穿水冷却线材断面温度的变化简图,最终得到的中心为索氏体,表面为回火马氏体组织。
10.2.5线材控制冷却方法斯太尔摩控制冷却工艺,图10-22斯太尔摩控冷工艺布置示意图1成品轧机;2一水冷箱;3一恢复段;4夹送辊;5一吐丝机;6一斯太尔摩运输机;7集卷简;8一升降梁;9一风机,一、水冷段目的:
二、风冷段一散卷运输机标准型冷却:
缓慢型冷却:
延迟型冷却:
三、控冷工艺参数的设定与控制工艺参数:
终轧温度、吐丝温度、相变区冷却速度以及集卷温度。
终轧温度,高碳钢、低合金高强度钢、中碳冷镦钢:
高碳轴承钢、高碳工具钢:
奥氏体不锈钢:
吐丝温度,低(0.15C%)中(0.16-0.23C%)碳钢:
高碳钢(0.44%C)、高中碳钢(0.24-0.44%C):
相变区冷却速度:
集卷温度:
取决于相变结束温度及其后的冷却过程。
一般在250C以下,不高于350C。
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