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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,控制轧制与控制冷却,讲 座,(3),首钢高级技工学校,冶金工程教研室,第三讲 控制轧制与控制冷却,3-1,控制轧制,3-2,控制冷却和余热处理,3-1,控制轧制,一、概述,二、控制轧制的类型,三,、控制轧制在小型材生产中的应用,一,、概述,控制轧制是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。,为了提高低碳钢、低合金钢和微合金化钢的强度和韧性（综合性能），特别是低温性能，经过控制轧制细化奥氏体晶粒或增多奥氏体晶粒内部的变形带，即增加有效,晶界面积,，为相变时铁素体形核提供更多、更分散的形核位置，得到细小分散的铁素体和珠光体或贝氏体组织。,屈服强度与晶粒大小的关系：,S,=,0,k,1,D,-1/2,3-1,韧性断裂强度与晶粒大小的关系：,2Gr,C,=D,-1/2,3-2,k,铁素体晶粒大小与脆性转变温度的关系：,T,转变,=A,m D,-1/2,3-3,上述公式中的,D,为铁素体晶粒尺寸。由以上三个公式可以看出，晶粒越细小，则：钢的屈服强度和断裂强度越高；脆性转变温度越低，低温韧性越好。,控制轧制的优缺点：,1,、可以在提高钢材强度的同时提高钢材的低温韧性。,例如：,18 mm,厚的,16 Mn,中板,普通热轧 控制轧制,屈服强度,s,（,MPa,）,330 400,40,0,C,时冲击韧性,Ak,（,J,）,231J 431J,提高低温韧性,如在钢中加入微量的铌（,Nb,）后，仍采用普通热轧工艺生产时，,40,0,C,的,Ak,值会降到,78J,以下；而使用控轧轧制生产工艺时，,40,0,C,的,Ak,值会提高到,628J,以上。,细化晶粒,在普通热轧工艺条件下，低碳钢的,（铁素体）晶粒度一般达到,7,8,级，经过控制轧制工艺，低碳钢的,（铁素体）晶粒度可以达到,12,级以上（,ASTM,标准），通过细化晶粒可同时达到提高强度和低温韧性是控制轧制的最大优点。,2,、可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。,铌,加入钢中可以起到沉淀强化的作用，结果是强度提高但韧性变差，交货前还要进行热处理进行韧性调整；如对加铌钢采用控制轧制，则铌将产生显著的晶粒细化作用和一定的沉淀强化作用，使得钢材的强度和韧性同时得到很大的提高。,钛,的加入能起到细化加热时原始奥氏体晶粒度的作用，但在普通热轧条件下不能细化热轧变形过程中的奥氏体晶粒，仍然得不到同时提高钢的强度和韧性的效果。,当采用控制轧制时，钛就可以起到沉淀强化和细化晶粒的双重作用，中等程度的晶粒细化（约,25%,）就可以提高钢的低温韧性。,3,、控制轧制的缺点,要求有较低的轧制变形温度和一定的道次压下率，增大了轧制负荷；,轧制过程中待温时间比较长，生产率下降。,以现有的研究成果，控制轧制不是对所有的钢种都有效。,二,、控制轧制的类型,根据轧制过程中变形奥氏体的再结晶状态的不同、相变机制不同，控制轧制可以分为三种类型：,在奥氏体再结晶区的控制轧制称为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称为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称为两相区控制轧制；,不同类型控制轧制位置示意图,温度,变形,1,、高温控制轧制,高温控制轧制又称奥氏体再结晶区控制轧制，,型控制轧制。,高温控轧是将钢加热到奥氏体温度后，在再结晶温度以上轧制变形与再结晶不断交替发生，使得奥氏体晶粒不断得到细化，然后急冷进行相变，巩固细化的晶粒。,这一阶段的温度一般在,900,0,C,以上。,2,、低温控制轧制,又称奥氏体未再结晶区控制轧制，也称,型控制轧制。,在此区控制轧制，奥氏体晶粒沿轧制方向伸长，在奥氏体晶粒内产生了许多形变带，变形后没有再结晶发生。,伸长的奥氏体晶粒晶界面积增大，提高了铁素体的形核密度，形变带的存在起到了与晶界面积增加相同作用，进一步促进了铁素体的细化。,这一阶段的温度一般在,900,0,C,至,A r,3,。,3,、（,+,）控制轧制,在（,+,）两相区进行轧制，使未相变的奥氏体晶粒更加伸长，在晶粒内部形成新的形变带；另一方面，在已相变的铁素体晶粒受到压下时，在晶粒内形成亚结构。,在后续的相变后，形成一种多边形铁素体晶粒与亚晶粒相混合的组织，这种带有亚晶的混合组织将使得钢材的强度升高，脆性转变温度下降。,三、控制轧制在小型材生产中的应用,连续式小型材轧制工艺参数中的变形制度在轧制时的调整十分困难，通过改变每个轧制道次的变形量来适应控制轧制变形量的变化要求几乎是不可能的。,因此在连续式小型材轧机上通常是采用控制相关道次的轧制温度来进行控制轧制，即控温轧制。,1,、高温控轧,+,低温控轧,工艺特点是：采用较低的加热温度以避免奥氏体晶粒过分长大，粗轧时的轧制温度仍在奥氏体再结晶温度范围，利用变形奥氏体再结晶细化晶粒；在中轧机组，轧制温度控制在奥氏体未再结晶区，变形率,60,70%,，在接近奥氏体向铁素体转变温度（,Ar,3,）时终轧。,2,、高温控轧,+,低温控轧,+,两相区控轧,工艺特点是：粗轧时的轧制温度仍在奥氏体再结晶温度范围，利用反复轧制细化奥氏体晶粒；在中轧机组，轧制温度控制在奥氏体未再结晶区，变形率,60,70%,；然后在奥氏体,+,铁素体两相区轧制并终轧。这种方法特别适用于结构钢生产。,3,2,控制冷却和余热处理,一、概述,二、螺纹钢筋轧后余热淬火工艺特点及原理,三、钢筋轧后余热处理的影响因素,四、钢筋轧后余热处理的装置,一、概述,为了提高钢材的使用性能，控制冷却和余热淬火是即行之有效又有经济效益的好措施。它可使同一成分的钢通过改变冷却强度，可获得不同级别的钢筋（,3,4,级），使低碳当量的钢提高强度，同时保持较好的焊接性能和韧性。,二、螺纹钢筋轧后余热淬火工艺特点及原理,1,、原理,2,、工艺特点,3,、余热处理的工艺过程,1,、原理,在钢筋的终轧组织仍处于奥氏体状态时，利用其本身的余热在作业线上直接进行热处理，将热轧变形与热处理有机的结合在一起，通过对工艺参数的控制，获得热强化的效果。,2,、工艺特点：,在作业线上通过控制冷却工艺强化钢筋，替代轧后重新加热淬火、回火的调质钢筋；,改变轧制方法，节约合金元素，降低成本；,冷却设备简单，投资小；,在奥氏体未再结晶区终轧后的余热处理钢筋使用上有一个缺点，即应力腐蚀开裂的倾向较大。这主要是在活动的滑移带上位错堆积形成裂纹源所致。,在奥氏体再结晶区终轧后的余热处理钢筋因再结晶消除了晶内的位错而无开裂倾向。,3,、余热处理的工艺过程,轧后余热处理的工艺过程可分为三个阶段：,表面淬火,轧后钢筋以终轧温度尽快进入高效冷却装置，冷却速度大于使表层达到一定深度淬火马氏体的临界速度，钢筋表面温度低于马氏体开始转变温度（,M,S,点），表层奥氏体转变为马氏体，此时心部仍为奥氏体。,表面马氏体层的深度取决于快冷持续时间。,空冷自回火,钢筋通过快速冷却装置后，在空气中冷却，心部热量对表层马氏体进行自回火，根据回火温度的不同，可转变为回火马氏体或回火索氏体，残余奥氏体转变为马氏体，临近表层的奥氏体组织根据钢的成分和冷却条件不同而转变为贝氏体、屈氏体或索氏体组织，心部仍是奥氏体；,心部组织转变,钢筋在冷床上冷却一段时间后，心部奥氏体发生近似等温转变，转变产物根据冷却的条件不同为铁素体,+,珠光体或铁素体、索氏体,+,贝氏体。,轧后余热处理工艺过程的三个阶段示意图,奥氏体,马氏体,奥氏体,贝氏体,回火马氏体,铁素体,珠光体,表面淬火,心部组织转变,空冷自回火,三、钢筋轧后余热处理的影响因素,1,、轧制工艺条件的影响,2,、冷却工艺条件对性能的影响,3,、钢筋参数对轧后余热处理的影响,1,、轧制工艺条件的影响,加热温度低，奥氏体原始晶粒度小，轧后余热处理的力学性能好。,终轧温度对奥氏体变形晶粒大小有影响，降低终轧温度可提高钢筋强度。,2,、冷却工艺条件对性能的影响,轧材从终轧后到入水之间时间的长短影响奥氏体再结晶的程度。,在完全再结晶情况下，时间长奥氏体晶粒长大，影响综合力学性能；,在未再结晶情况下，时间长则可能发生部分奥氏体再结晶，减小了变形的效果，也影响综合力学性能；,该段时间的长短取决于快速冷却装置的安装位置。,冷却速度的影响效果随着钢的淬透性增加和钢筋直径的减小而减少。,3,、钢筋参数对轧后余热处理的影响,钢筋规格不同，轧后余热处理后的组织也不同。,大规格钢筋表层全部是回火索氏体，心部是珠光体加铁素体，有明显的索氏体、珠光体和铁素体过渡层。,小规格钢筋淬透层以回火索氏体为主，偶尔有少量回火马氏体，心部以珠光体加铁素体为主，没有明显的过渡层。,四,、钢筋轧后余热处理的装置,目前钢筋轧后余热处理的冷却元件有两类：一类是套管式，水通过喷嘴进入管内，钢筋通过充满水的套管进行冷却。具有结构较简单的优点，但冷却效果一般。,另一类是湍流管式，水通过喷嘴进入一连串的湍流管，钢筋在湍流管内进行冷却，结构比前者复杂，但冷却效率更高。,再 见,制作者：,马 正,制作时间：,2008,年,8,月,
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