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控制轧制、控制冷却⼯艺

控制轧制、控制冷却⼯艺技术

1.1控制轧制⼯艺

控制轧制⼯艺包括把钢坯加热到适宜的温度，在轧制时控制变形量和变形温度以及轧后按⼯艺要求来冷却钢材。通常将控制轧

制⼯艺分为三个阶段，如图1.1所⽰[2]：(1变形和奥⽒体再结晶同时进⾏阶段，即钢坯加热后粗⼤化了的γ呈现加⼯硬化状

态，这种加⼯硬化了得奥⽒体具有促使铁素体相变形变形核作⽤，使相变后的α晶粒细⼩；(2(γ+α两相区变形阶段，当轧

制温度继续降低到Ar3温度以下时，不但γ晶粒，部分相变后的α晶粒也要被轧制变形，从⽽在α晶粒内形成亚晶，促使α晶粒

的进⼀步细化。

图1.1控制轧制的三个阶段

(1—变形和奥⽒体再结晶同时进⾏阶段；(2—低温奥⽒体变形不发⽣再结晶阶段；(3—γ+α）两相区变形阶段。

1.2控制轧制⼯艺的优点和缺点

控制轧制的优点如下：

1．可以在提⾼钢材强度的同时提⾼钢材的低温韧性。

采⽤普通热轧⽣产⼯艺轧制16Mn钢中板，以18mm厚中板为例，其屈服强度σs≤330MPa，-40℃的冲击韧性Ak≤431J，断⼝

为95%纤维状断⼝。

当钢中加⼊微量铌后，仍然采⽤普通热轧⼯艺⽣产时，当采⽤控制轧制⼯艺⽣产时，-40℃的Ak值会降低到78J以下，然⽽采

⽤控制轧制⼯艺⽣产时。然⽽采⽤控制轧制⼯艺⽣产时-40℃的Ak值可以达到728J以上。在通常热轧⼯艺下⽣产的低碳钢α晶

粒只达到7~8级，经过控制轧制⼯艺⽣产的低碳钢α晶粒可以达到12级以上按ASTM标准），通过细化晶粒同时达到提⾼强度

和低温韧性是控轧⼯艺的最⼤优点。

2．可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作⽤。

在普通热轧⽣产中，钢中加⼊铌或钒后主要起沉淀强化作⽤，其结果使热轧钢材强度提⾼、韧性变差，因此不少钢材不得不进

⾏正⽕处理后交货。当采⽤控制轧制⼯艺⽣产时，铌将产⽣显著的晶粒细化和⼀定程度的沉淀强化，使轧后的钢材的强度和韧

性都得到了很⼤提⾼，铌含量⾄万分之⼏就很有效，钢中加⼊的钒，因为具有⼀定程度的沉淀强化的同时还具有较弱的晶粒细

化作⽤，因此在提⾼钢材强度的同时没有降低韧性的现象。加⼊钢种的钛虽然具有细化加热时原始γ晶粒的作⽤，但在普通轧

制条件下钢中的钛不能发挥细化轧制变形过程中γ晶粒的作⽤，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

⼯艺⽣产含钛钢时，才能使钢种的Ti

控制轧制⼯艺的缺点：要求较低的轧制变形温度和⼀定的道次压下率，因此增⼤了轧制的负荷。此外因为要求较低的终轧制温

度，⼤规格产品需要在轧制道次之间待温，降低轧机的⽣产率。为此世界各国开始对轧机进⾏技术改造，采⽤⼤负荷轧机，安

装升降辊道，道次间中间冷却来减少轧制待温时间，提⾼轧机⽣产效率。

1.3控制冷却的⼯艺特点

控制冷却的优点：

1.节约能源、降低⽣产成本。利⽤轧后钢材余热，给予⼀定的冷却速度控制其

相变过程，从⽽可以取代轧后正⽕处理和淬⽕加回⽕处理，节省了⼆次加热的能耗，减少了⼯序，缩短了⽣产周期，从⽽减低

了成本。

2.可以降低奥⽒体相变温度，细化室温组织。轧后控制冷却能够降低奥⽒体相

变温度，对同⼀晶粒级别的奥⽒体，低温相变后会使α晶粒明显细化，使珠光体⽚层间隔明显变薄。例如，在800℃终轧的

16Mn钢材，当轧后冷却温度从0.5℃/s提⾼到9.5℃/s时α晶粒平均直径从12µm细化到7.5µm，σs从360Pa增加到420Pa。

3.可以降低钢的碳当量。采⽤轧后控制冷却⼯艺有可能减少钢中碳含量及合⾦

元素加⼊量，达到降低碳当量的效果。低的碳当量有利于焊接性能、低温韧性和冷成型性能，这是当前各国所追求的⼤规模⽣

产⼯业⽤钢材的最经济⼯艺路线。

4.道次间控制冷却可以减少待温时间，提⾼轧机的⼩时产量。在道次间采⽤控

制冷却，可以精确地控制终轧温度，减少轧件停下来等待降温的时间。在控制轧制时，为了保证能在奥⽒体未再结晶区轧制，

⼀般均采⽤待温轧制的⼯艺，待温轧制延长轧制节奏，降低产量。为了少影响产量，采⽤多块钢坯循环交叉轧制的⽅法，虽然

补救了⼀些，但需要增建离线旁路辊道及移送设备，增加了场地和设备。采⽤道次间控制冷却，在保证冷却均匀的条件下，可

以取消待温和循环轧制。从⽽提⾼产量。如⽣产3.0mm厚、1000mm宽热轧板卷时，开动连轧机架间的冷却装置可以使轧机⼩

时产量从550t增加到720t。

1.4控制轧制、控制冷却⼯艺参数控制特点

控制轧制和控制冷却的⼯艺参数控制与普通轧制⼯艺相⽐具有如下特点：

1.控制钢坯加热温度。根据对钢材性能的要求来确定钢坯加热温度，对于要求

强度⾼⽽韧性可以稍差的微合⾦，加热温度可以⾼于12