Q345中系列钢板控轧控冷生产docWord文档下载推荐.docx
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自20世纪80年代以来,控轧控冷工艺已经成为重要钢铁生产技术之一,广泛用于低合金高强度宽厚板的生产。
控轧控冷工艺与普通生产工艺相比，可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约40～60MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面均有无可比拟的优越性。
本案例结合某中厚板车间,就Q345系列钢板的TMCP工艺进行分析。
2.主要内容
2.1Q345系列钢板的用途和要求
Q345系列钢用于中厚板生产已有近50年的历史,在中厚板厂的产量中所占比例最大、涵盖的品种规格范围也最多。
Q345系列钢板是低合金钢（c<
0.2%），Q代表的是这种材质的屈服，后面的345，就是指这种材质的屈服值，在345MPa左右。
并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。
Q345系列钢板综合力学性能好，低温性能、塑性、冷冲压性能、焊接性能以及可切削性能良好，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。
2.2Q345系列钢板的性能与成分
表1Q345系列钢板的机械性能指标
牌号
厚度
mm
伸长率δ
（%）
屈服强度σs
（MPa）
试验温度
℃
抗拉强度σb（MPa）
Q345A
≤16
≥21
≥345
不需
≥470-630
Q345B
20
Q345C
16-35
≥22
≥325
Q345D
35-50
≥295
-40
50-100
≥275
表2Q345系列钢板的化学成分（质量分数，%）
C
Si
Mn
P
S
V
Nb
Al
Ti
≤0.20
≤0.55
1.0-1.6
≤0.045
0.02-0.15
0.015-0.060
0.02-0.20
≤0.040
≤0.035
≥0.015
≤0.18
≤0.030
2.3控轧控冷工艺要素分析
1、再结晶区变形量对力学性能和组织的影响
Q345钢在1000℃以上的高温再结晶区轧制时,当变形量增加时，屈服强度呈下降趋势，横向AKV值无明显变化；
在950℃以下的低温区轧制时，整体力学性能比高温区轧制时高，而且道次变形量对力学性能的影响比较显著，随变形量增加，屈服强度和AKV值都呈上升趋势。
轧制温度越低，上升的趋势越显著，如图1所示。
图1变形量对屈服强度和冲击功的影响
2、精轧工艺对组织和性能的影响
通过粗轧阶段的再结晶区轧制，获得均匀、细小的奥氏体晶粒，将为精轧阶段提供理想的组织基础。
而精轧阶段未再结晶奥氏体晶粒内应变累积的程度，即形变奥氏体内残余应变及晶内缺陷所诱发的奥氏体/铁素体相变细晶机制强弱，将对钢材最终的铁素体+珠光体组织细化起决定性作用。
由于Q345钢未再结晶温度区间非常狭窄，要想完全避开部分再结晶区，实现单纯的未再结晶区应变累积是比较困难的。
为了提高精轧阶段奥氏体部分再结晶区及未再结晶区内应变累积的百分数，合适的精轧温度区间和精轧变形制度是TMCP工艺的关键。
精轧温度区间是指精轧开始温度至精轧结束时的温度间隔。
生产现场通常以进精轧温度和终轧温度限定这一温度间隔。
图5所示为进精轧温度、终轧温度与力学性能的关系。
可以看出：
进精轧温度变化，屈服强度和抗拉强度变化不大，但对室温冲击功的影响却比较显著。
当进精轧温度低于860℃时纵向冲击功降低,当进精轧温度高于920℃时，纵、横向冲击功均显著降低。
图2进精轧温度、终轧温度与力学性能的关系
在880～820℃的精轧温度区间内,分别以72.9%、66%、55.6%和38.5%的累积变形量轧制后空冷，试样的力学性能如图6所示。
当精轧阶段累积变形量超过55%时，随累积变形量的增加屈服强度略有增加，当累积变形量达到70%时,屈服强度升高约30Mpa；
累积变形量对0℃冲击功的影响十分显著，随累积变形量的增加冲击值几乎呈线性递增。
图3精轧累积变形量与强度和冲击功的影响
3轧后冷却制度
图8是冷却速度对Q345钢板强度和冲击功的影响规律。
由图可以看出：
当冷却速度由14℃/s提高到18℃/s时屈服强度从360MPa上升到400MPa，继续提高冷却速度屈服强度基本保持在400MPa左右。
当冷却速度由10℃/s提高到18℃/s时，横向0℃冲击功提高25～35J；
当冷却速度大于20℃/s时，横向0℃冲击功随冷却速度增大显著降低。
可见，普通级别Q345钢板的轧后冷却速度范围应控制在15～18℃/s，不宜超过20℃/s。
图4不同冷却速度下试验钢的力学性能
此外，在冷却速度15～18℃/s范围内，当终冷温度大于700℃时，随终冷温度升高，Q345的屈服强度开始降低，降低的幅度为30～40MPa。
当终冷温度处于400～600℃时,Q345钢会形成贝氏体，导致塑、韧性指标下降。
2.4工艺操作要点
1粗轧阶段
在1000℃以上的高温再结晶区轧制阶段，变形量控制在15%～20%,最大道次压下率不宜超过30%。
在低温再结晶区轧制阶段，保证道次压下率大于静态再结晶的临界变形量。
2精轧阶段
进精轧温度应在860～920℃;
终轧温度应在820～850℃。
精轧温度区间为880～822℃时，进精轧温度和终轧温度均进入各自的最佳温度范围。
选择55%～66%左右的累积变形量、即2～2.5倍的待温厚度，以获得等轴状晶较多且珠光体带状级别相对较低的室温组织。
3冷却阶段
普通级别Q345钢板的轧后冷却速度控制范围为15～18℃/s,一般不超过20℃/s。
终冷温度为650～700℃，同时控制钢材表面的瞬时温度尽量不低于550℃，以避免钢板上下表层形成过量的贝氏体。
2.5工艺路线
一、加热制度
表3各厚度坯料加热温度、时间控制要求（冷装）
坯料厚度
均热段
加热段Ⅱ
总加热时间
min
均热时间min
出钢温度
钢温均匀性
150
1200-1270
1200-1260
110-180
20-30
1180±
≤20
180
140-220
20-40
220
1200-1280
170-260
30-50
260
210-310
表4各厚度坯料加热温度、时间控制要求（热装温度≥℃400）
1200-1250
1200-1240
90-150
120-180
150-210
180-240
二、轧制制度
1．粗轧开轧温度：
1100～1200℃，粗轧道次压下率≥10%，最大压下量≤30mm；
2．精轧压下制度：
后三道总压下率≥40%，成品道次压下率≥10%；
3．控轧轧制温度、中间坯厚度及控冷要求
表5控轧轧制温度、中间坯厚度及控冷要求
中间坯厚度
第二阶段开轧温度
目标终轧温度
返红温度
<
12
--
910±
30
/
≥12-16
≥2.5h
≤980
880±
700±
16-25
≥2.0h
≤950
860±
670±
25-40
≥1.5h
≤930
830±
40-60
≤900
≥3.0h
680±
850±
≤910
三、冷却制度
轧后开冷温度：
≥760℃，冷却速度：
15～18℃/s，终冷温度：
650～700℃。
3分析路径
该案例是低成本高性能钢材生产的典型案例，本生产案例体现了金属材料热处理、板带生产工艺、钢材控制控冷、板带轧钢工等知识点和岗位技能，与材料成型与控制技术专业板带钢生产课程控轧控冷单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于轧钢工工种要求，对应教学目标，从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
采用现场调研、问题讨论、案例分析、实物展示等手段，引导学生通过自学、讲授、讨论、对比等方式学习低成本高性能钢材生产的理论知识，掌握低成本高性能钢材生产的工艺操作技能，达到教学目标要求。
4教学目标
（1）了解低成本高性能中厚板生产应关注的问题；
（2）掌握控轧控冷工艺操作要点；
（3）学习综合考虑性能保证的措施，根据设备、产品，选择工艺路线。
5教学方式方法
具体教学过程设计如下：
5.1课前计划
（1）学生掌握知识：
金属材料热处理、塑性变形与轧制原理、轧钢工艺与设备；
（2）学生分组，指定组长；
（3）与现场联系，进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；
（4）安全教育，教师带领学生下厂调研，记录Q345钢板轧制生产工艺参数，收集生产相关资料；
（5）学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结该钢板生产的生产要点；
（6）与技术人员交流，请技术人员准备讲授该钢板生产中出现的问题。
（7）教室设置成学习岛，准备投影，为每组准备2张0开白纸，大号记号笔1支、作业纸每人2张。
5.2课中计划
（1）学生按小组就座学习岛周围，选举记录人、发言人。
（2）采用头脑风暴法，每人总结一条生产要点，按顺时针顺序轮流发言，记录人将生产要点在0开白纸上按加热、粗轧、精轧、冷却分工序记录。
要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间15～20分钟；
（3）整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流钢板生产要点；
发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。
汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的生产要点评价，指出优点和不足，每组时间8～10分钟；
（4）技术人员讲授实际生产该类钢板生产案例，时间20分钟；
（5）教师讲授钢板用途、性能要求、工艺控制要求，生产要点，时间45分钟。
5.3课后计划
布置作业，见6.3。
6思考题及考评
6.1课前思考题
布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么内容、思考为什么如此设置。
（1）Q345钢板质量有哪些要求？
（2）生产Q345钢板本岗位有哪些关键的生产要点？
（3）中厚板控轧控冷生产工艺的组织、性能可以达到什么要求？
（4）不同控轧控冷工艺，轧制温度区间在什么范围？
如何保证各工段温度要求？
（5）两种控轧控冷工艺各有什么优势和劣势？
（6）为什么会出现屈服强度不合格率的现象？
如何防止？
（7）如何保证钢板的表面质量？
（8）如何保证钢板的尺寸精度？
6.2课堂练习
课堂提问或者集体回答，目的：
及时复习、巩固知识，检查教学效果。
练习题
1、Q345系列钢板是（）钢。
A.低碳钢B.低碳合金钢C.合金钢
2、粗轧阶段的再结晶区轧制，获得均匀、细小的奥氏体晶粒。
（）×
3、轧钢生产中控制轧制主要控制（）参数。
ABC
A.变形温度B.变形速度C.冷却速度D.化学成份
4、控制轧制工艺对钢板性能的影响是（）。
A.只提高钢板的强度B.只改善钢板韧性C.既提高强度又改善韧性
5、控制轧制只要求控制终轧温度。
6、控制轧制和控制冷却技术的主要方法有（）ABCD
A.降低加热温度B.控制适宜的终轧温度和采取强化压下等措施
C.加入微量合金元素如铌、钒、钛等D.控制冷却速度
7、控制轧制时的轧制温度与常规的轧制温度相比，是（）。
B
A.温度稍高B.温度稍低C.没有变化
8、在板材微合金化钢中，为了提高钢的强化作用，应该采用（）。
A.控制轧制和控制冷却工艺B.常规轧制C.横轧+纵轧工艺
9、控制轧制对哪些方面进行控制？
ABCD
A.变形温度的控制B.变形程度的控制
C.变形速度的控制D.冷却速度的控制
10、使用控制轧制方法可以有效地提高钢材的低温性能。
（）√
6.3课后作业
课后作业，复习巩固知识、提升能力。
（1）每人记录10块以上Q345钢板的生产操作数据（包括加热、粗轧、精轧、冷却）。
（2）每人结合自己调研结果，选择一个Q345钢板的某一岗位生产情况结合原理编写详细的生产要点。
（3）（附加题）本类钢板生产案例。
6.4评价建议
学生考核评价实施表
评价方式
评价内容
评价结果
得分
过程性
评价
（100%）
学生出勤（10%）
迟到一次及以下
8~10
迟到三次
5~7
缺勤
课堂参与
（50%）
小组评价
（20%）
小组合作融洽，讨论能达到预定的目标
16~20
小组合作比较融洽，讨论基本达到预定的目标
10~15
小组合作相对融洽或不融洽，讨论未达到预定的目标
1~9
展示评价
展示内容全面，条理清楚、语言流畅
4~20
现场教学
（10%）
遵守现场规章制度，有良好的安全意识。
0~10
完成作业（30%）
思路清晰，格式规范，内容正确
自我评价（10%）
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