毕业设计论文热轧板带钢的控制轧制管理资料Word文档下载推荐.docx

1、（一）控制轧制的概念近年来控制轧制作为热轧新技术越来越被人所重视。控制轧制技术一般多用在结构钢上：高强度、高韧性和良好的焊接性能。可称为对结构钢要求的三要素。为了使结构钢获得这些良好的性能，最好的方法是使钢的晶粒细化。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奥氏体再结晶控制轧制、奥氏体未再结晶区控制轧制和两相区控制轧制三个阶段：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晶粒经过在再结晶区域内的反复变形和再结晶而逐步的到细化的阶段；2、低温奥氏体变形阶段，当轧制变形进入未再结晶区域时，变形后的晶粒不再

2、发生再结晶，而呈现加工硬化状态，这种加工硬化了的奥氏体具有促进铁素体相变形核作用使相变后的晶粒细小；3、（+）两相区变形阶段，当轧制温度继续降低到Ar3温度以下时不但晶粒，部分相变后的晶粒也要被轧制变形从而在晶粒内形成亚晶，促使晶粒的进一步细化。（二）控轧控冷的特点控制轧制的优点如下：a）可以在提高钢材强度的同时提高刚才的韧性。b）可以充分发挥铌、钒、钛等微量元素的作用。控制轧制的缺点是要求较低的轧制变形温度和一定的道次压下率，因此增大了轧机负荷。此外由于要求较低的终轧温度，大规格的产品需要在轧制道次之间待温，降低生产率。控制轧制的优缺点：a）节约能耗、降低生产成本。b）可以降低奥氏体相变温度

3、，细化室温组织。c）可以降低钢的含碳量。d）道次间控制冷却可以减少待温时间，提高轧机的小时产量。控轧和控冷的工艺参数控制与普通轧制工艺相比具有：1）控制钢坯的加热温度。根据钢材性能的要求来确定钢坯的加热温度，对于要求强度高而韧性可以稍差的微合金钢加热温度可以高于1200对以韧性为主要指标的钢材则必须控制其加热温度在1150以下。2）控制最后几个轧制道次的轧制温度。一般要求终轧道次的轧制温度接近Ar3温度，有时也将终轧温度控制在两相区内。3）要求在奥氏体未再结晶区域内给予足够的变形量。4）要求控制轧制后的刚才冷却速度、开始快冷温度、快冷终了温度或卷取温度，以便获得必要的显微组织。表1 提高控轧、

4、控冷钢材强韧性的因素因素控 制 途 径 及 其 行 为晶粒细化发生奥氏体的动态再结晶和静态再结晶；在未再结晶区轧制变形，使晶内产生变形带，促使相变细化控制轧制后相变时的冷却速度，防止晶粒张大析出强化铌、钒、钛元素碳氮化物应变诱导析出加工硬化在（+）两相区轧制变形时变形铁素体的恢复和再结晶相变强化针状铁、素体贝氏体的单向强化二相分离型相变控制轧制技术已在生产中取得成效，应用范围不断扩大。除含微量铌、钒、钛的钢外，含锰钢和硅锰钢的控制轧制也取得成效。把控制轧制的原理应用于各种钢材（如不锈钢、轴承钢等）生产中，改进轧制工艺制度，以提高钢材的综合性能，就形成了“广义的”控制轧制的概念。中国蕴藏着丰富的

5、含铌、钒、钛矿物，为应用、发展控制轧制技术提供了良好的资源条件。二、控制轧制的特点：控轧即控制轧制，也就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，控制奥氏体组织的变化规律和相变产物的组织形态，达到细化组织，提高强度和韧性的目的。 控轧式正火就是控制轧制，控制轧制温度，压下量，冷却速度，以及终轧温度等措施，使钢板的性能达到良好的强韧性配比。为了获得中厚板高强度、高韧性的综合性能，可以采用不同的控制轧制工艺来达到。一般是在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区进行轧制。为了进一步提高钢的强度和降低钢的脆性转变温度，可在奥氏体和铁素体（+）两相区进行一定程度的轧制。在板

6、带热轧过程中即可以采用单一类型的控制轧制，也可以采用两种或三种类型相配合的的控制轧制工艺。采用什么类型的控制轧制工艺取决于钢的化学成分、对成品钢板组织性能的要求、轧机的设备条件和工艺水平以及对轧机产量的要求等。轧机后面是否具备钢板控制冷却设备以及冷却能力的大小也都直接影响控制轧制工艺的选择。再结晶型控制轧制是在变形奥氏体再结晶图中的完全再结晶区域内进行轧制。变形温度比较高，一般在1000以上，道次变形量要根据不同温度下的再结晶临界变形量来确定，道次变形量必须大于奥氏体再结晶的临界变形量。普碳钢的临界变形量比较小，对变形温度的依赖也小。合金钢的再结晶临界变形量确很大，并对变形温度依赖也较大。原始

7、奥氏体晶粒的大小对再结晶的临界变形量也有影响，当轧制温度一定时再结晶临界变形量随原始奥氏体晶粒的粗大而提高。在奥氏体再结晶区随道次压下量的加大，再结晶后的晶粒细化。当道次压下率达到50%以上时，细化的趋势减小，晶粒尺寸达到一个极限植。在完全再结晶轧制时，轧后停留时间长，则晶粒张大，形成粗大的奥氏体晶粒。在高温下给以大的变形量有可能发生完全动态再结晶，条件是在变形速度底的情况下。在板带生产中这种条件得不到满足，仅在轧制过程在中发生不完全动态再结晶，从而钢板的组织不均软化度不同。再结晶型控制轧制主要利用静态再结晶过程细化晶粒。刚才的奥氏体再结晶区经多道次轧制变形和多次再结晶达到细化奥氏体晶粒的目的

8、。未再结晶型控制轧制的特点是在轧制中不发生奥氏体再结晶过程，因此称此区间为再结晶区。根据钢的化学成分不同这一区域的温度范围在950Ar3变化。变形使奥氏体晶粒被拉长、压扁，并在晶粒中形成变形带。变形奥氏体的晶界是奥氏体向铁素体转变的有利形核部位。奥氏体被拉长，将阻碍铁素体晶粒张大。随着变形量的增大，变形带的数量增多，分布更均匀。变形带也提供变形时的形核地点，因而相变后的铁素体晶粒更加细小均匀。在被拉长的奥氏体晶粒边界及变形带处优先析出的碳化物质点也阻止晶粒张大随着未再结晶区累积变形量增加促使Ar3温度提高，导致相变后组织中多边形铁素体数量增加，珠光体数量相应的减少。钢中由于变形和不发生再结晶而

9、引起的大量位错等缺陷，大部分一直保留至相变后铁素体中，提高了强度。在完全再结晶区下限温度和未再结晶区的上限温度之间的范围为部分再结晶区。在部分再结晶区轧制时得到的奥氏体晶粒不均匀，因此应当防止在部分再结晶区轧制。特别是在一定变形量条件下，由于应该诱发晶界迁移，在奥氏体中产生少量特大晶粒，引起组织中出现严重的混晶现象，导致性能下降。因此在制定轧制工艺时，在这一温度范围内进行待温或快冷，而不进行变形。如果某些轧机无法避免在部分再结晶区轧制，应当防止特大晶粒产生，并且尽可能在接近完全再结晶区的温度区间进行轧制，以减少晶粒不均匀现象。两相区轧制一般是指在结晶区及未再结晶轧制后部分奥氏体已发生相变的情况

10、下在及两相区进行轧制。在此区变形的特点是，由于变形而继续伸长并在晶内形成变形带，部分相变后形成的铁素体晶粒内部形成大量位错，并在高温条件下形成亚晶，因此强度有所提高，脆性转变温度则降低。在（+）两相区轧制，可得到比较复杂的的组织状态，例如，由变形奥氏体转变的细小、等轴、不具有亚晶的铁素体和珠光体、被拉长的晶内不形成亚晶的铁素体、晶内具有亚晶的铁素体和再结晶后的等轴铁素体。不同类型的铁素体是由不同的变形量造成的。 （+）两相区轧制后，由于形成较强的织构，在冲击式样的断口上，平行于轧制面上出现层状撕裂口。产生层状撕裂的原因一般认为是沿钢板厚度容易变形的100取向带和难以变形的111取向带的异性引起

11、的。钢的变形抗力是指钢阻止使其发生塑性变形的能力，其数值等于使其发生塑性变形时所必须施加的外力。因此变形抗力与变形过程中钢的力学性质密切相关。此外钢的变形抗力也是制定合理的压力加工工艺的前提，对指导实际生产有重要的意义。在控制轧制中钢的变形抗力不仅与变形温度、变形程度、应变速度以及钢的化学成分有关，而且与控制轧制过程中的组织变化有关。图1 影响变形抗力的因素三、国内典型中厚板轧机控轧控冷工艺 四辊中厚板轧机的控制轧制和控制冷却工艺2800二辊-四辊中厚板轧机一般采用板坯为原料。一种是连铸板坯，另一种是钢锭经初轧机轧成的板坯。板坯加热温度偏低，一般加热温度在11501200左右。控制轧制工艺采用

12、奥氏体再结晶型和未再结晶型二阶段轧制。在粗轧机上采用再结晶型控制轧制。由于此时轧制温度高，可采用教大的道次变形量。粗轧的终轧温度在1000以上。轧后，送至精轧机。在送入精轧机前，采用空冷或水冷快速降温到930950左右，在精轧机上进行奥氏体未再结晶区控制轧制，终轧温度为800左右。在这一温度范围内的积累变形量一般达50%以上，根据钢种和钢板规格的不同，略有差异。为了保持两架轧机的生产平衡，在精轧机上的前面一些道次仍为再结晶控制轧制甚至在部分再结晶的上限温度轧制，然后快冷到未再结晶区进行未再结晶型的控制轧制。如果不具备中间快冷装置，则采用空冷。为了不降低轧机的生产能力，在精轧机上可以采用多块钢板

13、交叉轧制，既解决了钢板待温又不降低轧机产量。轧制之后立即进入水冷区进行控制冷却。按不同钢种和板厚，确定控制冷却工艺制度。根据当前钢板热矫直机的热矫温度要求，一般钢板控制冷却到650700左右。如果矫直机能力许可，终冷温度低至500左右较为合适。然后空冷至室温。对于个别钢种需要采用三阶段控制轧制，则将终轧温度降至760780轧制一定道次，达到一定累积变形量。2300三辊-四辊双机架轧机的许用轧制压抑一般在20000kN左右。钢板的原料采用钢锭和连铸钢坯。根据这些特点采用如下工艺。钢锭或连铸坯的加热温度为11501180。，保温足够时间。在三辊轧机上采用纵轧角、轧横、轧交替轧制，以减少钢板性能的纵

14、横向差别。总变形量控制轧制在77%左右，采用的是再结晶型控轧。然后快速送到四辊精轧机轧制。四辊轧机轧制的第一阶段要求温度在1000以上，总变形量控制在47%左右，道次变形量应大于15%20%。然后快冷到950进行精轧机上的第二阶段轧制，总变形量要大于40%，终轧温度为800820。第二阶段为未再结晶型控轧。轧后采用控制冷却，快冷至600550，然后空冷。为了不抄过轧机的许用压力，在精轧机上未再结晶区轧制时，可采用多道次小变形量的快轧的措施。这样利用未再结晶区变形量的叠加作用，增加变形奥氏体晶粒中的变形带，有利于变形后铁素体晶粒的细化，同时降低道次的轧制力，基本上不降低轧机产量。根据三辊劳特式轧

15、机能力小的特点，采用高温压下较大的道次压下率轧制即再结晶型控轧。终轧温度在1000左右，轧后立即送到机后的水冷装置快冷到930950，然后在未再结晶区以多道次，小变形量快轧的的方法进行轧制，终轧温度不低于800。轧后进行控制冷却，根据热矫直的许用矫直温度确定终冷温度。一般控制在600650左右。控制冷却采用管式层流冷却装置或水箱式水幕冷却装置。水冷装置可作为中间冷却和轧后冷却装置，因而不要离轧机太远。过去热轧带钢的温度控制主要在于精轧机后设置层流冷却控制带钢冷却速度和卷取前的带钢温度，近年来新的发展一是铁素体轧制，二是精轧机架间冷却水控制。 1）铁素体轧制 铁素体轧制即是带钢在精轧机轧制时呈铁

16、素体的组织，这样做的好处是：（1）避免在两相区轧制，使轧制变形均匀，板形良好，力学性能得到提高，可以少加或不加合金元素得到高强度、高性能钢材；（2）氧化铁质量减少，工作辊磨损小，钢带表面质量提高；（3）铁素体轧制配合良好的工艺润滑，可显著提高板材的深冲性能。 实现铁素体轧制的途径在于粗轧和精轧机架之间要有强力的冷却系统，使中间带坯在进入精轧机组前温度要降到Ar3以下（通常约在830860），精轧终了温度在750810，卷取温度在650以上。该技术在薄板坯连铸连轧生产线上，特别是生产超薄规格带钢时十分有利。 2）精确控制终轧温度 为精确控制终轧温度，在精轧机组后部机架间设有带钢水幕冷却装置，采用

17、计算机控制，可使带钢的终轧温度精度大幅度提高，可达到13。四、热连轧带钢的控制轧制和控制冷却 热轧宽带钢轧机的60%以上产品以板卷形式供给冷轧机，其于产品以热轧带钢和板卷形式生产。 （一）1700热连轧机 1700mm热连轧机根据其设备特点采用控轧及控冷生产工艺如下：连铸板坯加热至11801220，终轧温度为830，轧后通过控制冷却。为了提高横向冲击韧性，减少纵横向性能的差异，可向钢中加入稀土元素，。 （二）1500热轧带钢机1550mm连轧带钢轧机采用控轧和控冷方法生产大直径螺旋焊管的成卷带钢。，坯料厚度为225mm。控制轧制工艺规定在低于1000，终轧温度为820。在轧机后安装有层流冷却的

18、和自动喷水冷却装置，以加速带钢的冷却，控制带钢的卷取温度。（三）连轧宽带轧机2100mm宽带钢轧机采用控制轧制工艺生产低合金板。钢坯加热到1260%C，%Mn，%Ti，%。在粗轧机组中轧制到38mm。当轧制厚带钢时，终轧温度应不高于900，在最后一些道次应加大压下量。当轧制薄带钢时终轧温度应控制在870927。在输出辊道上安装层流冷却设备，并用电子计算机控制。，冷却速度采用55/s，冷却速度采用11/s。控制卷取温度为620677。在2000mm宽带钢轧机上轧制含钒或铌的的少珠光提锰钢时采用的控制轧制及控制冷却的工艺：轧件冷却到控制温度900后，总压下率应不小于40%，终轧温度控制在800，终

19、轧温度到卷取温度的平均冷却速度为510/s。带钢卷取温度控制在600。连轧宽带钢轧机的轧后控制冷却方式目前主要采用层流冷却，水幕冷却和喷雾冷却。才用层流冷却时，大多数采用下部高压喷嘴式冷却，而且下部冷却水量均大于上表面的冷却水量，以保证板带上下表面冷却均匀，不产生弯曲。（四）炉卷轧机在炉卷轧机上采用控制轧制和控制冷却工艺生产带钢是，首先要控制原料厚度以保证在炉卷轧机上的总压下率。同时要控制轧制温度特别是最后一道次的轧制温度，并且在最后道次轧制时给以轧机允许条件下的最大压下量。轧后立即在层流冷却装置上进行快速冷却。例如在炉卷轧机允许条件下的最大压下量。%C、%Mn、%Mo的X70级管线用钢时将厚

20、度为7600mm的钢时，将厚度为760mm的钢锭，在均热炉中加热到1315，在中厚板轧机上轧制到厚度为38mm的钢坯，%，终轧温度为808825。轧后立即在上面为层流冷却、下面为喷水冷却的冷却装置中冷却，带钢冷却到550575，然后卷取。在炉卷轧机后面的输出辊道上也可以安装五对水幕进行冷却，以控制卷取温度。对于板带厚度为26mm、轧制速度为26m/s的轧机，采用三对水幕即可满足卷取为550650的要求。五、宽带钢轧机板形控制技术自70年代以来，由于市场对板形质量的要求愈来愈高，推动板形控制技术成为板带生产的关键性技术。围绕板形控制技术的开发，国际上先后出现了诸如HC，CVC，UC，K-WRS，

21、PC等多种不同机型的新一代高技术板带轧机。这些轧机都拥有1项自有的标志性板形控制技术并辅以多项其他通用板形控制技术（如弯辊、压下倾斜、分段冷却），在生产中都配备有板形自动检测装置并实现了板形自动控制。板形控制技术都是具有特定设备形态的工艺技术，其板形控制性能与自身的设备条件，如辊系结构与尺寸（辊数、直径、辊长等），以及工艺条件，如轧制力与轧件宽度等有关。因此，研究和比较板形控制技术需要针对已知的设备条件和工艺条件，从板形调控功效和板带轧机性能两方面进行。（一）板形调控功效的定义板形调控功效是在一种板形控制技术的单位调节量作用下，轧机承载辊缝形状在沿带钢宽度方向上各处的变化量，公式表示如下：（1

22、） 式中：E（x）板形调控功效函数，可能是简单多项式或高阶复杂多项式；gf （x）承载辊缝形状变化量的函数；S 广义调节量（力或位移）；x沿板宽方向坐标。调控功效也可用单位调节量引起的沿板宽方向辊缝形状变化量的离散值表示：E=e1,e2,，ei，（2）此时，E板形调控功效矩阵。 以上形式的板形调控功效可以表示板形控制技术对承载辊缝形状的各个描述指标（凸度、楔形度、边部减薄量、局部突起量）的调控作用。在板形平坦度自动控制系统中，板形调控功效矩阵可表示为板形控制技术的单位调节量所引起的带钢前张应力沿横向各处的变化量，公式表示如下：E=q1,q2,，qi，（3）其中，m板宽范围内板形仪测量区段数；q

23、i第i区段上带钢前张应力变化量。 板形调控功效可以通过实验或软件仿真2种方法确定。其中实验方法需在规模相同的实验轧机或者直接在生产轧机上进行，难度较大。软件仿真的方法经济有效，能灵活地模拟各种轧制条件，应用较为广泛。（二）板形控制技术的板形调控功效仿真比较板形调控功效可以准确地描述一种板形控制技术的板形控制思想和调控特性，研究和比较板形控制技术首先要研究并比较其板形调控功效。运用有限单元法和影响函数法对目前使用的主要板形控制技术CVC，HC，PC，K-WRS，DSR，弯辊和压下倾斜的板形调控功效进行仿真研究，结果见图2。mm为单位的辊缝开度变化量，横坐标为距带钢中心线的距离与半板宽之比，其中D

24、W为工作辊直径，DI为中间辊直径，DB为支持辊直径，B为板宽，P为总轧制力。图中的曲线形态和相应函数表达式表示了各板形技术的板形调控功效的大小、特性。图2（r）;（）a-四辊CVC；b-六辊CVC；c-UC；d-PCeK-WRS；（e）K-WRS； f-不对称弯辊与压下倾斜从图可见，CVC，HC，PC和对称弯辊技术的板形调控功效都是对称的，并且都以2次成分为主其中4次成分含量最多的有：六辊CVC轧机的中间辊抽辊和工作辊弯辊，以及PC轧机的轧辊交叉和UC轧机中间辊弯辊。压下倾斜和不对称弯辊技术的板形调控功效是非对称的，并且整体调控作用明显。DSR的单个压块压力调节的板形调控功效除一个是高次对称的

25、，其余皆是非对称的，有一定的局部调控作用DSR的全体压块压力可以各种对称或非对称分布模式给出，相应提供各种对称或非对称的板形调控功效K?朩RS轧机的工作辊抽辊没有板形调控作用，其作用在于均匀化磨损。另外，图中的板形调控功效是在一定的板宽、辊径、辊长和轧制力下计算所得。进一步研究可以发现：（1）板宽与辊长之比对调控功效有一定影响。随着比值的增大，各种板形控制技术的调控功效的大小增加，尤其4次成分增加更多。（2）各种板形控制技术的调控功效对轧辊直径变化的敏感程度不同。如工作辊弯辊对轧辊直径的变化较为敏感，而CVC则基本上与轧辊直径无关。（3）平均单位板宽轧制压力对某些板形控制技术的板形调控功效具有

26、影响对比可知，以力为调节量的板形控制技术的调控功效基本不受影响，而以辊形、抽辊为调节量的板形控制技术，其调控功效大小随轧制压力增大而增大。（三）板带轧机板形控制性能界定指标板形控制的实质在于对承载辊缝形状的控制。各种板形控制技术的板形控制原理都是调控承载辊缝的形状。在轧制过程中，影响轧件板形（承载辊缝形状）的干扰因素主要是轧辊辊形变化（轧机方面的）和轧制力波动（轧件方面的）。板形控制性能优良的板带轧机，其承载辊缝形状应该同时具有足够大的可调控范围和对轧制力、轧辊辊形变动干扰的抵抗能力。因此提出以下板带轧机板形控制性能界定指标。 a. 辊缝形状调控域辊缝形状调控域即轧机各项板形控制技术共同对辊缝

27、形状的各个描述指标凸度、楔形度、边部减薄量、局部突起量的最大可调控范围但一般可以将带钢宽度跨距内的辊缝曲线用离散数值表示，并通过多项式拟合得到曲线的2次凸度和4次凸度，并在坐标系中建立辊缝凸度最大可调控范围，称之为辊缝凸度调节域。轧机一方面应具有承载辊缝形状的可调控柔性，另一方面则应具有当轧制力发生波动和存在干扰时辊缝形状保持相对稳定的能力即辊缝刚性。辊缝的刚性用辊缝横向刚度K界定：K=q/Cw（4）式中，轧制压力q的变化量；辊缝凸度对应于的变化量。（稳定性）轧机的各轧辊在服役期内不断发生表面磨损，下机后可以测得磨损后的轧辊表面轮廓曲线，再与上机前的轧辊初始辊形曲线相减，就可得到轧辊在服役期内

28、表面上的（中点或边部点的）相对磨损量分布曲线，称为轧辊磨损曲线或磨损辊形。定义辊形自保持性参数Rw：Rw=（5）其中，Wmax宽度方向上最大相对磨损量；Lw磨损曲线宽度；K轧辊径长比。如果轧辊表面磨损均匀，则轧辊具有最优的辊形自保持性即辊形稳定性，Rw=实际生产中，除表面局部剥落外，轧辊磨损曲线多为近似光滑曲线型（C型，高次或低次多项式）、“梯形（T型）”、“阶梯型（S型）”和“猫耳型（CE型）”。轧辊表面不均匀磨损导致辊缝形状变动和某些板形控制技术的调控功效变化辊缝调节域表明了辊缝的调节柔性，辊缝横向刚度表明了辊缝在轧制力变动时的稳定性建立将二者结合组成的Cw-Cq-q坐标系，以轧制宽度B为

29、参变量，可以得到描述轧机板形控制性能的三维图如果轧辊自保持性良好，则这一板形控制性能的三维图在整个轧辊服役期内保持恒定。辊缝的调节柔性和刚度特性以及轧辊的辊形自保持性是比较板带轧机的板形控制性能的主要依据。板形调控功效是板形控制技术的特质，也是决定板带轧机板形控制特性的基本“元素”。因此，比较板带轧机的板形控制性能也可以说明板形控制技术的优劣。（四）形调控功效决定板带轧机性能板带轧机板形控制技术的配置方案决定了轧机的机型，也决定了轧机的板形控制策略“柔性辊缝”或“刚性辊缝”如果轧机的标志性板形控制技术的调控思想是扩大辊缝形状调控域，则称之为柔性辊缝型；如果是提高辊缝横向刚度，则称之为刚性辊缝型。CVC轧机和PC轧机同属高柔度、低刚度辊缝，即柔性辊缝型；HC（UC）轧机属于低凸度、高刚度辊缝型，即刚性辊缝型；VCL（VCR）支持辊技术可提高辊缝刚度并使支持辊具有优良的辊形自保持性，也属于刚性辊缝型；DSR技术既可以实现柔性辊缝控制也可实现刚性辊缝控制。六、结论从工艺效果上看，控制轧制既保留了普通热轧的功能又发挥出常化处理的作用，使热轧与热处理有机结合，从而发展成为一项科学的的变形热处理技术和节省能源的重要措施。通过对轧制温度、冷却速度以及对板形的控制，得到我们所需要的性能和正确尺寸、形状的板带材。参考文献，钢的控制轧制