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摘要：本文介绍了控轧控冷工艺的发展历史、工艺原理以及控轧控冷工艺阶段的变化，探讨了控轧控冷技术的应用现状，以期给相关单位同志一些借鉴意义。
关键词：控轧控冷技术；发展；应用
引言
控轧控冷是一项具有丰富理论内容和较大实用价值的轧钢技术。其基本特点是把利用塑性变形得到钢材外部几何形状的热加工成形过程与控制改善钢材组织状态,提高钢材性能的物理冶金过程有机结合起来,简单地说就是将钢的热变形与相变有机结合起来。其突出的优点是:可大幅度提高低碳钢、低合金钢钢材的强韧性;提高热轧钢材性能合格率;同时可简化工序,节省能耗,节约合金,具有显著的经济效益和社会效益。
1控轧控冷技术的发展
控制轧制(C-R)和控制冷却(C-C)技术的研究始于1890年至二次世界大战期间的德国,当时科研人员对钢铁制品的热加工条件、材质及显微金相组织之间的关系进行了非系统的零散研究,只是定性地揭示了热加工条件和材质间的关系。到了20世纪60年代初期,在美国科研人员定性地解释了热轧后的钢材继续发生奥氏体再结晶的动力学变化后,这才从理论上某种程度地解释了控制轧制技术。到了20世纪60年代末期,科研人员通过试验发现,添加微量元素铌(Nb)对提高单纯轧制钢材的强度有效。随后进一步的研究表明,造成铌系钢材高强度的原因,是由于微细铌碳氮化合物的铁素体析出相强化造成的。同期英国钢铁研究机构对轧制钢材的显微结构和机械性能的定量关系、铌、钒(V)的强化机理,控制轧制原理等进行研究,证实了依靠物理冶金基础,进行合理的合金成分的设计和轧制条件的设定,便能达到所期望的钢材目标性能值和显微组织。到了20世纪70年代,对钢材强度、低温韧性、焊接性能要求更高了,而此时仅仅依靠传统的控制轧制技术远远不够。于是在奥氏体控制轧制的基础上,还需要控制冷却速度来控制相变本身,于是开始了真正意义的控轧控冷技术的应用。
2控轧控冷技术的基本原理
控轧控冷技术的基本原理就是控制热轧条件,经过相变过程在奥氏体(γ)的基体上,形成高密度的铁素体(α)晶核,从而在相变后,达到细化钢材的组织结构。经过研究发现铁素体的形核位置通常是在奥氏体的相界面、由热变形和变形带造成的退火孪晶的内界面。而控制奥氏体相结构变化的关键因素是相变温度,在普通的热轧中如图1(a)所示,由于不涉及任何形式的控制轧制,基本是根据产品断面的形状进行轧制,精轧后的温度通常在1050~900之间,则生产的钢材奥氏体晶粒尺寸粗大。所以在生产普通的C-Mn钢过程中,通过控制轧制温度,把精轧道次安排在950~800范围内,经过大量的研究表明在该温度范围内轧制,钢材奥氏体相晶粒发生再结晶,再结晶后的奥氏体相转变生成铁素体,则达到细化晶粒的目的,如图1(b)。通过进一步研究表明,细化奥氏体晶粒的方法是把轧制尽量安排在奥氏体的非再结晶温度范围内,但是,在这一范围内,由于奥氏体的再结晶点和Ar3温度点接近,范围较窄,所以,在生产中并没有取得多大的效果。而通过添加合金元素铌(Nb),能够升高再结晶点100,同时又发现铁素体生核点不是在奥氏体的相界面上,而是在由于再结晶点上升而造成的非再结晶区温度范围内缩减所造成的孪晶晶界和变形带上,这些界面作为铁素体相成核场所的内界面。因此,在铌钢的精轧中,对产品进行金相分析显示轧制产品中存在结晶区有相当部分的奥氏体晶粒被细化。如图1中(c)、(d)所示。而在950~900进行轧制,则没有再结晶的发生。
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图1控制轧制的发展过程
3控轧控冷工艺的三个阶段和各个阶段引起的显微结构变化
第一阶段,粗化的奥氏体(γ)晶粒如图2中(a)所示,被重复变形和再结晶细化如图2中(b)所示,但铁素体(α)晶粒仍然粗大,如图2中(b’)所示。第二阶段,在拉长的未再结晶的奥氏体(γ)晶粒内,出现变形带如图2中(c)所示和铁素体(α)相在变形带和奥氏体的晶界上形核形成细小的铁素体相如图2中(c’)所示。第三阶段,变形在奥氏体和铁素体(γ+α)的两相区继续进行第二阶段的过程,变形的铁素体(α)相生成亚晶如图2中(d’)所示。在变形后的冷却期间,未再结晶的奥氏体(γ)相转变成等轴的铁素体(α),而变形的铁素体(α)转变成亚晶如图2中(d)所示。当然,通过重复再结晶,细化晶粒不可能无限期地进行,只能达到某一个限定值如图2中(b’),因此产生的铁素体晶粒是相对粗大的如图2中(b)所示,而小于限定值的方法就是分割奥氏体晶粒。因为一个再结晶的奥氏体晶粒如图2中(b)所示,被变形带分割成(c),因此最终晶粒结构是(c’)比(b’)更细。由于混合物结构中含有等轴晶和亚晶以及亚晶的硬化作用下,提供了附加的强化作用。.png)
图2控轧控冷工艺各个阶段的显微结构变化
4控轧控冷技术的应用
现在,随着钢铁行业的迅速发展,控轧控冷技术在钢铁生产上得到了广泛的应用,如表1所示。
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表1控轧控冷技术在工业中的的应用
结束语
中国有丰富的铌、钒、钛和稀土资源, 具有发展微合金钢控制轧制控制冷却技术的广阔前景。应用该技术不但节省了某些合金钢材的离线处理工序, 降低了成本, 增强了产品的市场竞争力, 而且节省了能源、合金元素, 有利于对环境和资源的保护, 对国民经济建设和发展具有深远的意义。
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论文作者:王青海 姚英航 肖磊磊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/18
标签：奥氏体论文; 晶粒论文; 结晶论文; 钢材论文; 技术论文; 如图论文; 所示论文; 《基层建设》2017年第28期论文;