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热轧双相钢生产的理论基础有哪些
发布者: 发布时间:2020/2/19 阅读:80

  热机械控制加工(Thermo Mechanical Controlling Processing,简称TMCP)在国内也称为控轧控冷,是一种广泛应用于改善HSLA钢组织性能的热加工工艺,控制轧制和控制冷却代表了高强度低合金钢的发展方向。TMCP工艺就是一种定量地、预定程序地控制热轧过程中的变形温度、变形量(压下量)、变形道次、变形间歇停留时间、终轧温度以及终轧后冷却速度、终冷温度等工艺参数的加工工艺,即TMCP工艺包括控制轧制工艺和轧后的控制冷却工艺。TMCP工艺与常规轧制工艺的主要差别在于,TMCP工艺不仅通过热加工使钢材达到规定的形状和尺寸,而且通过形变控制和相变控制的综合作用使钢的晶粒尺寸得到显著细化、组织结构得到控制,从而使钢材具有优良的综合性能。

 目前,我国热轧双相钢生产主要是通过控制轧制与控制冷却实现的。控制轧制和控制冷却是一项能够节约合金元素、简化生产工艺、降低能源消耗的轧钢生产技术。通过控制轧制与控制冷却工艺的配合,能够充分地挖掘钢材的潜力、大幅度地提高钢材性能,从而给企业带来巨大的经济效益。

 

一、控制轧制技术

    控制轧制(Controlled roUing)是指在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度和温度制度的合理地控制,使热塑性变形与固态相变相结合,以获得细小的晶粒组织,使钢材具有优异的综合力学性能的轧制工艺。控制轧制与普通轧制有所不同,控制轧制打破了普通热轧只求钢材成形的传统观念,不仅通过热加工使钢材获得规定的尺寸和形状,而且通过钢材的高温变形使晶粒得到充分的细化和改善其组织,使其获得了良好的综合性能。从工艺效果上看,控制轧制保留了传统热轧工艺的功能,使热轧和轧后热处理有机的结合起来,成为一项科学的钢材生产技术和节约能源、原材料的重要措施。

    目前控制轧制的分类尚未统一,但大多数是根据钢材发生塑性变形时是否处于再结晶过程,将其分为奥氏体再结晶区控制轧制(又称为I型控制轧制,轧制温度>950℃)、奥氏体未再结晶区控制轧制(又称为Ⅱ型控制轧制,轧制温度为950℃~Ar3)和两相区控制轧制(轧制温度< Ar3)。

a.奥氏体再结晶区控制轧制

    奥氏体再结晶区控制轧制的主要目的是通过对加热时粗大的奥氏体晶粒反复地轧制,使其发生再结晶而得到细化,从而使奥氏体向铁索体转变后获得更为细小的铁索体晶粒。奥氏体再结晶区轧制实际上是通过再结晶使奥氏体晶粒得到细化,从这种意义上说,它实际上使控制轧制的一个准备阶段,奥氏体再结晶区通常是在大约950℃的温度范围。

b.奥氏体未再结晶区控制轧制

    在奥氏体未再结晶区控制轧制时,γ晶粒会沿着轧制方向伸长,在γ晶粒内部也会产生形变带。此时不仅由于晶界面积的增加,提高了α的形核密度,而且在形变带上也出现了大量的c晶核。这样就进一步的促进了α晶粒的细化。

    因此,在轧制过程中,如果在未再结晶温度范围内增加变形量,可使奥氏体向铁索体相变开始温度(Ar3)升高。累积变形量的增加,也促使硒温度升高。相交温度升高,促使相变组织中多边形铁素体数量增加,珠光体数量相应减少。奥氏体未再结晶区的温度区间一般在950℃与加3点之间。

c.奥氏体与铁素体两帽共存的两相区轧制

    在Ar3点以下的两相区轧制时,未相变的γ晶粒更加伸长,在晶粒内部形成了形变带。另一方面,已相变后的铁紊体晶粒在变形后,其内部会形成大量的位错,这些位错会在晶粒内部形成亚结构。在轧后冷却过程中前者发生相变形成细小的多边形铁素体晶粒,而后者则因回复形成了内部含有亚晶的铁素体晶粒。因此,两相区控制轧制材料的组织为大倾角晶粒和亚晶的混合组织。实践表明,非再结晶区变形突破了再结晶区所能达到的奥氏体晶粒尺寸极限,但在一定的变形量下非再结晶的晶粒细化也会达到某一极限,这一极限只有通过两相区变形才能突破。

 

二、控制冷却技术

    近年来,控制冷却得到了迅速的发展,已经有很多幽豕升肫J悭制伶副玟术的研究,并取得了良好的效果。控制冷却与控制轧制有着不同的内涵,控制冷却是指对钢材轧后冷却参数(始冷温度、冷却速度、终冷温度)进行合理的控制,并通过对相变过程中冷却速度的控制来实现对钢材的组织状态、各种组织的体积分数以及碳氮化物析出的控制,从而提高和改善钢材的综合力学性能。

    控制冷却的主要目的是在不影响钢材韧性的情况下,通过控制冷却进一步的提高材料的强度。对于高温终轧的钢材,轧后处于奥氏体完全再结晶状态,如果轧后空冷(慢冷),则变形奥氏体晶粒将在冷却过程中长大,相变后会得到粗大的铁素体晶粒。对于低温终轧的钢材,终轧时奥氏体处于未再结晶区域,由于变形会使他温度提高,终轧后奥氏体很快就发生相交,形成铁素体。这种在高温下形成的铁索体成长速度很快,如果轧后采用慢冷,铁素体就有足够的长大时间,则会形成粗大的铁索体晶粒,从而降低了控制轧制细化品粒的效果。

   一般来说,控制冷却主要分为三个阶段,称为一次冷却、二次冷却和三次冷却(空冷)。三个不同的冷却阶段的目的和要求是不同的。
   
   一次冷却是指从终轧温度开始到变形的奥氏体向铁索体转变的,始温度AT3或者二次碳化物开始析出温度的温度范围内所进行的控制冷却,即控制其开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。一次冷却的主要目的是控制已变形的奥氏体的组织形态,阻止奥氏体晶粒长大和碳化物的析出,固定因变形而引起的位错,降低相变温度,为下一步的相变做组织上的准备。一般来说,快冷温度越接近终轧温度变形奥氏体的细化效果越明显。

    二次冷却是指从相交开始温度到相变结束的温度范围内的控制冷却。其主要目的是通过控制钢材发生相交时的冷却速度和控冷终止温度(即控制相变过程),来保证快冷后得到要求的组织和力学性能。
   
  三次冷却是指相变后到室温范围内的冷却。对于低碳钢来说,相变完全结束后,冷却速度对组织没有什么影响。对于上述的三个冷却阶段,其常用的冷却手段主要有喷流冷却、雾化冷却、层流冷却等。轧后快冷的强化机制和控制轧制的机理有着本质的不同。轧后快冷主要是通过控制轧后冷却速度来细化变形后的奥氏体组织,并使其相变的组织、钢中的析出物大小、数量和析出位置都发生变化,从而改善钢材的组织性能。由此可见,控制冷却钢材的性能主要取决于控制轧制条件和冷却条件口钢材控制冷却前的组织状态主要取决于控制轧制的工艺参数,而控制冷却的条件(始冷温度、冷却速度、终冷温度)对钢材相变前的组织和相变后的产物、组织状态等都有影响。因此,为了使钢材获得理想的综合力学性能,应当把控制轧制技术和控制冷却技术结合起来。

 


 
 

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