微合金控制轧制钢

微合金控制轧制钢

罗晓阳

（昆明理工大学材料062班压力加工方向，学号：200610204213）

摘要：本文简述了微合金化技术的基本原理，结合实际的生产过程中Nb微合金热轧钢在控制轧制中的应用，这里主要介绍了Nb微合金控制轧制钢生产工艺技术和Nb微合金控制轧制钢以后达到的金相组织，说明了微合金控制轧制在生产中的重要性。

关键词：Nb微合金化控制轧制热轧钢晶粒细化

Micro-alloy steel controlled rolling

Luo Xiaoyang

（Kunming University of Science Materials 062 class pressure processing,

learning number: 200610204213）

Abstract：This paper outlines the micro-alloying with the fundamental principles, combined with the actual production process, Nb micro-alloy hot-rolled steel in the control rolling application, this is mainly introduced Nb microalloyed steel production process control rolling technology and control of Nb microalloyed After the meet rolled steel microstructure shows that micro-alloy controlled rolling in the production of importance.

Key words: Nb micro-alloyed hot-rolled steel controlled rolling grain refinement

1、前沿

我们在“材料成型过程控制”这门课中，学习了有关“微合金因素在控制中的作用”，主要了解到了微合金在控制轧制中使之在钢中形成C、N及碳氮化合物，利用在不同条件下产生溶解和析出机理起抑制晶粒长大以及产生沉淀强化作用，在控制轧制中，前者尤为重要。主要的微合金元素铌、钛、钒，在这章内容的学习中，通过课堂的学习和图书馆资料的了解，我主要讨论一下Nb微化合金的技术原理以及在热轧钢的生产中的应用。不足之处还望老师指教。

2、Nb微合金化技术基本原理

2.1晶粒细化[2、3]

晶粒细化是唯一既能提高强度又能提高韧性的方法。Nb 通过析出质点影响晶粒成核和晶界迁移来影响晶粒尺寸，晶粒尺寸的大小对钢的强韧性的影响可由下面的关系式表示：

晶粒细化对钢的屈服强度σs 的作用为：

σs=σ0+k1d-1/2

Pickering 等对低碳钢提出晶粒细化对钢的韧脆转折温度Tc 的作用为：

Tc＝a－k2d-1/2

式中a 包括了除晶粒直径外其他所有因素对韧脆转折温度的影响，而k2d-1/2为晶粒直径对韧脆转折温度的影响，一般k2＝11.5℃/mm1/2。

通常0.03%Nb钢，由于析出强化、细化晶粒，可提高σs150MPa，改进韧性转变温度约30K。

2.2析出强化[2]

微合金元素在钢中形成碳、氮或碳氮化物，能在钢中产生析出强化作用，使钢的强度得到明显升高，但通常会使钢的脆性转折温度提高。

2.3 含Nb第二相质点对奥氏体结晶延迟作用[4]

Nb对奥氏体结晶具有强烈的延迟作用，这主要是通过第二相质点的钉扎作用。目前所研究的溶质元素中，Nb具有最强烈的阻止再结晶的作用，控制轧制的钢中一般都必须加入微合金元素Nb。Nb加入量一般应高于0.026％才能保证无再结晶温度高于950℃，从而显著降低控轧对轧机负荷的要求。通常Nb的加入量为0.03~0.10%。

3、Nb微合金化热轧钢

3.1采用的工艺措施

3.1.1成分控制

（1）C、Si、Mn

C、Si属固溶强化元素，会损害钢的韧性和可焊性，通常取下限，而强度则通过“提Mn”和加入微合金元素来提高，这是目前微合金化钢成分设计的基本原则。Mn有细化晶粒的作用，既可以提高强度，又可以提高韧性，通常取中上

限。

（2）S、P

因为S、P 都是钢中的杂质元素，它们会严重降低钢的冲击韧性、焊接性能等，特别是S，它是降低钢的横向冲击韧性的主要杂质元素。因此采用低S、P

铁水冶炼，保证钢中S、P 含量均小于0.025%，提高钢材的性能。

3.1.2 含Nb钢冶炼工艺

Nb对氧的亲和力相当小，要比常用的脱氧元素和V、Ti等微合金元素要低，甚至低于Mn，因此，Nb在镇静钢中的回收率通常为95％或更高。通常块状Nb

铁在出钢时加入钢包，考虑到Nb铁的价格和其对氧的亲和力，Nb铁应在硅铁、铝和锰铁之后加入。采用无渣出钢，防止块度小的Nb铁加入钢渣。

3.1.3 钢包喂Si-Ca线对硫化物进行变性处理[7]

MnS在钢液凝固时在晶界处析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢的机械性能，产生性能上的各向异性，而(Ca,Mn)S在轧制时不变形，对钢的机械性能影响不大，消除了各向异性，因而可有效改善钢的横向性能。Nb钢通常都要求高的韧性和高的延展性，所以生产Nb钢都要求低S，但目前铁水预脱硫装置成本较高，故采用了钢包喂Si-Ca线对硫化物进行变性处理的技术。通过在钢包内喂入适量的Si-Ca线，对硫化物进行变性处理，消除或减少第二类硫化物MnS，代之以第三类硫化物(Ca,Mn)S，从而可显著改善钢的延展性和横向冲击韧性。另外，喂Si-Ca线还可消除或减少链状的铝酸盐，代之以熔融氧化物，从而可避免连铸时钢包和中间包水口堵塞。

3.1.4 采用低过热度浇铸

因为钢水过热度过高会引起铸坯中心偏析和中心疏松，表现为铸坯中心元素分布的不均匀性和柱状晶发达，恶化钢的机械性能，降低韧性，同时中心偏析区粗大的沉淀物（MnS、Nb(CN)3）会加速中心裂纹的扩展，因此采用低过热度浇铸，过热度一般小于20℃。

3.1.5 采用无氧化保护浇铸技术

采用无氧化保护浇铸技术可防止钢液在浇铸过程中的二次氧化，减少钢中夹杂物的含量，提高钢的纯净度。而一般来说，钢中夹杂物的增加会恶化钢的性能，特别是超过临界尺寸的夹杂物的存在会使冲击韧性明显降低。

3.1.6 连铸二冷制度的优化

Nb是强的碳、氮和碳氮化物生成元素，连铸过程中，含Nb微合金钢铸坯冷却到奥氏体低温域时，铸坯中微细的Nb(C、N)由γ晶粒中析出，钢的延塑性变差，容易导致铸坯表面裂纹的产生，因此成为含Nb钢连铸坯质量的主要问题之一。为了优化二冷制度，确保铸坯质量，对H型钢种用Gleeble-2000热模拟试验机进行了钢的热塑性试验，确定了钢的的最佳矫直温度范围（见图一），图中A、B、C 分别代表SM400B、MA345 和SM490B 钢的高温塑性曲线。据此，对连铸二

冷段比水量进行了调整，在原来的基础上下调了0.05～0.10 升/公斤钢，使异型坯的质量得到了较大的高。

图1 刚的高温塑形曲线

3.1.7 采用控制轧制技术

所谓控制轧制就是在热轧过程中通过对加热制度、变形制度的合理控制，使热塑性变形和固态相变相结合，尽量细化奥氏体的晶粒，以及用变形的方法使奥氏体产生更多的位错、亚晶界等，形成细小的铁素体和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的综合目的。控轧工艺如下：

（1）控制加热温度

根据有关的研究成果，只有在均热温度下处于固溶态的合金元素才可能起到阻止再结晶的作用。均热温度较低时，将存在部分未溶微合金碳氮化物，它们不可能产生阻止奥氏体再结晶的作用。提高均热温度固然可以使有关的合金元素溶解，但均热温度过高会造成晶粒过分粗大，而形变晶粒细化效果与初始晶粒尺寸有密切的关系，无再结晶形变之前的晶粒尺寸越细小，最终所得的晶粒有效界面积越大，所以通常未再结晶区控制轧制钢的均热温度应选取在微合金元素碳氮化物全固溶温度略高一点（约高20℃左右）的温度。由于Nb的固溶量与温度的关系符合下式：

lg[Nb][C]=A-B/(273+t)

式中：[Nb]、[C]分别为固溶在钢中的Nb和C元素的质量分数；A、B为常数；t为温度。对lg[Nb][C]和温度t 进行回归分析，便可确定Nb的固溶度积公式，再由固溶度积公式，便可确定Nb微合金化钢的全固溶温度。

（2）控制粗轧机开轧温度和粗轧累计变形率

在钢的无再结晶温度以下轧制时，变形量再大也不能产生再结晶现象。一般将无再结晶温度至相变点Ar3这一温度区域称为奥氏体未再结晶区。这是控轧的最主要阶段，也是控轧的主要特征。轧制时γ晶粒被拉长，产生了变形带和大量的位错，当发生相变时就得到细小的铁素体晶粒，并且随着变形量的加大，转变后的铁素体数量增加，珠光体数量减少。在未再结晶区的变形量有累积作用，在未再结晶区多道次的变形就可以使γ→α形变后获得均匀细小的铁素体晶粒，其细

化程度可达11~12 级。经Gleeble-2000热模拟试验机实验研究，测定了Nb 微合金化钢在万能轧机轧制条件下的无再结晶温度。目前在粗轧机内在相应钢种的无再结晶温度以下进行轧制，并能保证累计变形率>60％，从而达到了细化铁素体晶粒的目的。

3.2金相组织

Nb微合金化R热轧钢的显微组织均为铁素体＋珠光体，由于采用了Nb微合金化技术和控制轧制技术，显微组织均较细小，晶粒度为9～11 级。显微组织和奥氏体晶粒图2和图3。

图2 组织照片

图3 奥氏体晶粒照片

4、结语

微合金Nb通过利用在不同条件下产生溶解和析出机理起抑制晶粒长大达到以及产生沉淀强化作用，在实际生产中通过控制轧制技术结合低过热技术、无氧化保护浇铸技术以及对Nb微合金化钢型坯连铸二冷制度的优化及，大大提高了从钢坯成型的质量，为生产出合格的微合金控制轧制钢提供了保证。

参考文献：

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中厚板的控制轧制与控制冷却工艺

中厚板的控制轧制与控制冷却工艺 孙洪亮 （材料成型及控制工程，1233010149） 【摘要】近三十年以来，控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展，各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以利用，明显的改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为了节约能耗、简化生产工艺和开发钢材新品种创造了有力条件。目前国内外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。控制轧制和控制冷却工艺的开发与理论研究进一步揭示了热变形过程中变形和冷却工艺参数与钢材的组织变化、相关规律以及钢材性能之间的内在关系，充实和形成了钢材热变形条件下的物理冶金工程理论，为制定合理的热轧生产工艺提供理论依据。关键词:宽厚板厂，控制轧制，控制冷却 【关键词】控制轧制；控制冷却；冷却段长度 In the controlled rolling and controlled cooling technology of plate Abstract：For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtained the rapid development in foreign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save energy consumption, simplify production process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt controlled rolling and controlled cooling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high qualified steel plate. Controlled rolling and controlled cooling technology development and theory research of further reveals that the thermal deformation in the process of deformation and cooling process parameters and the change of the organization of the steel, the relevant laws and the internal relations between steel performance, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process. Keywords: generous plate factory, controlled rolling and controlled cooling Key Words:Control rolling; Controlled cooling; Cooling length 1引言 近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高，除了具有高强度外，还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上许多国家都利用控轧和控冷工艺生产高寒地区使用的输油、输气管道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板，以及造船板、桥

钢材的控制轧制和控制冷却Word版

钢材的控制轧制和控制冷却 一、名词解释： 1、控制轧制：在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度、温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能。。 2、控制冷却：控制轧后钢材的冷却速度、冷却温度，可采用不同的冷却路径对钢材组织及性能进行调控。 3、形变诱导相变：由于热轧变形的作用，使奥氏体向铁素体转变温度Ar3上升，促进了奥氏体向铁索体的转变。在奥氏体未再结晶区变形后造成变形带的产生和畸变能的增加，从而影响Ar3温度。 4、形变诱导析出：在变形过程中，由于产生大量位错和畸变能增加，使微量元素析出速度增大。 两相区轧制后的组织中既有由变形未再结晶奥氏体转变的等轴细小铁素体晶粒，还有被变形的细长的铁素体晶粒。同时在低温区变形促进了含铌、钒、钛等微量合金化钢中碳化物的析出。 5、再结晶临界变形量: 在一定的变形速率和变形温度下，发生动态再结晶所必需的最低变形量。 6、二次冷却：相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。 二、填空： 1、再结晶的驱动力是储存能，影响其因素可以分为：一类是工艺条件，主要有变形量、变形温度、变形速度。另一类是材料的内在因素，主要是材料的化学成分和冶金状态。 2、控制冷却主要控制轧后钢材冷却过程的（冷却温度）、（冷却速度）等工艺条件，达到改善钢材组织和性能的目的。 3、固溶体的类型有（间隙式固溶）和（置换式固溶），形成（间隙式）固溶体的溶质元素固溶强化作用更大。 4、根据热轧过程中变形奥氏体的组织状态和相变机制不同，将控制轧制划分为三个阶段，即奥氏体再结晶型控制轧制、奥氏体未再结晶型控制轧制、在A+F两相区控制轧制。 5、以珠光体为主的中高碳钢，为达到珠光体团直径减小，则要细化奥氏体晶粒，必须采用（奥氏体再结晶）型控制轧制。 6、控制轧制是在热轧过程中通过对金属的（加热制度）、（变形制度）、（温度制度）的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合使钢材具有优异的综合力学性能。 7、钢的强化机制主要包括（固溶强化）、（位错强化）、（沉淀强化）、（细晶强化）、（亚晶强化）、（相变强化）等，其中（绕过）机制既能使钢强化又使钢的韧性得到提高。

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A k≤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A k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A k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

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钢材的控制轧制与控制冷却技术

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高级别管线钢概述 管线钢是指用于输送石油、天然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。随着石油、天然气消费量的增长，其输送的重要性显越发突出，尤其是长距离输送。而提高输送效率，提高输送的经济效益就要通过加大输送管道口径，提高输送压力来解决。从而提高了对高级别、高性能管线钢的需求。 1、国内发展概况 我国管线钢的起步较晚，国内生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，X60～X70级管线钢已在国际市场上占有一定的地位，目前国内已投入生产的X80级管线钢质量也达到了国际先进水平，X100级管线钢已经研制出来。随着国内冶金技术装备水平的提高，我国能生产管线钢板卷的企业逐渐增多，但是能够生产X70及以上级别的钢厂仅有宝钢、武钢、鞍钢、舞钢、等。近两年来，许多钢铁厂加大了对高级别管线钢的研究开发，宝钢已研发出X120级别的管线用钢板。 21世纪是我国输气管建设的高峰时期。“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法，这条管线全长4167km，输送压力为10MPa，管径为1016mm，采用的钢级为X70、厚度4.6mm，-20℃的横向冲击功≥120J。从西气东输工程钢材与钢板的国产化率统计看（表1.1）[1]，此项目X70钢材与钢管的总国产化率并不高，说明我国迫切需要加速高钢级管线钢宽厚板生产能力的建设。从总体上来看，我国X80级别以上高级别管线钢与国际上还有很大的差距，同级别管线钢的开发与应用整整比发达国家晚了近30年。 表1.1西气东输工程钢材与钢板的国产化率统计 2、国外发展概况 国外高级别管线钢呈现强劲的发展趋势，从20世纪70年代初期X65管线钢开始投入使用，80年代X70级管线钢逐渐被引入工程建设，1985年API标准中

控制轧制的应用分析

控制轧制的应用分析 摘要：控制轧制是目前世界上轧制中经常使用的技术。一般认为控制轧制技术是在20世纪60—70年代确立的，但实际上早在1920年，这一技术就初见端倪了，以后经过无数技术人员长期不断的努力才发展至今天的成就。这项工艺，节约合金，简化工序，节约能源消耗的先进轧钢技术，大幅度提高钢材的综合性能。本书的目的在于通过整理控制轧制技术进步的历程，向读者揭示控制轧制技术的重要性。主要介绍控制轧制的定义、种类、机理、优缺点、控制轧制与传统轧制的比较以及控制轧制技术在线棒材﹑型钢﹑双相钢生产中的应用。 关键词：控制轧制控制轧制机理控制轧制应用 前言： 随着科学技术的迅速发展，近几年来中国钢铁工业得到了高速发展，在钢铁工业的各项产品中，控制轧制是近十多年来国内外新发展起来的轧钢生产新技术，受到国际冶金界的重视。各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以应用，明显地改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为节约能耗，简化生产工艺，开发钢材新品种创造了有利条件。 1 控制轧制的概述 1.1控制轧制的定义 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，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。 1.2控制轧制与普通轧制的比较 与普通生产工艺相比，通过控制轧制生产技术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﹑降低碳含量﹑节省合金元素以及保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。 1.3 控制轧制的种类 (1)完全再结晶型控制轧制。全部变形在奥氏体再结晶区进行，终轧温度不低于奥氏体再结晶温度上限，道次变形量不低于奥氏体再结晶的临界变形量 (2)再结晶型控制轧制与未再结晶配合的控制轧制。这一工艺特点是，在完全再结晶区进行一定道次的变形，在部分再结晶区进行待温，而在奥氏体的未再结晶区继续轧制一定道次，并在未再结晶区结束轧制 (3) 完全再结晶型、未再结晶和(γ+α) 两厢区控制轧制。这种工艺特点是，在奥氏体完全再结晶区轧制一些道次，接近部分再结晶区进行待温或快冷，进入未再结晶区温度后继续轧制，并且当钢温已经达到(γ+α)两相区时轧制一定道次，达到一定变形量后终止轧制。 如图1

冶炼管线钢生产工艺

冶炼管线钢的工艺设计

摘要： 本文主要介绍了管线钢的基本概念，技术要求，及冶炼X65工艺过程中的一些具体措施和参数。最后介绍了轧制过程中的具体方法和参数及实验结果 前言： 该片文章主要研究了管线钢X65在冶炼和轧制过程中需要采取的相应措施，以及采取这些工艺措施的原因，对最后获得钢采取试验测试的方法来验证其化学和力学性能是否满足要求。 1.管线钢的概述 1.1概念 管线钢主要用于石油、天然气的输送。制造石油天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（LPS）。目前管线钢的型号主要有X60、X65、X70、X80、X100等。 1.2管线钢类型 管线钢可分为高寒、高硫地区和海底铺设三类。从油气输送管的发展趋势、管线服役条件、主要失效形式和失效原因综合评价看，不仅要求管线钢有良好的力学性能，还应具有耐负温性、耐腐蚀性、抗海水和HSSCC性能等，在成分和组分上要求“超高纯、超均质、超细化”。 1.3技术要求 (1)高强度。管线钢的强度指标主要有抗拉强度和屈服强度。在要求高强度 的同时，对管线钢的屈强比（屈服强度与抗拉强度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范围内。 （2）高冲击韧性。管线钢要求材料应具有足够高的冲击韧性（起裂、止裂韧性）。对于母材，当材料的韧性值满足止裂要求时，其韧性一般也能满足防止起裂的要求。 （3）低的韧脆转变温度。严酷地地域、气候条件要求管线钢应具有足够低的韧脆转变温度。DWTT的剪切面积已经成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。一般规范要求在最低运行温度下试样断口剪切面积≥极85%。 （4）优良的抗氢致开裂（HIC）和抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）性能。 （5）良好的焊接性能。钢材良好的焊接性对保证管道的整体性和野外焊接质量至关重要。 这其中难点和重点是高韧性，高强度、高韧性是通过控冷技术得到贝地、氏体铁素体组织来保证的。 对于优质管线钢，夹杂物含量应达到下表水平： 优质管线钢中有害元素含量的要求

钢材轧制控制方法

控制轧制的应用 【摘要】控制轧制是在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制新工艺。控制轧制工艺是一项节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢技术，它能通过工艺手段充分挖掘钢材潜力，大幅度提高钢材综合性能，给冶金企业和社会带来巨大的经济效益。本文一直围绕着控制轧制，以控制轧制为中心，简单地介绍了控制轧制的概念，种类，优缺点以及控制轧制的强化机理，一直延伸至控制轧制在现实板带生产中的应用。 【关键字】控制轧制、强度、韧性、板带 【绪论】对低碳钢、低合金钢来说，采用控制轧制工艺主要是通过控制轧制工艺参数，细化变形奥氏体晶粒，经过奥氏体向铁素体和珠光体的相变，形成细化的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的目的。 1、控制轧制的概念 1.1控制轧制的定义 控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。 控制轧制工艺包括把钢坯加热到最适宜的温度，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。通常把控制轧制工艺分为三个阶段，如图1所示：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晶粒经过在γ再结晶区域内的反复变形和再结晶而逐步得到细化的阶段；2）低温奥氏体变形阶段，当轧制变形进入γ未再结晶区域内时，变形后的γ晶粒不再发生再结晶，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α晶粒细小;3)(γ+α)两相区变形阶段，当轧制温度继续降低到A r3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，促进α晶粒的进一步细化。

钢材的生产工艺

三、钢材的生产工艺 碳素钢的定义及钢中五元素 含碳2%以下的铁碳合金称为钢。碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物，即 C、Si、Mn、S、P（碳、硅、锰、硫、磷）。其次是在炼钢过程中不可避免地会混入气体，含O、H、N（氧、氢、氮）。此外，用铝-硅脱氧镇静工艺中，必然在钢水中含有 Al，当Als（酸溶铝）≥0.020%时，还有细化晶粒的作用。化学元素对钢性能的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的

控制轧制过程的基本原理

控制轧制过程的基本原理 历史背景 历史上，碳是提高钢的强度的最重要的化学元素，但碳对许多工艺性能如焊接性能、成型性能有不利的影响。因此，用碳强化的钢的应用受到限制。为了保证钢结构的安全性，要求钢的强度和韧性达到优良的配合，这种含碳较高的钢往往要进行成本高的热处理，如淬火加回火。 为了扩大成本低的高强度钢的应用，物理冶金学家们建议用其它强化机制来替代碳的强化。图1（1）显示，根据d-1/2规律（2），晶粒细化是同时提高强度和韧性的最有效的方法。控制轧制工艺是达到此目的的工业技术，该技术把成型过程与显微组织的控制过程结合起来。 均热温度 为了使加热工艺易于进行，传统方法是采用较高的均热温度。因此，轧制工艺从钢坯加热开始就要控制晶粒尺寸，而且其效果是明显的。人们知道，奥氏体晶粒长大与均热温度决定于均热时要求产生的冶金反应，即使微合金化元素溶于固溶体，其原因将于下面得到解决。对于钢种而言，最低的均热温度决定于铌、碳含量。如图2所示，对于0.10%C、0.03%Nb.的钢来说，其最低均热温度为1150℃。钛形成非常稳定的TiN，如图3（3）所示，它可在相当高的均热温度下控制奥氏体晶粒尺寸。另外钛还可以夺走N b（C、N）相中的N，形成的N b C 化合物更易溶解。在钢中一般氮含量的情况下，T i的最佳含量，即化学比含量，一般很低，

低于0.02%。 log(Nb)(C)=2.96-7510/T…Nordberg and Aronsson log(Nb)(C+12/14N)=2.26-6770/T…Irvine 再结晶控制轧制 钢在热变形过程中发生再结晶。控制这一过程使其发生多次再结晶可导致有效晶粒细化。应当注意每道次轧制应采用的最小变形量，否则将会发生晶粒长大，如图4（4）所示。图5（5）显示出一种典型的轧制制度可获得大约50μm的平均晶粒尺寸。在有铌微合金化的情况下，可以得到更细小的晶粒尺寸。这是因为扩散控制的过程，如道次间的晶粒长大，由于铌原子的直径比γ-Fe原子大15.2%，扩散过程受到很大阻碍。 变形前的奥氏体晶粒愈小，轧制温度愈低，每道次变形量愈大，最终再结晶后的晶粒尺寸愈小。文献[6]表明，如果最后三道次变形至少约25%，大于图5报道的15%，再结晶控

管线钢知识

管线钢知识 石油和天然气的需求迅速增长，2011-2015 年世界范围内管道建设的工程投资每年近400 亿美元。 西气东输二线管道以高强度X80为管材，管径1219mm,压力12MPa,主干线全长 4895km。2010年底的统计资料显示，我国已建立原油管道1.9*104km, 天然气管道 3.3*104km，成品油管道1.6*104km,油气管道总里程已达6.8*104km，2020年有望达到 20*104km。同时，与我国的能源需求和先进国家的管道水平相比，我国管道建设还有巨大的需求和潜力。 一、管道工程面临的挑战与管线钢发展方向 管道的大管径、高压输送与高强度管线钢 由建立在流体力学基础上的设计计算可知，原油管道单位时间输送量与输送压力梯度的平方根成正比，与略大于管道直径的平方成正比。加大管道直径，提高管道工作压力是提高管道输送量的有力措施和油气管道的基本发展方向。 目前认为，输油管道合适的最大管径为1220m m，输气管道合适的最大管径为 1420mm。在输送压力方面，提高压力的追求仍无止境。20世纪50-60年代的最高输送压力为6.3MPa(X52)，70-80年代的最高输送压力为10MPa(X60-65)，90年代后的最高输送压力达14MPa(X70-80)。近年来，国外一些新建天然气管道压力一般为10-15MPa，一些管道压力已超过20MPa (X100-X120)。 由管道设计准则可知，管道工程的大口径、高压输送这一目标可以通过增加钢管壁厚和钢管强度来实现。然而，提高管线钢的强度才是一种理想的选择。这是因为高强度管线钢的采用不仅可减少钢管壁厚和重量，节约钢材成本，而且由于钢管管径和壁厚的减少，可以产生许多连带的经济效益。据统计，在大口径管道工程中，25%-40%的工程成本与材料有关。一般认为，管线钢每提高一个级别，可使管道造价成本降低5%-15%。 管道的低温环境与高韧性管线钢 随着管道工程的发展，对管线钢韧性的技术要求日益提高，韧性已成为管线钢最重要的性能指标。为获取高韧性管线钢，可通过多种韧化机制和韧化方法，其中低碳或超低碳、纯净或超纯净、均匀或超均匀、细晶粒或超细晶粒以及针状铁素体为代表的组织形态是高韧性管线钢最重要的特征。 超纯净管线钢：S W 0.0005%、P< 0.002%、N W 0.002%、O< 0.001%和H< 0.0001%； 超细晶粒管线钢：通过严格控制控轧、控冷条件，目前可获得这种有效晶粒尺寸达到1-2um,因而赋予了管线钢优良的韧性。现代管线钢的A v大都在 200-300J以上，50%FAT可达-45 C以下。经过精心控制的管线钢，其A可高达400-500J 以上，DWTT勺85%FAT可降至-60 °C 以下。 管道的大位移环境与大变形管线钢 所谓大变形管线钢是一种适应大位移服役环境的，在拉伸、压缩和弯曲载荷下具有较高极限应变能力和延性断裂抗力的管道材料。这种管线钢既可满足管道高压、大流量输送的强度要求和满足防止裂纹起裂和止裂的韧性要求，同时又具有防止管道因大变形而引起的屈曲、失稳和延性断裂的极限变形能力，因此大变形管线钢是管道工程发展的迫切需要，也是传统油、气输送管道材料的一种重要补充和发展。 大变形管线钢的主要性能特征是在保证高强韧性的同时，具有低的屈强比 (c s/ (T b V 0.8 )，高的均匀伸长率(如S u > 8%和高的形变强化指数(n> 0.15 )。大变形管线钢的主要组织特征是双相组织。双相大变形管线钢不同于传统的管线钢，也不同于一般意义上的双相钢。它通过低碳、超低碳的多元微合金设计和特定的控制轧制和加速冷

钢材控制轧制和控制冷却技术

钢材控制轧制和控制冷却技术 葛玉洁 （材料成型及控制工程12 学号：9） [摘要]控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。 [关键词]钢材轧制；轧制钢材变形量；控制轧制；控制轧制与控制冷却Controlled rolling and controlled cooling is a technical means for the control of the microstructure and properties of hot rolled steel. It has been widely used in various fields such as hot strip, medium plate, steel bar, rod and steel tube. Controlled rolling and controlled cooling technology by assaulting kibitz, phase transformation strengthening, the strength toughness of steel can be improved. 1引言 1.1控轧控冷技术的发展历史: 20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。20世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制 的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且 还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。 1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技 术已成熟，理论进展发展迅速。 2.控制轧制： 2. 1控制轧制概念: 控制轧制是在热轧过程中把金属范性形变和固态相变结合起来而省去轧后的热处理工序。这是既能生产出强度、韧性兼优的钢材，而又能节约能耗的一项新工艺。控制轧制对轧机的 设备强度、动力和生产控制水平均提出了较高的要求。 3控制轧制的内容 控制轧制参数，包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能。 加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高很多，同时适当地降低轧制温度。从而使多 道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，而使钢材获得符合要 求的组织和性能的钢材. 根据塑性变形、再结晶和相变条件，控制轧制可分为三阶段，如下所

钢材的轧制控制

钢材的轧制控制 向明锁 （辽宁科技大学材料成型及其控制工程12级） 摘要：阐述了控制轧制的机理和工艺特点，介绍了二次加热炉的技术进展，铸轧 一体化技术——CASTRIP的技术发展，减量化技术发展，控制轧制技术发展，指出应积极消化吸收先进的控轧控冷工艺，研制开发出高强、高韧性钢材。 关键词：控制轧制技术发展机理工艺 Abstract: in this paper, the mechanism and process characteristics of controlled rolling are introduced. The technological progress of the two reheating furnace, the technology development of CASTRIP, the development of reduction technology, the development of control rolling technology, and the development of high strength and high toughness steel are pointed out. Key words: control rolling technology development mechanism. 1控制轧制基础 1.1控制轧制的概念控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。 1.2控制轧制的优点控制轧制具有常规轧制方法所不具备的突出优点。归结起来大致有如下几点：（1）许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等综合机械性能有很大的提高。例如控制轧制可使铁素体晶粒细化，从而使钢材的强度得到提高，韧性得到改善。（2）简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。（3）由于钢材的强韧性等综合性能得以提高，自然地导致钢材使用范围的扩大和产品使用寿命的增长。从生产过程的整体来看，由于生产工艺过程的简化，产品质量的提高，在适宜的生产条件下，会使钢材

控制轧制基础

控制轧制基础 一、控制轧制的概念 控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。 二、控制轧制的优点 控制轧制具有常规轧制方法所不具备的突出优点。归结起来大致有如下几点：（1）许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等综合机械性能有很大的提高。例如控制轧制可使铁素体晶粒细化，从而使钢材的强度得到提高，韧性得到改善。 （2）简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。 （3）由于钢材的强韧性等综合性能得以提高，自然地导致钢材使用范围的扩大和产品使用寿命的增长。从生产过程的整体来看，由于生产工艺过程的简化，产品质量的提高，在适宜的生产条件下，会使钢材的成本降低。 （4）用控制轧制钢材制造的设备重量轻，有利于设备轻型化。 三、控制轧制的种类 控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），控制轧制可分为三种类型。 （一）再结晶型的控制轧制 它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。 （二）未再结晶型控制轧制 它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。 （三）两相区控制轧制 它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结束轧制。实验表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15% -30%），回复程度减小。在两相区的高温区，铁素

钢材控制轧制和控制冷却

钢材控制轧制和控制冷却 姓名：蔡翔班级：材控12 学号：

钢材控制轧制和控制冷去卩 摘要：控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。 Abstract: con trolled rolli ng is con trolled cooli ng of hot rolled steel orga ni zati on p erforma nee con trol tech no logy, has bee n widely used in the hot rolled strip steel, pl ate, steel, wire rod and steel pipe and other steel p roducts p roducti on fields.C on trolled rolli ng tech no logy of con trolled cooli ng can p ass over assault ing a p olice officer, p hase tran sformatio n stre ngthe ning and so on, to improve the stre ngth of the steel tough ness. 关键词:宽厚板厂，控制轧制，控制冷却 1.弓i=r 控轧控冷技术的发展历史: 20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认 识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。20 世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。 1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技术已成熟，理论进展发展迅速。 2控轧控冷技术的冶金学原理 2.1 钢的强化机理及对韧性的影响 钢的强化机理主要有：固溶强化、析出强化、位错强化、细 晶强化（晶界强化、亚晶强化）、相变强化等。固溶强化，通过添加C、 Mn Si、Ni等合金元素来获得。通过添加N b、V、Ti微合金元素