中厚板控轧控冷技术.pptx
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1、RAL讲讲 座座 内内 容容1 概概 述述 2 控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理3 中厚板控轧控冷的特点和关键技术中厚板控轧控冷的特点和关键技术4 控轧控冷的数学模型与自动控制控轧控冷的数学模型与自动控制 5 国外典型厚板轧机的控轧控冷介绍国外典型厚板轧机的控轧控冷介绍6 结结 语语RAL概概 述述中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL1 概概 述述-控冷的意义控冷的意义两个通俗说法两个通俗说法:1 水是最廉价的合金元素水是最廉价的合金元素 (可以用水替代合金元素来改变钢材的性能可以用水替代合金元素来改变钢材的性能)2 中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机
2、中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机 (目前我们还没有充分利用好水的作用目前我们还没有充分利用好水的作用)川崎水岛:川崎水岛:12000 m3/h,迪林根:迪林根:14000 m3/h 宝钢宝钢2050:14000 m3/h,1580:13000 m3/h RAL1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性 用户要求:产品性能(强度、韧性、焊接性、冲击性能用户要求:产品性能(强度、韧性、焊接性、冲击性能)决定性能的因素:组织结构(晶粒、析出、组织分数决定性能的因素:组织结构(晶粒、析出、组织分数)决定组织的因素:成分和工艺(压下率、温度、冷却速度)决定组织的因素:成分和工艺(压下率、温度、冷却速
3、度)材料加工过程是冶金过程柔性制造技术材料加工过程是冶金过程柔性制造技术钢种钢种成分成分加工工艺加工工艺3加工工艺加工工艺2加工工艺加工工艺1组织特征组织特征3组织特征组织特征2组织特征组织特征1用户需求用户需求3用户需求用户需求2用户需求用户需求1RAL 急需通过控轧控冷改变性能的钢种急需通过控轧控冷改变性能的钢种 管线钢:开发西部,西气东输工程管线钢:开发西部,西气东输工程 高级别船板高级别船板 高强度工程机械用钢高强度工程机械用钢 抗震耐火钢(日本阪神大地震后提出)抗震耐火钢(日本阪神大地震后提出)新一代钢铁材料:超级钢新一代钢铁材料:超级钢1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开
4、发产品开发RAL 新一代钢铁材料:超级钢简介新一代钢铁材料:超级钢简介思路:超洁净、超细晶、超均匀,实现强度翻番思路:超洁净、超细晶、超均匀,实现强度翻番国家重大基础研究项目国家重大基础研究项目(973),参与国际竞争(日、美、韩),参与国际竞争(日、美、韩)RAL承担通过轧制和冷却控制细化晶粒,提高性能承担通过轧制和冷却控制细化晶粒,提高性能经过经过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产工艺改进:重新分配压下量,控制终轧温度,卷取温度工艺改进:重新分配压下量,控制终轧温度,卷取温度效果:效果:Q235屈服强度屈服强度400MPa,抗拉强度抗拉强度510
5、MPa 延伸率延伸率28,宽冷弯合格,晶粒尺寸:,宽冷弯合格,晶粒尺寸:3.9微米微米1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发RAL超级钢实验情况:超级钢实验情况:Super-SS400宝钢首批试制宝钢首批试制200200吨,为一汽供货吨,为一汽供货投料冲压作发动机前置横梁投料冲压作发动机前置横梁40004000件,成品率件,成品率10010020012001年年千吨级供货,千吨级供货,20022002年万吨级;年万吨级;500500MPaMPa级超级钢级超级钢研究工作已经取得良好进展;研究工作已经取得良好进展;预期效果:预期效果:第一步第一步:通过控轧控冷,节省合金元素,通过
6、控轧控冷,节省合金元素,降成本降成本(200(200元元/吨吨)第二步第二步:减小钢板厚度,减轻车重,降低油耗减小钢板厚度,减轻车重,降低油耗 第三步第三步:改进车型设计,远景:改进车型设计,远景:3 3升车升车(宝钢参加国际行动)(宝钢参加国际行动)1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发RAL1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发10001000,保温,保温3min3min,900900、20%20%变形变形850850、25%25%变形变形770770、67%67%变形变形 道次间道次间10/s10/s冷却冷却变形后变形后 7/s7/s冷却冷却25m25
7、mm超级钢超级钢Super-SS400工业生产条件下显微组织工业生产条件下显微组织晶粒晶粒3.9卷取温度卷取温度400,抗拉强度,抗拉强度500实验室实验结果实验室实验结果工业生产结果工业生产结果RAL国外厚板控轧设备发展情况国外厚板控轧设备发展情况 -淘汰第一代中板轧机,建设强力型轧机板凸度控制功能淘汰第一代中板轧机,建设强力型轧机板凸度控制功能 *德国迪林根德国迪林根:10000kW2,10000吨吨 *瑞典瑞典SSAB:4000mm,10000kW2,10000吨吨 -特点各异的待温冷却工艺和装置特点各异的待温冷却工艺和装置 *侧辊道侧辊道 *中间喷淋中间喷淋 *交叉轧制工艺交叉轧制工艺
8、 -强力型矫直机强力型矫直机1 概概 述述-国外控制轧制技术发展情况国外控制轧制技术发展情况RAL国外厚板控冷设备发展情况国外厚板控冷设备发展情况 -控冷已经成为提高钢材性能的基本手段控冷已经成为提高钢材性能的基本手段 *TMCP率:率:住友鹿岛:住友鹿岛:52,曼海姆:,曼海姆:80 -很多公司形成了自己独特的技术很多公司形成了自己独特的技术 *新日铁的新日铁的CLC技术技术 *川崎制铁的川崎制铁的MACS技术技术 *住友金属的住友金属的DAC技术技术 *欧洲:欧洲:MACOS(曼海姆曼海姆),ISC(蒂森蒂森),ADCO(法国法国)-DQ的研究和应用取得良好效果的研究和应用取得良好效果1
9、概概 述述-国外发展控制冷却设备情况国外发展控制冷却设备情况RAL现代中厚板轧机外观现代中厚板轧机外观RAL中厚板轧机侧视中厚板轧机侧视RAL轧制中的中厚板轧机轧制中的中厚板轧机RAL1 概概 述述-国外厚板轧机的控冷系统国外厚板轧机的控冷系统RAL 强力型轧机强力型轧机 -济钢济钢3500mm,7000吨,吨,7000kW2 -首钢首钢3500mm,7000吨,吨,7000kW2 -鞍钢鞍钢4300mm,8000吨,吨,6000kW2 -宝钢宝钢5000mm,10000吨,吨,10000 kW2 强力型矫直机强力型矫直机 -鞍钢鞍钢3000mm -首钢首钢2100吨吨1 概概 述述-国内轧机
10、发展情况国内轧机发展情况RAL 对控轧控冷的重要作用已有认识对控轧控冷的重要作用已有认识 很多厂家利用国内力量装备控轧控冷设备很多厂家利用国内力量装备控轧控冷设备(强力轧机强力轧机ACC)-鞍钢,首钢,济钢,南钢,舞阳,新余鞍钢,首钢,济钢,南钢,舞阳,新余 一些厂家在观望,一些厂家在观望,有矛盾心情有矛盾心情:-引进国外技术,引进国外技术,价格昂贵,价格昂贵,难以承受难以承受 -使用国内技术,使用国内技术,担心可靠性,担心可靠性,承担责任承担责任 “狭路相逢勇者胜狭路相逢勇者胜”,敢于抓住机遇,敢于抓住机遇,迈出第一步者,迈出第一步者,将在产品竞争中走在前面将在产品竞争中走在前面1 概概 述
11、述-国内控制冷却设备发展情况国内控制冷却设备发展情况RAL国内中厚板控轧控冷研究状况国内中厚板控轧控冷研究状况:-中厚板轧制及冷却过程温度场的中厚板轧制及冷却过程温度场的FEM模拟模拟 -中厚板组织性能演变与控制的模拟研究中厚板组织性能演变与控制的模拟研究 -组织性能预报数学模型与软件开发组织性能预报数学模型与软件开发 -中厚板新钢种的开发中厚板新钢种的开发(高强钢、耐火钢、桥梁钢高强钢、耐火钢、桥梁钢.)-轧制与冷却实验设备开发(鞍钢、酒泉、宝钢)轧制与冷却实验设备开发(鞍钢、酒泉、宝钢)-控冷设备开发研制(控冷设备开发研制(RAL+营口流体设备集团)营口流体设备集团)*水幕装置,管层流装置
12、(水幕装置,管层流装置(直管式,直管式,U型管式,气雾式)型管式,气雾式)*快速响应阀(气动薄膜阀)快速响应阀(气动薄膜阀)*水处理系统水处理系统(大流量反冲洗过滤器)(大流量反冲洗过滤器)1 概概 述述-国内发展情况国内发展情况RAL控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL2.1 控轧控冷机理控轧控冷机理2.2 控制轧制控制轧制 轧制温度制度(加热、粗轧、精轧,待温)轧制温度制度(加热、粗轧、精轧,待温)轧制压下制度(粗轧、精轧压下量,方向)轧制压下制度(粗轧、精轧压下量,方向)液压弯辊等板凸度控制制度液压弯辊等板凸度控制制度
13、2.3 控制冷却控制冷却ACC 冷却模式,冷却温度制度冷却模式,冷却温度制度2.4 直接淬火直接淬火DQ 淬火温度,回火制度(温度、时间)淬火温度,回火制度(温度、时间)2 控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理RAL控轧控冷工艺图示控轧控冷工艺图示K2.1(DQ)(DQ)(ACC)RAL组织、成分、性能、组织、成分、性能、TMCP条件的关系条件的关系K2.24切变切变多边形铁素体多边形铁素体 RAL控轧控冷的组织变化控轧控冷的组织变化K2.2RAL加热温度(碳氮化物溶解,晶粒长大)加热温度(碳氮化物溶解,晶粒长大)粗轧变形制度:粗轧压下量(变形深入,粗轧变形制度:粗轧压下量(变形深入,RCR)
14、精轧阶段轧制温度控制精轧阶段轧制温度控制进入未再结晶区进入未再结晶区合理的精轧温度合理的精轧温度待温制度的确定待温制度的确定精轧阶段轧制变形控制精轧阶段轧制变形控制未再结晶区总变形量未再结晶区总变形量精轧道次压下量精轧道次压下量控轧控冷中工艺制度制订原则控轧控冷中工艺制度制订原则RAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理轧制后奥轧制后奥氏体晶粒氏体晶粒铁素体铁素体形核形核相变后相变后控冷后控冷后形变硬化的铁素体形变硬化的铁素体RAL2.1 控制轧制和控制冷却机理示意控制轧制和控制冷却机理示意变形前奥氏体晶粒变形前奥氏体晶粒变形后晶粒被拉长变形后晶粒被拉长铁素体形核铁素体
15、形核相变完成相变完成冷却冷却轧制轧制RAL变形带与其上的析出变形带与其上的析出T4.10变形带变形带变形带上变形带上的析出的析出RAL珠光体的不同形核地点珠光体的不同形核地点T4.15变形工具钢a)晶界b)退火孪晶c)变形带d)晶内RAL奥氏体晶粒尺寸与铁素体晶粒尺寸的关系奥氏体晶粒尺寸与铁素体晶粒尺寸的关系试样为7mm厚的空冷钢板空心符号:无变形实心符号:热变形后空冷RAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理再结晶区控轧:再结晶区控轧:微合金钢微合金钢 950,普碳钢基本在再结晶区轧制,普碳钢基本在再结晶区轧制总变形量总变形量 60%机机 理:理:变形区内有动态恢复和
16、动态再结晶变形区内有动态恢复和动态再结晶道次间歇期间完成再结晶道次间歇期间完成再结晶反复轧制再结晶使晶粒变细反复轧制再结晶使晶粒变细低温再结晶区晶粒细化明显。低温再结晶区晶粒细化明显。RAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理未再结晶区控轧:未再结晶区控轧:空冷或喷淋控制轧制温度到奥氏体未再结晶区空冷或喷淋控制轧制温度到奥氏体未再结晶区温度范围通常为温度范围通常为Ar3900(950)总变形量大于一定数值(总变形量大于一定数值(70)道次变形量大于一定的数值道次变形量大于一定的数值机机 理:理:变形奥氏体晶粒被拉长变形奥氏体晶粒被拉长形成大量变形带、孪晶和位错形成大量变
17、形带、孪晶和位错增加形核点,相变后细化晶粒增加形核点,相变后细化晶粒RAL未再结晶区变形量与奥氏体晶界面积和未再结晶区变形量与奥氏体晶界面积和变形带密度的关系变形带密度的关系T4.11含铌钢,Nb:0.03%低于30:变形带密度增加缓慢高于30:迅速增加RAL铁素体晶粒尺寸与奥氏体界面面积的关系铁素体晶粒尺寸与奥氏体界面面积的关系T4.12奥氏体晶粒尺寸有效的奥氏体晶界面积铁素体晶粒尺寸变形量晶界变形带RAL为什么要低温轧制为什么要低温轧制中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL轧制温度对组织和力学性能的影响轧制温度对组织和力学性能的影响K230.18C1.36M
18、n钢各道次压下量20总计9道次轧制到20mm轧制温度变化范围200RAL热变形奥氏体的温度压下量再结晶图热变形奥氏体的温度压下量再结晶图K213压下量压下量/压下量压下量/CMn钢轧制后1s水冷含铌钢轧制后3s水冷RAL900以下变形量与韧脆转变温度的关系以下变形量与韧脆转变温度的关系K52钢板厚度10mm2mm切口夏氏值横向RAL轧制温度对晶粒尺寸和性能的影响轧制温度对晶粒尺寸和性能的影响K2413050MPaRAL三种控制轧制的策略、参数和机理三种控制轧制的策略、参数和机理两相区控轧:两相区控轧:如需进一步的提高强度,可降低终轧温度如需进一步的提高强度,可降低终轧温度750在奥氏体和铁素体
19、两相区轧制在奥氏体和铁素体两相区轧制机机 理:理:奥氏体继续被拉长,晶粒内形成变形带及位错奥氏体继续被拉长,晶粒内形成变形带及位错在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒先析出铁素体变形后内部形成亚晶,使强度提高先析出铁素体变形后内部形成亚晶,使强度提高RAL为什么进行两相区轧制为什么进行两相区轧制中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RALAr3以下压下量与力学性能关系以下压下量与力学性能关系实验室数据():实验室数据():0.17C1.6Mn钢,钢,1150加热,加热,Ar3为为730两相区轧制,利用铁素两相区轧制,利用铁素体的
20、位错亚结构强化体的位错亚结构强化K2.7RAL两相区轧制对组织和性能的影响两相区轧制对组织和性能的影响K62Nb钢在1070、1020 进行62.5的轧制,在850 进行50的轧制后,以710 进行轧制。YS提高60MPa(30);FATT降低70。第三阶段变形量第三阶段变形量/200织构的织构的反射强度反射强度RAL为什么需要强力轧机为什么需要强力轧机低温大压下低温大压下中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL不同钢种的变形抗力不同钢种的变形抗力T6.10温度降低温度降低RAL变形抗力与含碳量的关系变形抗力与含碳量的关系T6.6Si0.25%,Mn1.10%温度
21、低于900时,由于碳含量引起的变形抗力发生明显变化。1000 时,碳含量的变化对变形抗力不产生影响。附带说明:氮通过形成氮化钛和氮化铝等氮化物,细化晶粒而影响变形抗力温度降低温度降低RAL变形抗力与固溶合金元素含量的关系变形抗力与固溶合金元素含量的关系T6.7C0.10%,Si0.25%,Mn1.10%MoSiCrCuNiMn提高变形抗力RAL变形抗力与微合金元素含量的关系变形抗力与微合金元素含量的关系T6.8变形条件Tr加热温度1250T1第一阶段变形温度1050 T2第二阶段变形温度900 NbTiV变形抗力增大RAL控轧控冷中轧制温度控制措施控轧控冷中轧制温度控制措施粗轧机架粗轧机架 待
22、温辊道待温辊道 精轧机架精轧机架方案方案1粗轧机架粗轧机架 喷淋冷却喷淋冷却 精轧机架精轧机架方案方案2粗轧机架粗轧机架 交叉轧制交叉轧制 精轧机架精轧机架方案方案3RAL实行大压下道次数减少后轧制负荷的增大实行大压下道次数减少后轧制负荷的增大Blue10板凸度、板形控制的作用板凸度、板形控制的作用RAL板形控制手段的作用板形控制手段的作用板形、板凸度控制手段是强力型轧机的必备手段板形、板凸度控制手段是强力型轧机的必备手段强力型轧机实行大压下强力型轧机实行大压下与普通轧机相比,大轧制力造成板凸度增大与普通轧机相比,大轧制力造成板凸度增大利用板形和板凸度调整手段,保证比例凸度达到利用板形和板凸度
23、调整手段,保证比例凸度达到设定要求设定要求如果无板凸度调整手段,凸度无法保证,大压下如果无板凸度调整手段,凸度无法保证,大压下形同虚设形同虚设RAL比例凸度放松的效果比例凸度放松的效果hPhn力矩限制轧制力限制比例凸度恒定限制RAL板凸度控制手段双锥度板凸度控制手段双锥度BUR最大改善30mRAL板凸度调整手段液压弯辊板凸度调整手段液压弯辊BURBWRBRALCVC轧机的凸度调整轧机的凸度调整等效凸度横移距离RALPC轧机P的原理与特点RALHCW轧机轧机BURWRSSRAL改造后轧制范围扩大改造后轧制范围扩大Blue13RAL为什么要进行控制冷却为什么要进行控制冷却中厚板控制轧制与控制冷却技
24、术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座RAL2.3 控制冷却组织变化(细晶与相变强化)控制冷却组织变化(细晶与相变强化)RAL再结晶区控轧未再结晶区控轧两相区控轧控制冷却35m5 10 m1020m加热温度时间2.3 控制冷却晶粒细化和相变强化控制冷却晶粒细化和相变强化RALHSLA控制冷却的作用控制冷却的作用对于添加微合金元素的钢,如果对于添加微合金元素的钢,如果IAC的冷却速度为的冷却速度为10/s时,与时,与空冷相比,其强度可以增加空冷相比,其强度可以增加50100MPa;IAC材的材的vTs基本由合金成分和控制轧制程度决定;基本由合金成分和控制轧制程度决定;由空冷到由空冷到12/s增加
25、冷却速度时,组织变化的顺序为铁素体晶粒增加冷却速度时,组织变化的顺序为铁素体晶粒细化、珠光体带消失及其微细分散、珠光体消失和生成取代它的细化、珠光体带消失及其微细分散、珠光体消失和生成取代它的贝氏体;贝氏体;IAC引起强化的因素有:引起强化的因素有:1)铁素体晶粒细化;)铁素体晶粒细化;2)析出强化量增)析出强化量增大;大;3)贝氏体的体积分数增大。其中前)贝氏体的体积分数增大。其中前2相引起屈服点提高,抗相引起屈服点提高,抗拉强度决定于拉强度决定于3)。微合金元素的添加使淬透性提高,从而增大特)。微合金元素的添加使淬透性提高,从而增大特定冷却速度下的贝氏体量;定冷却速度下的贝氏体量;如果想提
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