控轧控冷技术的发展及在钢管轧制中应用的设想

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控轧控冷技术的发展及在钢管轧制中应用的设想

王国栋

（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳110004）

摘要：传统控轧控冷（TMCP）技术由于受到冷却能力的限制，对钢材性能的提高有一定局限性。为了进一

步强化钢材的性能，提出了以超快速冷却技术为核心的新一代控轧控冷（NG-TMCP）技术。该技术提高了钢的细晶强化、析出强化、相变强化等多种强化机制，充分挖掘了钢材的潜力。介绍了NG-TMCP技术目前在热轧带钢、中厚板、棒线材及H型钢工业生产中的应用进展情况，提出了其在钢管轧制中的应用方案。

关键词：钢管；热轧；控轧控冷技术；超快速冷却；强化机制；性能中图分类号：TG335

%%文献标志码：A%文章编号：1001-2311（2011）02-0001-08

DevelopmentofTMCPandEnvisagedApplicationtoSteelTubeRolling

WangGuodong

（StateKeyLaboratoryofRollingandAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang110004，China）

Abstract：WiththeconventionalTMCP（thermo-mechanicalcontrolprocess），improvementofthesteelper-formanceisrestrainedduetothelimitedcoolingcapacity.Tofurtherstrengthenthesteelperformance，anew-generationTMCPorNG-TMCPwithultra-fastcoolingprocessasthecoretechniqueisproposedtotaketheplaceoftheconventionalTMCP.ThankstothesaidnewTMCP，thesteelmechanismofmulti-strengtheningofgrainrefining，precipitationandphase-transformationisimproved，andthusthepotentialofthesteelisfurthertapped.DescribedinthearticlearetheprogressesofapplicationsoftheNG-TMCPtosteelhot-rollingoperationsforsuchproductsasstrip，mediumplate，wirerodandH-beametc.Alsoproposedisthetentativeplanforappli-cationofthetechnologytothetube-rollingprocess.

Keywords：Steeltube；Hot-rolling；TMCP；Ultra-fastcoolingtechnique；Strengtheningmechanism；Per-formance

1TMCP技术

控制轧制和控制冷却（简称控轧控冷，英文缩写TMCP）技术是随着钢铁材料性能的提高和新钢种开发的需要而产生的，并随之得到了持续的发展与应用，其可在不降低韧性的前提下获得更高的强度

王国栋（1942-），男，教授，博士生导师，中国工程院院士，中国金属学会常务理事，中国金属学会轧钢学会副理事长、轧制理论学术委员会主任。长期从事钢铁材料轧制理论、工艺、自动化等领域的应用基础和工程技术研究。先后主持和完成多项国家重点基础研究发展计划（973）项目、高技术研究发展计划（863）项目、国家自然科学基金项目等。

和更优良的韧性。TMCP技术作为实现钢铁材料组织细化的重要技术手段，已成为现代轧制生产中不可缺少的工艺技术，是20世纪钢铁业最伟大的成就之一［1-2］。

在TMCP技术的发展历程中，人们首先认识到的是控制轧制。控制轧制是一种用预定的程序来控制热轧钢的变形温度、压下量、变形道次、变形间隙和终轧后冷却速度的轧制工艺，把钢的形变再结晶和相变效果联系起来，以细化晶粒为主，充分挖掘钢材的潜在能力，大大提高钢材的强度和韧性，使热轧状态钢材具有优异的低温韧性和高强度［3］。其核心是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在

钢管2011年4月第40卷第2期

STEELPIPEApr．2011，Vol．40，No．2

2专家论坛

奥氏体中积累大量的能量，力图在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体，为后续的相变过程实现晶粒细化做准备。

控制轧制的基本手段是“低温大压下”和添加微合金元素。所谓“低温”是指在接近相变点的温度下进行变形，由于变形温度低，因此可以抑制奥氏体的再结晶，保持其硬化状态。“大压下”是指施加超出常规的大压下量，这样可以增加奥氏体内部储存的变形能，提高奥氏体硬化程度。添加微合金元素（例如Nb）是为了提高奥氏体的再结晶温度，使奥氏体在比较高的温度下还处于未再结晶区，从而增大奥氏体在未再结晶区的变形量，实现奥氏体的硬化。

仅通过控制轧制对钢材性能的提高有一定的局限性，比如“低温大压下”与长久以来形成的“趁热打铁”的传统观念背道而驰，它必然受到设备能力等条件的限制，操作方面的问题也不容回避。为了突破控制轧制的限制，同时也是为了进一步强化钢材的性能，在控制轧制的基础上，又开发了利用轧材余热进行热处理的控制冷却技术。控制冷却的核心是对处于硬化状态的奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化晶粒，或通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能，其理念可以归纳为“水是最廉价的合金元素”。

控制轧制和控制冷却始终与微合金化紧密联系在一起，因为Nb等微合金元素的加入，可以显著提高钢材的再结晶温度，使材料很大一部分热加工区间位于未再结晶区，从而大大强化了奥氏体的硬化状态。当然，加入微合金元素除了有利于奥氏体硬化外，还经常会以碳氮化物的形式析出，对材料实行沉淀强化，从而对材料强度的提高做出贡献。但应当注意的是，微合金元素的加入，甚至是合金元素的加入，都会大幅度提高材料的碳当量，显然这会恶化材料的焊接性能。至于合金元素的添加，对于奥氏体相区的控制、淬透性控制、相变组织控制会有至关重要的影响，应在具体材料设计中根据需要予以考虑。

图1TMCP工艺特征

的研究与开发中发现，超级钢在轧制时只有遵循“低温、大压下及随后快速冷却”的原则才能获得3～5μm的细小晶粒；开发双相钢和TRIP钢（相变诱导塑性钢）要求迅速准确地控制温度；薄板坯连铸连轧半无头轧制要求短时快速冷却；开发高强度

IF钢（无间隙原子钢）要求在铁素体区进行轧制。总

之，随着新产品的不断开发和轧制技术的不断发展，要求在轧制过程中实现短时、快速、准确控温，而常规的层流冷却（ACC）、气雾式冷却等技术，由于冷却速度不高而难以满足这个要求，因此开发出一种以超快速冷却（UFC）技术为核心的新一代TMCP技术，即NG-TMCP［4-5］。

NG-TMCP的中心是：①在奥氏体区间“趁热

打铁”，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累，得到硬化的奥氏体；②轧后立即进行超快速冷却，使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态；③在奥氏体向铁素体相变的动态相变点终止冷却；④后续依照材料组织和性能的需要进行冷却路径的控制。NG-TMCP与TMCP的工艺比较如图2所示。

TMCP工艺特征如图1所示。

2TMCP技术的新进展

2.1新一代TMCP（NG-TMCP）的基本概念

随着轧制技术的发展和对新钢种开发的不断追求，对控制冷却技术提出了更高的要求。在超级钢

STEELPIPEApr．2011，Vol．40，No．2

1—快速冷却

2—低温大压下

3—动态相变点

图2NG-TMCP与TMCP的工艺比较

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采用NG-TMCP技术，目的也是得到硬化的奥氏体。因此，即使在较高的温度下，也可以通过连续大变形和应变积累，在轧后通过高冷却速度得到硬化的、充满“缺陷”的奥氏体。换言之，在现代的

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NG-TMCP热轧生产线上，即使不用“低温大压下”，

也可以实现奥氏体的硬化。在这种情况下，就希望尽量采用适于轧件变形的常规的轧制温度，但此时终轧温度较高，如果不加控制，材料会由于再结晶而迅速软化，失去硬化状态。因此，在终轧温度和相变开始温度之间的冷却过程中，应努力 …… 此处隐藏：9414字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……