铌在钢的控轧控冷工艺中微合金化的作用
铌在钢的控轧控冷工艺中微合金化的作用[摘要]本文主要介绍铌的强化原理、铌在钢中微合金化中应用，通过控轧控冷工艺改善铌在钢中的分布来提高铌的性能，以及当今世界铌钢的情况及生产铌钢应用的新工艺。
[关键词]控轧控冷；铌钢；强化；工艺；
1.前言
目前我国热轧钢筋的消费量已达5000余万吨，相对于发达国家钢筋以400n／mm2以上强度级别应用为主的局面，我国仍以335n
／mm2级别的热轧钢筋为主。近年来，随着建筑结构施工规范
gb50010的修订执行hrb400热轧钢筋将逐步成为我国钢筋混凝土结构用主导钢铁材料，该级别钢筋使用比例是逐年上升的趋势。建设部2002年4月正式发布新的《混凝土结构设计规范》后，建筑用钢的产品升级换代不断加快，hrb400热轧钢筋的主导钢种20mnsiv 的必需原料v-fe，vn合金价格大幅上涨，导致生产成本显著升高，急需开发新的生产工艺和替代钢种。
世界范围内的钢筋标准中，iso标准、西欧等国钢筋标准是以轧后余热处理工艺为基础的，而在我国，轧后余热处理钢筋的生产使用受到各种限制，因此高强度级别钢筋生产基本以微合金化为主，在所有的微合金化方式中，以v微合金化最适合长型材生产工艺要求。微合金化元素的应用较多地集中在nb、v、ti三大主要微合金元素，其中对nb元素的研究应用较多地集中在扁平材上。与v元素相比nb析出物的溶入温度较高，因此要求相对高的工艺加热温
铌铁合金化技术
铌铁合金化技术 标准铌铁 巴西矿冶公司生产的标准铌铁主要用于炼钢。这种标准铌铁是用铝热还原法生产的。 表1 化学成分（重量%） 元素标准含量 Nb ≥63.0（典型含量66.5） P ≤0.20 S ≤0.10 C ≤0.20 Pb ≤0.12 Si ≤3.00 Al ≤2.00 Ta ≤0.20 Fe 其余 典型含铌量为66.5%的铌铁相当于金属间相的成分。因而是脆的，较易破碎成要求的块度。铌的标准块度为1-50毫米，围绕着标准块度的各种尺寸分布都是常用的。根据铌铁加入的炉子或钢包的容积大小和合金化技术而决定块度分布。巴西矿冶公司生产的铌铁块度小于规定下限的数量少于10%，而且无粉末成份。 表2 铌铁块度分布举例 钢包容量： 大型钢包（>300吨）20-80毫米* 最常用钢包5-50毫米* 小型钢包（<50吨）5-30毫米* 结晶器添加2-8毫米 喂芯丝添加<2毫米 *这些块度范围的用量占铌铁用量90%以上 表3方式最常用包装 铁桶：每桶净重250公斤；6桶装成一个托盘。 塑料袋：净重1000公斤；一个大袋装上托盘或不装托盘。
化学性质 正如图1所示，铌对氧的亲和力是相当小的。铌对氧的亲和力要比常用脱氧元素和其它微合金元素低，例如钛和钒，甚至低于锰。因此，当铌加入全镇静钢中，其回收率通常为95%或更高。 物理性能 铌铁的密度是8.1克/厘米3。铌铁的比重比钢水的比重稍大，铌铁加入钢水后，有利于铌的回收。 铌铁的熔点范围为1580-1630 C（固相线和液相线温度），比钢水的熔点高。与钢水也不发生热反应。因此，铌铁在钢水中不是熔化过程，而是一个溶解过程。这个溶解过程需要一定时间，对常用的块度需要几分钟时间即可溶解，见图2。 合金化技术 ——块状铌铁在出钢时加入钢包：考虑到铌对氧的亲和力和铌铁的价格，铌铁应在硅铁、铝和锰铁之后加入[2]。必须注意采用无渣出钢以防止块度小的铌铁进入钢渣。 ——在钢包精炼期间加入铌铁是常用方法。钢包吹氩有利于铌的均匀分布。这是冶炼铌含量低的钢种的常用方法，也是对铌含量进行微调的常用方法。 ——喂铌铁芯丝法是进行成分微调的有效方法。由于铌铁颗粒细小，其溶解速度很快。 结果 由于在某些钢中，添加很少量的铌对力学性能有显著的影响，常常需要规定一个较窄的铌含量的分布带。由于几乎100%的铌的回收率和采用钢包处理微调法，在现代化冶炼条件下，能达到铌的标准偏差小于0.0015%，见图3。 参考文献 (1)P.G.Sismanis and S.A.Argyropoulos,I&SM,July 1989, p.39-47. (2)J. Le.Clerc et al., in “Niobium” TMS of AIME; Warrendale(PA), 198 4, p.655-683. (3) A.Bergman and K.Olssen,Steel Times Int., June 1988, p.46.
铌元素对钢的影响.
(1查下稀土(铌Nb对低碳钢的组织影响。如,Nb的加入,会减小母相的层错能,增大新相的应变能,使板条宽度减小,还有Nb是强碳化元素,使C原子偏聚在晶界,起钉扎 作用,等等一些影响。查好了发word给我,带上参考文献 文献搜索工具:1、万方、维普、知网 2、goole-学术搜索- (2查下低碳钢准解理断裂及解理断裂中裂纹传播路径及影响因素。附上文献 (一 Nb在钢中阻止再结晶的进行和阻碍再结晶晶粒长大的作用 显著,原因是Nb的碳氮化物在轧钢时可以“钉扎”晶界,“钉扎力”大于该温度下的再结晶驱动力。含Nb钢中有板状粗大析出物(富N的Nb(C,N和细小的球状析出物(富C的Nb(c, N,其中富c的Nb(C,N可有效地钉扎晶界,Nb还可以与碳、氮结合形成NbC—NbCo.孙NbN等相,在再结晶过程中,因NbC、NbN、Nb(CN对位错的钉扎和阻止亚晶界的迁移使再结晶时间大大延长,且随析出量的增加而增大。Nb的碳化物和氮化物在800~900℃都有一定的溶解,从而在随后的空冷过程中能析出更多细小弥散分布的Nb的碳氮化物,对晶粒长大具有强烈的阻碍作用∞J。另外,由于Nb的原子半径比铁大得多,固溶态Nb在晶界富集浓度高达1.O%以上(原子比,而晶内较低,所以Nb具有强烈的拖曳晶界移动能力,这种作用远高于固溶Ti。Nb的双重作用表现出提高了再结晶的温度、阻止晶粒长大的最终效果。 (二 1、铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。
铌微合金化高强抗震钢筋的生产实践
山西冶金 SHANXI METALLURGY 总第177期 2019年第1期Total 177No.l, 2019 生产实践?应用技术 DOI:10.16525/https://www.360docs.net/doc/8210575604.html,l4-1167/tf.2019.01.39 锭微合金化高强抗震钢筋的生产实践 摘要：介绍了陕西钢铁集团有限公司应用桃微合金化技术生产HRB400E 高强抗震钢筋餉生产情况。经检验， 该工艺生产的产話化学成分和力学性能完全满足国家最新标准要求，且具有一定的经济效益。 关键词:觇微合金化HRB400E 化学成分性能中图分类号:TF533.2 文献标识码:A 文章编号:1672-1152（ 2019 ）01 -0106-03 王培培1,2 （1.西安建筑科技大学， 陕西西安710055； 2.陕西钢铁集团有限公司，陕西西安710018） HRB400E 高强度抗震钢筋以其良好的力学性 能迅速的走入市场，已成为建筑钢筋的主流。微合金 化技术是目前世界各国发展高强度钢筋的主要工艺 路线，帆被认为是提高HRB400E 钢筋强度最合适的 微合金化元素之一山。但是，由于近期飢铁和帆氮合 金价格大幅上涨，越来越多的钢筋生产企业开始采 用規铁代替帆铁和锐氮合金微合金化。陕西钢铁集 团有限公司结合企业生产特点，在稳定钢材性能及 质量的前提下，进行锯微合金化生产试验，以达到降 低合金成本的目的。 1工艺方案 1.1成分设计 依据GB/T 1499.2—2017标准要求，对含锭微合 金化HRB400E 钢筋化学成分（见表1）和力学性能 （见表2）进行设计。 表1規微合金化HRB400E 钢筋成分设计 w(C ) w(Si)w( Mn)w(V(N))w(Nb(Fe))碳当量国标 W0.25W0.80W1.60 —— W0.54 内控0.20-0.250.40-0.601.20-1.400.040-0.050目标值 0.22 0.50 1.260.045 表2視微合金化HRB400E 钢筋力学性能设计 HRB400E 屈服强度，心/MPa 抗拉强度，RJMPa 断后伸长率， A/% 最大力总延伸率， AJ%国标M400M540M16M9.0内控M415 M550M16M9.0目标值 450 610 20 12 收稿日期:2018-12-17 作者简介:王培培（1985—）,女，工程师，本科，西安建筑科技 大学，现从事钢铁冶金工作。 1.2工艺流程 混铁炉— 120 t 转炉T 吹就站—方坯连铸机T 轧钢厂。 1.3操作要点 1.3.1转炉操作要点 1） 保证所有合金烘烤质量,稳定出钢过程温降。 2） 出钢过程所有合金分批加入，总时间大于 2 min,規铁合金随最后一批合金加入。 3） 出钢时间大于4 min,必须保证钢包底吹正 常，且全程底吹搅拌，时间不小于8 min 0 4） 岀钢前保证出钢口完好，做好一次、二次挡 渣，减少出钢口、大炉口下渣。 1.3.2连铸控制要求 1） 连铸过程必须全保护浇铸，且使用自动加渣 装置.液面自动控制系统。 2） 中包温度（见表3）。 表3中包温度控制设计 乜 钢种 开浇炉次 正常炉次 中包温度过热度中包温度过热度 HRB400E 1 533-1 54825-401 523-1 538 15-30 3）拉速控制在2.7-3.1 m/min;二冷比水量在常 规HRB400E 比水量基础上适当降低。 1.3.3轧钢操作要求 1） 试验轧制规格为￠12 mm 、⑦16 mm @20 mm 。 2） 加热炉温度控制要求（见表4）。 表4加热炉温度控制 匕 项目 预热段加热段 均热段 原参数 850-9501 060-1 1501 120-1 150试验参数 9 000-1 000 1 100-1 200 1 160-1 200 3）轧制速度按照现场正常速度控制。
控轧控冷工艺的技术研究及应用
控轧控冷工艺的技术研究及应用 学校：沈阳工业大学 院系： 专业：材料成型及控制工程 姓名：李文华 学号：
控轧控冷工艺的技术研究及应用 李文华 【摘要】介绍了控轧控冷的机理，控制轧制的优缺点。控制轧制与传统轧制的比较；由于各种钢种以及用户对产品性能的要求越来越高，使得控制轧制应用的必要性逐渐增大。高速线材轧制中应用的主要是控制冷却工艺，该技术的核心是通过对加热温度控制、轧前水冷、精轧机内水冷、精轧机组后水冷、风冷线温控等参数实现控制轧制。由于线材的轧制速度相比其它都较高，在生产中产生的变形热也相对较高，实现控制冷却尤为重要，控制加热温度，在轧制的道次间使用间断冷却，保证产品的综合性能（抗拉强度，硬度等等）。在板带材中应用的控制轧制技术的核心是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数, 改善钢材的强度、韧性、焊接性能。 【关键词】控轧控冷；机理；特点；必要性；工艺参数；扩展应用高速线材；加热温度；控轧控冷 Abstract:Describes the mechanism of controlled rolling and cooling to control the rolling of the advantages and disadvantages. Controlled rolling compared with the traditional rolling; because of various steel and users are increasingly demanding high performance, making the need for the application of controlled rolling increases. Application of high-speed wire rod rolling is mainly controlled cooling process, the technology is the core temperature control by heating, cooling before rolling and finishing mill in water-cooled, water cooled after finishing mill, cooling line temperature and other parameters to achieve controlled rolling .As compared to the other wire of the rolling speed is high,the deformation generated in the pooduction of heat is relatively high,the cooling is particularly important to achieve control,control heating temperature,the rolling is particularly important to achieve control,control heating temperture,the rolling of the use of intermittent cooling between passes,to ensure that the intergrated product properties (tensile strength, hardness, etc.). In the application of plate and strip rolling technology is the core of the control during rolling by controlling the heating temperature, the rolling process, the cooling conditions, process parameters, to improve the steel's strength, toughness, weldability. Keywords: mechanism,characteristics,necessity,process parameters,extension using the high speed wire rod, heating temperature,controlled rolling and cooling 引言 控制轧制（C-R）和控制冷却（C-C）技术的研究始于1890年二次世界大战的德国，当时科研人员对钢铁产品的加热工条件、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。 1.控制轧制的概述
控轧控冷对普碳钢组织性能影响的研究
控轧控冷对普碳钢组织性能影响的研究 摘要：介绍了控轧控冷的基本思想和工艺原理，并对比了不同控轧控冷条件下所得到材料的力学性能和晶粒尺寸，验证了控轧控冷技术的一些基本原理，也说明了控轧控冷技术会成为生产高性能钢材的必然趋势。 关键词：控轧控冷；普碳钢；力学性能；晶粒尺寸 1.前言 控制轧制和控制冷却技术，即TMCP，被称为20世纪钢铁行业最伟大的发明。也正是由于TMCP的快速发展，才出现了各种各样高质量优良的钢材，支撑社会的发展和进步[1]。 所谓控制轧制，就是控制热轧条件,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。换言之，即为对奥氏体硬化状态的控制，通过变形在奥氏体中积累大量的能量,在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体,为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。 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,又形成了控制冷却技术。控制冷却的核心思想,是通过控制钢材的冷却速度，同样达到控制硬化奥氏体相变过程的目的,以进一步细化铁素体晶粒,以及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。实现控制冷却的主要媒介是冷却水[2]。 2.实验材料及实验方法 本实验采用普碳钢做实验材料，分为4组。坯料的原始厚度是28mm。钢坯加热温度为1150℃，出炉后采用450热轧实验轧机经过5道次轧制获得2mm左右的钢板，其间运用红外线测温仪测量钢材温度从而达到控制轧制的目的，具体的压下规程（考虑轧机弹跳）和轧制温度见表1和表2. 表1.热轧变形制度（考虑轧机弹跳） 道次 1 2 3 4 5 轧后厚度/mm 15 8 4 1.5 0.8
控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用
控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用 发表时间：2019-04-04T11:51:51.913Z 来源：《防护工程》2018年第36期作者：任晓锋[导读] 本文首先对控轧控冷技术的特点进行了概述，详细探讨了控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用，旨在促进控轧控冷技术的发展。 天津钢管集团股份有限公司天津 300301 摘要：随着我国经济的发展，控轧控冷技术得到了快速的发展。控轧控冷技术是钢材生产中十分重要的工艺技术，因此，探讨控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用具有重要的作用。本文首先对控轧控冷技术的特点进行了概述，详细探讨了控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用，旨在促进控轧控冷技术的发展。 关键词：控轧控冷技术；无缝钢管生产；应用 Abstract:With the development of China's economy, the technology of controlled rolling and controlled cooling has been rapidly developed. Controlled rolling and controlled cooling technology is an important process technology in steel production. Therefore, it is important to discuss the application of controlled rolling and controlled cooling technology in the production of seamless steel tubes. This paper firstly summarizes the characteristics of controlled rolling and controlled cooling technology, and discusses in detail the application of controlled rolling and controlled cooling technology in the production of seamless steel tubes, aiming to promote the development of controlled rolling and controlled cooling technology. Key words: controlled rolling and controlled cooling technology; seamless steel pipe production; application 随着国家产业发展战略对资源节约和可持续发展要求的提高，以及市场竞争的加剧，无缝钢管生产企业越来越需要高性能、节约能源、成本低的无缝钢管生产技术。因此，控制轧制和控制冷却（简称控轧控冷，英文缩写TMCP）技术在无缝钢管生产中越来越受重视。 1 控轧控冷技术的特点 在研究控轧控冷技术的应用之前，首先要全方位的了解该技术的特点以及其发展由来。该技术分为两个部分，第一个部分是控制轧制，第二个部分是控制冷却。在控轧控冷技术的发展历史上，首先出现的是控制轧制。由于其局限性，科研人员又在控制轧制的技术上研究出了控制冷却的方法。 1.1控制冷却 由于控制轧制在轧制过程中得保持相对的低温，所以控制轧制对钢材性能的提高效果不大。为了进一步提高钢材的韧性与强度，基于控制轧制的工艺上，控制冷却技术应运而生。控制冷却的技术特点是对奥氏体的相变过程进行精确控制，并得到更细的奥氏晶粒。在与控制轧制相结合后，再与微合金元素的一起使用，对于整个轧制过程的控制以及质量有了质的提高。 1.2控制轧制 控制轧制技术原理是使用预先设定好的控制程序来控制一些热轧过程中的可调因素，例如变形温度、变形量、变形间隙等等，在终轧后进行快速冷却，以得到所要求的钢铁形变以及韧性性能。 2 控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用 2.1在线常化工艺 在线常化工艺是一种热处理工艺，通常也被称之为在线正火技术。在线正火工艺是针对无缝钢管生产而产生的一种技术，主要以热轧技术和热处理工序为基础，从而保证节能减耗。在生产过程中，该工艺的核心是两次相变过程。一是奥氏体转化成珠光体和铁素体；二是珠光体与铁素体再一次转化成奥氏体组织。通过整个在线正火工艺，生产出来的无缝钢管组织饱满，韧性较好，强度较高，最终提升无缝钢管的综合性能。随着市场对无缝钢管的需求不断加大，该技术已经得到一定的普及。在线常化工艺相对于传统的无缝钢管生产工艺，还有一个明显的优势就是大大降低了对能源的消耗。 2.2在线淬火工艺 在线淬火工艺也是控轧控冷技术在无缝钢管中生产中的重要应用。具体可以分为两种情况，一种是奥氏体不锈钢钢管在线固溶热处理，另一种是碳钢、低合金钢钢管 在线淬火热处理。 （1）奥氏体不锈钢钢管在线固溶热处理奥氏体不锈钢是一种铬镍合金，通常可以通过添加其他金属元素完成对钢材功能的改变，从而根据市场需求生产出符合要求的产品。奥氏体不锈钢在线固溶热处理本身采用的是一种淬火工艺，通过高温加热，将碳元素固溶在奥氏体组织中，形成单一的奥氏体组织。之后进行冷却处理，通常根据实际情况可以采用水冷、油冷、喷冷以及空冷等方式。为进一步提高冷却效率，目前国内已经开始使用相关的机器设备完成相关操作。 （2）碳钢、低合金钢钢管在线淬火热处理对无缝钢管进行在线淬火热处理指的是利用轧制后的余热进行水淬，接着使用回火热处理完成整个生产过程。在线淬火工艺可以有效节约能源。就目前而言，受到生产设备和生产技术的限制，我国跟国外相比还存在较大的差距。随着市场对无缝钢管需求的增加以及能源紧缺的情况，在线淬火工艺生产无缝钢管对于整个工业发展都具有重要的意义。 2.3在线快速冷却工艺 无缝钢管在线快速冷却工艺是基于超快速冷却技术为核心的新一代控轧控冷技术在无缝钢管生产中的新生产工艺。超快速冷却技术是指在精轧机后利用轧制后余热直接进行热处理的工艺，其控制原理是对轧制后的奥氏体施以强化冷却，使金属在很短时间内迅速冷却到铁素体相变温度附近，从而抑制奥氏体晶粒长大，尽量保持奥氏体的硬化状态。该工艺在板带和钢筋生产中已成功应用。无缝钢管在线快速冷却工艺主要受到无缝钢管沿长度方向冷却均匀性和内外表面性能一致性的限制，国内某些厂家已进行了相关研究。 2.4无缝钢管控轧控冷技术应用提高
铌微合金化HRB400生产工艺与性能
铌微合金化HRB400生产工艺与性能 20世纪80年代，国内发展了Nb微合金化技术，Nb微合金化技术要求严格的控轧控冷制度，集中应用在扁平材尖端产品，如管线钢、压力容器和工程机械用钢等产品。为降低生产成本，国内冶金企业近年来相继开始用20MnSiNb代替20MnSiV生产HRB400热轧钢筋，其生产工艺流程为：高炉铁水转炉冶炼→吹氩处理→连铸→棒材连轧。棒材连轧生产线由18架轧机组成，粗、中、精轧机各6机架，平、立交替布置，结构紧凑。 含Nb钢具有矫直横裂敏感性，裂纹在振痕处产生,沿厚度方向向内部扩展。研究认为含Nb 钢的横裂敏感性与矫直温度下Nb(CN)的析出有关。20MnSiNb钢高温塑性低谷区为700～950℃。因此应避免在此温度区间矫直，由此确定其矫直温度大于950℃。 对20MnSi和20MnSiNb钢进行不同温度(-40、-20、0和20℃)冲击试验，20MnSiNb的冲击性能显著高于20MnSi，这是由于20MnSiNb的晶粒较20MnSi晶粒细，钢筋晶粒越细，受外力的作用时钢筋存在更多的晶粒内变形，晶粒越细晶界越多，晶界阻碍裂纹的传播，使钢筋断裂前可以承受较大的塑性变形，吸收的功较多，从而提高钢筋的冲击吸收功。对20MnSiNb 钢筋焊接后进行拉伸试验，力学性能符合GB1499.2-2007要求，并全部断在母材，表明20MnSiNb钢的焊接性能好，满足使用要求。 20MnSiNb钢可采用与20MnSi基本相同的工艺进行生产，力学性能符合GB1499.2-2007规定，焊接性能满足施工现场焊接工艺要求。20MnSiNb钢正常金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，铁素体晶粒度为9.5级，较20MnSi晶粒度提高1级。Nb的主要强化机制是细晶强化、组织强化和Nb(CN)析出强化。20MnSiNb钢250℃×1h时效处理前后其力学性能基本相同，该条件下20MnSiNb钢没有时效倾向；600℃×1h时效处理后，20MnSiNb钢的抗拉强度和屈服强度分别提高50和60MPa。（榕霖）
控轧控冷工艺在盘螺降锰中的应用
控轧控冷工艺在盘螺降锰中的应用 发表时间：2018-05-21T16:52:35.757Z 来源：《基层建设》2018年第4期作者：宣文娟 [导读] 摘要：通过对控轧控冷工艺的应用，能够促进其组织细化和晶粒细化，进而增加盘螺的韧性和强度，保证其抗拉强度和屈服强度较高｡ 中天钢铁集团有限公司江苏常州 213011 摘要：通过对控轧控冷工艺的应用，能够促进其组织细化和晶粒细化，进而增加盘螺的韧性和强度，保证其抗拉强度和屈服强度较高?通过实际应用可以得出，在盘螺降锰中应用控轧控冷工艺，效果显著，其屈服度和强度的比例能够很好的满足抗震钢筋的需求，有效的减少了资源消耗，且合金使用成本也明显降低，进而企业的经济效益得到明显增加? 关键词：盘螺；控轧控冷；工艺改进 一、控轧控冷工艺概述 控轧控冷工艺属于一种板材生产技术，其技术核心主要就是在板材轧制的过程中，通过对冷却条件?轧制过程中?加热温度等工艺参数进行合理控制，进而改变板材的焊接?韧性以及强度性能?随着科学技术的快速发展，控轧控冷工艺已经逐渐巩固和完善。轧控冷可以简单的理解为控制轧制和冷却过程，在Ti?v?Nb等复合低碳微合金钢中得到良好的应用?控制轧制的基础是对钢材的化学成分进行调节，进而控制变形制度?轧制温度?加热温度等工艺参数，对相变产物组织形式和奥氏体状态进行合理控制，进而有效的提升钢材组织性能；控制冷却指的是对钢材轧制后的冷却条件进行控制，通过控制相变条件?奥氏体组织状态以及碳化物析出行为，来改变其性能?通过对控轧控冷工艺的使用，能够显著的提高钢材的综合性能和强韧性，并降低其中的碳元素含量和合金元素含量，通过对贵重合金元素的节约，生产钢材的成本大大降低?相较于普通生产工艺来说，在应用控轧控冷工艺之后，钢板的屈服强度和抗拉强度大约能提升60Mpa左右，在板形保持?冷却均匀性?合金元素节省?碳元素含量降低等多个方面都具有明显优势? 二、生产螺纹钢盘条的工艺流程 盘螺的生产工艺流程为：第一步热装和冷装连铸钢坯，第二步是在加热炉中进行加热，第三步是出钢机出炉，第四步是通过出炉辊道进行运输，第五步是6架粗轧机组，第六步是切头?事故碎断1群剪，第七步是4架预精轧机组，第八步是预水冷箱，第九步是切头?事故碎断2飞剪，第十步是10架精轧机组，第十一步是3组水冷箱及均温段，第十二步是夹送辊，第十二步是吐丝机，第十三步是延迟型斯太尔摩运输线，第十四步是集卷站集卷，第十五步是P/F钩式悬挂运输机，第十六步是打包，第十七步是称重，第十八步是挂标签，最后是入成品库? 三、在盘螺降锰中对控轧控冷工艺的应用 （一）常规轧制 在相关制作规范中要求，盘螺的抗拉强度需要≥540Mpa，屈服强度需要≥400Mpa，根据实验步骤的不同可以生产出成分不同的两批方坯，主要是坯料中锰成分含量不同?通过常规轧制可以得出，高猛成分盘螺的强度平均是438Mpa，平均锰含量为1.32%；低锰成分盘螺的强度平均是423Mpa，平均锰含量为1.06%? （二）轧后控冷工艺轧制 轧后控冷工艺指的是对钢材轧后的余热进行利用，给予相应的冷却速度，对其相变过程进行合理控制，其中不需要对其进行热处理，在其冷却过程进行控制的目的是为了模拟出铅浴淬火过程，进而保证线材能够具有一定的索氏体组织，该组织的综合机械性能比较好? 对于线材轧后冷却控制来说，可以将其分为空冷段相变冷却和水冷段强制冷却两个阶段?空冷区和水冷区两个部分共同构成控制冷却工艺，经过水冷控制线材达到相应温度之后，就能够进行吐丝，在风冷线上直条线材呈散圈状分布，实现风冷处理?在本次研究过程中，在常规工艺轧制之后，小批量的低锰成分盘螺通过控轧控冷工艺进行试制，通过传统高猛盘螺比较可以得出以下几个结论：（一）控制加热温度 加热炉中的加热时间和加热温度，会在很大程度上对钢坯的性能的组织产生直接影响?虽然终轧温度对钢坯组织性能所产生的影响比较大，但是加热温度的不同会对冷却过程中线材的组织机理转变形成影响?一般来说，根据盘螺性质的独特性，其加热温度需要控制在（1100±5O）℃的范围内，并将开轧温度控制在970~C左右? （二）控制轧制温度 在盘螺塑性变形过程中，精轧是最后一个环节，而对于精轧环节来说，实质上也是奥氏体形成再结晶的重要阶段，而且轧制的温度会直接影响到奥氏体再结晶形核的具体个数，随着轧制温度的升高，再结晶形核的个数就会逐渐减少，但是如果想实现盘螺最终珠光体或组织索氏体出现细化，提高其强度和韧性的话，其再结晶形核的个数则是越多越好，这也就表示应该降低轧制温度?因此，在满足工艺条件的基础上，应该尽可能的降低入精轧的温度，一般可以将其控制在830℃左右? （三）控轧控冷系统 在精轧之前，需要1组预水冷水箱，长度和恢复段长度分别为8m?12m，水箱的降温能力为100℃?在精轧之后，需要3组控冷水箱，每组长度和恢复段长度都是8m，水箱的降温能力为100℃?另外还需要佳灵?风门?保温罩?大风量风机（10台）?斯太尔摩控制冷却线等装置? （四）控制吐丝温度 控制吐丝温度是开始相变温度控制的重要方面?冷却段数量的多少会对吐丝温度的大小产生直接影响，并对奥氏体晶粒的具体尺寸产生间接影响?当轧件在经过精轧处理之后，奥氏体就会逐渐转变为其他相，但是在转变之前，奥氏体还存在着晶粒长大?再结品?恢复等过程，而在这一过程中会受到时间?温度等多种因素的影响，这也就是所谓的吐丝温度控制?在一般情况下，时间越长?温度越高，所形成的奥氏体晶粒也会之间增大?这也就表示，盘螺在出现相变之前，吐丝温度会影响着奥氏体品粒的尺寸大小?在相关调查研究结果中显示，随着逐渐增加的吐丝温度，盘螺的强度指标会增加；随着逐渐降低的吐丝温度，盘螺的塑性指标会增加，最佳的吐丝温度在810℃一850℃范围内? （五）控制冷却速度 对冷却速度进行控制，实质上就是控制辊道和冷却风机的速度，其中辊道速度会在很大程度上受到轧件速度?直径?线还间距等因素的影响，其中最关键的是需要对线还间距进行有效控制，而盘螺直径与线还间距密切相关，这也就表示最终的冷却效果实质上是由线还间距距离决定的?在生产实践中可以得出，当辊道冷却速度使不同盘螺环距离>40mm的话，在快速冷却时候的速度就是获得细珠光体的最佳速
CSP线铌微合金化直缝焊石油套管用钢J55的开发
CSP线铌微合金化直缝焊石油套管用钢J55的开发 司永涛1, 屈文胜1, 董瑞峰1, 闫波1, 张晓燕1, 刘清友2 (1.包钢薄板坯连铸连轧厂，包头 014010； 2. 北京钢铁研究总院，北京 100081) 摘 要：介绍了包钢CSP厂采用Nb微合金化技术开发直缝焊石油套管用热轧钢带J55的过程。开发钢带的力学性能以及冷弯、焊接、螺纹加工等性能均满足API 5CT的标准要求和用户协议要求，已经商业化生产4200吨，用户使用情况良好。 关键词：CSP；Nb微合金化；J55 Development of Nb-microalloyed J55 Hot Rolled Strip Used for ERW Casing For Petroleum in Baotou CSP Plant SI Yong-tao1, QU Wen-sheng1, DONG Rui-feng1, YAN Bo1, ZHANG Xiao-yan1, LIU Qing-you2 (1. Baotou Iron & Steel (Group) Co., Ltd., Baotou 014010, China; 2. Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081,China.) Abstract: This paper introduce how to develop hot rolled strip used for J55 ERW casing for petroleum by using the technology of Nb micro alloying in BaoTou CSP plant. The strips have good mechanical properties, cold bending, welding ability and threads machining etc. The Integration properties of casing meet the requirements of API 5CT standard and costumer technology agreement completely. 4200 t strips have been produced commercially, and the costumers used very well. Key words: CSP；Nb micro-alloyed；J55 J55（API 5CT）是一种中等强度石油套管钢级，历来采用无缝管。自上世纪60年代开始，国外采用热轧卷板制造直缝电阻焊套管(简称ERW)代替无缝管，获得成功[1]。从1987年至今，在中国许多常规流程热轧带钢生产线上被商业化生产。目前，在短流程生产线（如：CSP）上开发生产J55的工作也越来越受到重视。 包钢于2005年5月成功研制了J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带。本文介绍在包钢CSP线开发J55的工业试验过程及商业化生产产品的力学性能、使用性能和用户使用情况等。 1 试制过程 1.1 J55钢化学成分 直缝电阻焊石油套管(简称ERW)用热轧钢带—J55，是参照美国石油协会API Spec 5CT标准以及用户技术协议进行研制开发的。表1 为API 5CT、用户协议和包钢内控成分范围。 表1 成分设计范围 （wt%） Table 1 chemical composition of strips （wt%） 标 准 C ≤ Si ≤ Mn ≤ P ≤ S ≤ Nb ≤ V ≤ Ti ≤ API 5CT -- -- 0.03 0.03 -- -- 协 议 0.2 0.3 1.60.02 0.01 0.06 0.060.03 内 控 0.080.3 1.60.02 0.01 0.06 0.060.01 1.2 试验及商业化生产工序 按照表1中内控成分范围，冶炼浇铸钢坯，经 司永涛，高级工程师，siyongtao@https://www.360docs.net/doc/8210575604.html,
钒钛铌等微合金元素在低合金钢
鞍钢钒、钛、铌微合金钢的应用与开发 林滋泉 敖列哥 郝 森 鞍山钢铁集团公司 1 前言 七十年代以来，随着国家资源的开发和科学研究水平的提高，钒、钛、铌、氮等合金元素做为开发低合钢的有效元素得到了广泛的应用。我国微合金元素储量丰富，氧化钒的储量达到2500万吨，占世界第三位；氧化钛的储量为6.289亿吨，几乎占世界总储量的45.58%；氧化铌储量为388万吨。因此我国具有发展微合金化钢的巨大资源优势。随着冶金生产设备和工艺技术的更新与变革，微合金元素的使用已使低合金高强度钢领域的品种发生了深刻的变化，微合金元素的开发与应用充实了低合金钢的物理冶金内容和强韧化原理［１］。其中钒的应用已十分广泛，在我国已形成多种牌号的钒钢及钒微合金化钢，我国纳入国家标准的钢种号中，含钒钢牌号有139种，占所有钢种的57%，据 统计我国钢铁业每年用钒量超过2000吨［2］。尽管如此，我国低、微合金钢的生产还没有摆脱数量型发展模式，从低、微合金钢产品结构上看，20MnSi、U71Mn 重轨等条形材及部分16Mn 钢板占了主要部分。若按国际通行计算方法计算，我国真正的低、微合金钢产量比例极低，特别是平材的比例更低，表1给出了1995年中国低、微合金占总钢产量的份额［３］。它表明了中国的低、微合金钢产量、品种结构与世界先进国家差距甚远。在全球经济一体化的今天，在世界钢铁生产能力趋于饱合的背景下，大力发展低、微合金钢，调整产品结构无疑是我国钢铁发展的必由之路。含钒钢及钒、钛、铌微合金钢的开发应用前景非常广阔。 表1 1995年中国低、微合金钢产量份额 年产量(万吨) 低、微合金钢产量 (万吨) 占钢产量比例 (%) 低、微合金钢板产量 (万吨) 占钢产量(%) 9400.0 365.82 3.89 46.0 0.489 2 鞍钢含钒微合金化钢的开发应用 2.1 钒、钛、铌在钢中的微合金化作用 合金元素钒在钢中的有利作用主要是以其碳、氧化物形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。钒在铁素体中的溶解度比在奥氏体中的溶解度小的很多，随着相变的进行，在一定的热力学和动力学条件下，钒的碳、氮化物在相界析出，通过在两相区加速冷却，可以细化晶粒，控制其碳、氮化物的析出，其沉淀物的大小和分布，决定了其沉淀强化的效果。由于钒和氮有很强的亲和力，在添加一定量的钒的同时，增加一定量的氮，使其强化效果更为有效。图1表明了鞍钢开发的15MnVN 钢板不同温度条件下力学性能和析出相参数的关系，说明了在不同析出温度条件下，VC 析出量的变化对钢板力学性能指标的影响。一般通过钒在铁素体中的沉淀析出，可使钢的强度增加 100MPa 以上。 图1 950℃水冷后不同加火温度下析出相与 力学性能的关系 除了钒以外，钛元素也在低、微合金钢开发中起了重要作用，在低合金高强度钢中加入微量钛即
控轧控冷技术在轴承钢生产中的应用
控轧控冷技术在轴承钢生产中的应用 关键词：控制轧制控制冷却轴承钢细化晶粒 一引言 随着现代科学技术的发展,滚动轴承的使用量日益增加。轴承的主要损坏形式是接触疲劳破坏,因此要求轴承钢具有高的接触疲劳强度,同时具有高的耐磨性和良好的工艺性能。GCr15 具有良好的综合性能,因而成为轴承行业中应用最为广泛的钢种之一。控轧控冷是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数，改善钢材的强度、韧性、焊接性能。该项技术问世20年来，经过不断地完善和巩固，已经逐步扩展到海洋结构用钢、管线、型材等各个领域。将控轧控冷技术应用于轴承钢能使得钢材的综合性能得到大幅提高，取得巨大的经济效益。 二控制轧制 控制轧制(Controlled rolling)：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，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。 1 控制轧制的类型 控制轧制方式示意图 (a) 奥氏体再结晶区控轧；(b) 奥氏体未再结晶区控轧；(c) (γ+α)两相区控轧 （1）奥氏体再结晶区控制轧制(又称I型控制轧制) 奥氏体再结晶区控制轧制的主要目的是通过对加热时粗化的初始奥氏体晶粒反复进行轧制再结晶使之细化，并从而使奥氏体到铁素体相变后得到细小的铁素体晶粒。并且，相变前的奥氏体晶粒越细，相变后的铁素体晶粒也变的越细。把钢相变前的奥氏体晶粒直径和相变后的奥氏体晶粒直径之比成为γ/α变换比。
当奥氏体晶粒粗大时此比值远远大于1，即由一个奥氏体晶粒可以产生几个铁素体晶粒。当相变前的奥氏体晶粒细小时，该γ/α变换比接近于1，所以，在仅仅由于再结晶奥氏体晶粒微细化而引起的奥氏体的晶粒细化方面存在一个极限。奥氏体再结晶区轧制是通过再结晶使奥氏体晶粒细化，从这种意义上说，它实际上是控制轧制的准备阶段。奥氏体再结晶区域通常是在约950℃以上的温度范围。 （2）奥氏体未再结晶区控制轧制（又称Ⅱ型控制轧制) 在奥氏体未再结晶区进行控制轧制时，γ晶粒沿轧制方向伸长，γ晶粒内部产生形变带。此时不仅由于晶界面积增加，提高了α的形核密度，而且也在形变带上出现大量的铁素体晶核。这样就进一步促进了α晶粒的细化。相变后的铁素体晶粒随着未再结晶区总压下率的增加变细。如果刚相变前的奥氏体晶粒度和未再结晶奥氏体晶粒的伸长程度相同，则γ/α相变温度越低，相变后的铁素体晶粒越细。奥氏体未再结晶的温度区间一般为950?C～Ar3。 （3）(γ+α)两相区轧制 在Ar3点以下的(γ+α)两相区轧制时，未相变γ晶粒更加伸长，在晶内形成形变带。另一方面，已相变后的铁素体晶粒在受到压下时，于晶粒内形成亚结构。在轧后的冷却过程中前者发生相变形成微细的多边形晶粒而后者因回复变成内部含有亚晶粒的铁素体晶粒。因此两相区轧制得到的组织为大倾角晶粒和亚晶粒的混晶组织。 在控制轧制实践中常常把这三种轧制方式联系在一起而进行连续轧制。并称之为控制轧制的三阶段。 2 控制轧制工艺特点 （1）控制加热温度 加热温度决定轧制前奥氏体晶粒的大小，温度越低晶粒越细。 （2）控制轧制温度 在控制轧制中所采用的轧制温度是依所采用的控制轧制类型而异。在奥氏体区轧制时，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素体晶粒也越粗大，并易出现魏氏组织，对钢的性能不利，因此要求最后几道次的轧制温度要低。 （3）控制变形程度 为了保证钢材的强度和韧性，要求在低温范围内要有一定大小的变形程度。在奥氏体区轧制时，道次压下量必须要大于临界压下量，尤其在动态再结晶区间，否则将产生混晶。 （4）控制轧制后冷却速度 钢材于轧后冷却除采用空冷外，还可以采用吹风，喷水，穿水等冷却方式。由于冷却速度的不同，钢材可以得到不同的组织和性能。
微合金化元素钛、钒、铌的特性
微合金化元素钛、钒、铌的特性 近年来，钢中添加微合金化元素的重要性备受关注，并通常被视为现代钢种的一大特点。因此可以预见，随着新钢种的开发，微合金化元素的使用会越来越多。 “微合金化”即是指这些元素在钢中的含量很低，通常低于0.1%（重量百分比）。和钢中不需要的残余元素不同，微合金化元素是有目的的加入钢中以改善钢材的性能。合金化元素和微合金化元素不仅在合金含量上有明显的区别，而且其不同的冶金效应也各有特点：合金化元素主要是影响钢的基体；而微合金化元素除了溶质原子的拖曳作用外，几乎总是通过第二相的析出而影响钢的显微组织结构。 钢的可焊性、成型性和断裂韧性要求较少的非金属夹杂（氧化物和硫化物），并希望残余夹杂以球形状态存在。因此低氧和低硫是现代钢的必要条件。另外，铝脱氧的钢水脱氧的标准工艺。在钢凝固后，未结合成氧化铝的残留铝将形成氮化铝。这一古典的微合金元素析出物细化晶粒的效应已被使用了50多年。其它微合金添加元素如钙或稀土元素，由于对硫化物形态的控制的作用也广为人知。 除了上述这些影响非金属夹杂物的元素外，自1960年代以来，钢中单独或复合加入一些碳化物和氮化物形成元素也对钢的发展产生了重要影响。 元素的潜势 根据各元素在周期表中的位置，可以大致确定其对钢的性能产生何种可能的影响。图4.176显示出4-6周期的Ⅳa-Ⅵa族的化学元 素。这些元素因为其熔点很高通常被称为“难熔金属”。它们不仅具有高的熔点，而且具有形成氮化物和碳化物趋势。这种趋势从图中右上角向左下角方向逐渐增强；而且形成氮化物的倾向要强于形成碳化物的倾向。
除形成氮化物和碳化物的倾向外，第Ⅳa族元素还具有更高的形成氧化物和硫化物的倾向。另一方面，Ⅵa族元素与非金属化合物的亲合力比Ⅳa族和Va族元素低，此外他们的碳化物具有正斜方体或六角体的晶体结构。 这种结构与Ⅳa族和Va族元素的面心立方结构碳化物相比较，不太可取，面心立方和钢的立方体基体有一定的共格性，这可能对钢的性能有益。 有效影响钢的显微组织结构的析出质点是在热加工和热处理过程中形成的，由此要求微合金化元素要首先固溶在基体中。 某一化学元素在钢基体中的固溶能力取决于该元素原子尺寸与铁原子尺寸之差。表4.48给出了各种难熔元素的原子半径。由于与铁原子半径相差很大。强烈碳化物和氮化物形成元素如锆，铪等基本不溶于钢中，因此对改变钢的显微组织结构没有实用性。 表4.48 难熔元素原子半径（nm） 元素原子半径nm 与铁原子半径差% Ti 0.147 +14.8 V 0.136 +6.2 Cr 0.128 =0 Zr 0.160 +25.0 Nb 0.148 +15.6 Mo 0.140 +9.4 Hf 0.168 +31.3 Ta 0.148 +15.6 W 0.141 +10.2 综合以上考虑，根据化学和物理性能原因，一般不把Vla族元素及锆、铪作为有效的碳氮化物形成元素。此外，钽由于稀有和昂贵的价格也限制了它的广泛应用。 因此，在钢中实际可利用的微合金化碳一氮化形成元素也就集中在钛、钒、铌了。 溶解度积 非金属化合物溶解和生成的平衡条件是由其溶解度积来描述的。如前所述，钛是有很强的形成氧化物、硫化物以及氮化物和碳化物趋势的元素。图4.177归纳了几种钛化物的溶解度积。可以看出其氧化物在液态阶段已经形成。就大多数钢的典型氮含量水平而言，甚至钛的氮化物在凝固前或凝固过程中也已形成。在钢液中形成的这些颗粒可以被分离到钢渣中，对钢的性能没有影响。如果这些颗粒不进入钢渣中，由于其形成温度高，颗粒相对粗大，应视为对钢的塑性有破坏性的有害夹杂物。由于颗粒尺寸大，其细化显微组织结构的能力大大降低。但是，由于钛可以形成TiO和TiN减少了钢中自由氧和氮的含量，因此，钛仍有好的作用。因为自由的氧和氮对钢的韧性是有害的。例如，自由氮（Nf）损害钢的冲击转