控制冷却对HJ58钢中厚板性能的影响
中厚板控制冷却技术研究
中厚板控制冷却技术研究作者：刘辉来源：《商品与质量·学术观察》2014年第01期摘要：控制冷却是提高中厚板产品性能和附加值的重要手段。
它能简化生产工艺并提高生产效率，节约能源及昂贵合金元素，并有很大的经济效益。
本文就控制冷却技术的现状、控制冷却的作用、影响冷却质量的主要因素以及控制冷却技术在应用中需解决的几个问题四方面进行阐述。
关键词：中厚板控制冷却因素1、控制冷却技术的现状中厚钢板大约有 200 年的生产历史，它是国家工业化进程和发展中不可缺少的钢铁品种，被广泛用于大直径输送管、压力容器、锅炉、桥梁、海洋平台、各类舰艇、坦克装甲、车辆、建筑构件、机器结构等领域。
世界钢铁工业的发展历程表明，中厚板的生产水平及材料所具有的水平也是国家钢铁工业及钢铁材料水平的一个重要标志。
随着我国经济的快速增长，中厚板的市场需求将越来越大，同时市场竞争也将越来越激烈。
各中厚板厂家为了提高产品竞争力，纷纷采用新的设备或者新的控轧控冷工艺来提高中厚板的综合性能。
控制轧制和控制冷却工艺（CRC）是现代钢铁工业最大的技术成就之一。
对于一些钢材，控轧控冷后不必实施常规轧制的轧后热处理工艺，从而简化了生产工艺，提高了生产效率，并且可以节约能源，省去昂贵的合金元素，具有很大的社会效益和经济效益。
随着用户对中厚板质量和性能的要求越来越高，控制轧制和控制冷却新工艺逐渐应用于中厚板生产领域。
控制冷却是中厚板生产中提高产品质量、开发高附加值产品的最重要的手段。
但是我国有些钢厂的控制冷却装置使用效果并不理想，有的甚至基本不用，成为一种摆设。
不少厂家采用的是简易喷淋冷却装置及用控温轧制来替代控制轧制。
而控轧控冷技术在日本应用率达 70%以上。
国内许多中厚板厂只是引进国外的控轧控冷设备，对国外工艺技术消化不彻底，没有充分发挥出控轧控冷技术的潜力。
近几年，各中厚板厂在残酷的市场竞争中充分认识到控制冷却的优越性，相继安装了控制冷却设备，同时积极开发冷却控制系统。
【精品】专业论文文献--中厚板轧后控冷技术应用
中厚板轧后控冷技术应用中厚板轧后控冷技术应用摘要：叙述了控制冷却技术对钢材组织性能的影响、控制方式、主要设备、工艺、技术应用，并提出了应用控冷技术应注意的几个问题。
关键词：中厚板；控制冷却技术；应用中图分类号：TF713.2文献标识码：A文章编号：引言：生产中厚钢板的控制冷却技术(ACC)自20世纪80年代初在日本首次投入使用以来,由于它在控制产品的组织和性能,提高产品附加值方面发挥了很大的作用,因而很快在世界范围内被推广应用。
目前控制冷却技术已广泛应用于桥梁、建筑、结构、管道、压力容器用钢生产过程成为当代钢铁工业最重要的技术成就之一。
1.控制冷却技术对钢材性能的影响控制冷却技术是控制轧后钢板的冷却速度从而达到控制钢板组织性能的目的。
控制冷却技术之所以受到重视并得到广泛应用推广,是因为它比经过再加热后的等轴奥氏体加速冷却能产生更大的强化韧性效果,在进一步细化铁素体的同时使珠光体分布均匀,消除带状珠光体,并且有可能形成细贝氏体组织。
此外在控制冷却过程中阻止或延迟了碳化物过早析出,使其在铁素体中弥散,提高钢板强度而不损害脆性转化温度。
2.控制冷却的主要方式目前,中厚板控制冷却方式主要有压力喷射冷却、层流冷却、雾化冷却、喷淋冷却和直接淬火等。
2.1高压喷射冷却水以一定压力从喷嘴喷出,水流连续呈紊流状态喷射到钢板表面。
这种冷却方法穿透性好,一般在水汽膜比较厚的条件下采用。
但是,这种冷却方式用水量大、水花飞溅严重、冷却不均匀、水质要求高、喷嘴易被堵塞而且水的利用率较低。
2.2喷淋冷却将水加压,由喷嘴喷出的水的流速超过连续喷流,水流破断后形成的液滴冲击被冷却的钢板表面。
这种喷嘴冷却能力强,冷却较为均匀,但是需要很高的水压,冷却能力的调节范围较窄,而且对水质要求高。
2.3层流冷却水以较低压力从水口自然连续流出,形成平滑水流。
水流流到钢板表面后在一段距离内仍保持平滑层流状态,可获得很强的冷却能力,冷却均匀。
目前,钢板热轧后的层流冷却一般采用板层流(水幕冷却)和管层流(U形管层流)两种方式。
冷却条件对金属的影响
冷却条件对金属的影响一、冷却条件的基本概念冷却条件是指金属在加工过程中，从高温状态迅速或不迅速地冷却到室温的条件。
冷却条件对金属的晶体结构、机械性能、塑性、韧性、耐磨性等性能指标产生重要影响。
二、冷却条件对金属晶体结构的影响1.晶粒大小：冷却速度越快，晶粒越细小；冷却速度越慢，晶粒越大。
晶粒大小对金属的机械性能产生重要影响，晶粒越细，金属的强度和硬度越高，但韧性降低。
2.相变：冷却条件会影响金属的相变过程，如马氏体转变、贝氏体转变等。
冷却速度不同，相变产物也不同，从而影响金属的机械性能。
三、冷却条件对金属机械性能的影响1.强度和硬度：冷却速度越快，金属的强度和硬度越高。
这是因为快速冷却使晶粒细小，晶界增多，阻碍了位错的运动，从而提高了强度和硬度。
2.韧性：冷却速度越慢，金属的韧性越好。
慢冷使晶粒长大，晶界减少，位错运动容易，从而提高了韧性。
3.塑性：冷却条件对金属的塑性影响较小，但一般来说，慢冷有利于提高金属的塑性。
四、冷却条件对金属耐磨性的影响冷却条件对金属的耐磨性也有很大影响。
一般来说，快速冷却得到的细晶金属具有更好的耐磨性，因为细晶金属的晶界更多，阻碍了磨损颗粒的侵入。
五、冷却条件的控制与改善1.控制冷却速度：通过控制冷却速度，可以得到不同性能指标的金属材料。
例如，高速冷却可以得到高强度、高硬度的金属材料；慢速冷却被用于提高金属的韧性和塑性。
2.热处理：通过热处理工艺，如退火、正火、淬火等，可以改变金属的冷却条件，从而改善金属的性能。
3.材料选择：选择合适的材料，根据其本身的性能特点，可以更好地适应不同的冷却条件。
综上所述，冷却条件对金属的晶体结构、机械性能、塑性、韧性、耐磨性等性能指标产生重要影响。
了解和掌握冷却条件对金属性能的影响，对于金属材料的加工和应用具有重要意义。
习题及方法：1.习题：冷却速度对晶粒大小有何影响？方法：冷却速度越快，晶粒越细小；冷却速度越慢，晶粒越大。
这是因为快速冷却使晶粒生长时间不足，导致晶粒细小；慢冷使晶粒有足够时间生长，因此晶粒较大。
特厚钢板的冷却速率控制及组织性能改善方法
特厚钢板的冷却速率控制及组织性能改善方法钢板作为一种重要的结构材料，广泛应用于建筑、船舶、汽车等领域。
特厚钢板因其更高的强度和更好的耐热性能，在一些特殊工程中尤其重要。
然而，特厚钢板的生产过程中常常出现冷却速率控制不当和组织性能不理想的问题。
本文将针对这一问题进行探讨，并提出一些改善方法。
首先，特厚钢板的冷却速率控制对其机械性能和组织性能有着重要的影响。
通常情况下，快速冷却会导致钢板产生较高的强度和较细的晶粒，但同时也容易引起应力集中和脆性相的生成。
相反，慢速冷却能够减少内应力和改善韧性，但会增加晶粒尺寸，从而降低钢板的强度。
因此，钢板生产过程中需要在保证强度的同时控制冷却速率，以获得理想的组织性能。
针对特厚钢板的冷却速率控制，一种常用的方法是采用分层冷却技术。
该技术在钢板的厚度方向上设置多个冷却区段，通过调整各区段的冷却强度和速度，实现特厚钢板冷却速率的控制。
具体实施时，可以增加冷却引导装置，增加冷却介质的流速或降低冷却剂的温度，以加快冷却速率；或者采用预冷法，通过预先在局部区域降低温度，控制钢板冷却速率的非均匀性。
这些方法可以有效减少特厚钢板冷却速率的不均匀性，提高其组织性能。
其次，特厚钢板的组织性能改善也是值得关注的问题。
组织性能的优化可以进一步提高钢板的强度和韧性，从而满足特定工程的要求。
目前，常用的方法包括热处理、控轧和微合金化等。
热处理是一种常用的组织性能改善方法，通过钢板的加热和冷却过程，调整相组成和相结构，获得理想的组织性能。
在特厚钢板的热处理过程中，通常采用正火、淬火和回火等工艺。
正火能够使钢板的组织均匀化，提高其强度和韧性；淬火则能够获得较高的强度但韧性较低的组织；回火可以降低应力和改善韧性。
根据特厚钢板的具体要求，可以选择适当的热处理方法进行组织性能的改善。
控轧技术是另一种常用的组织性能改善方法。
在特厚钢板的轧制过程中，控制轧制温度和变形温度可以调整钢板的组织结构和尺寸。
通常情况下，高温轧制能够获得较粗的晶粒和较低的组织硬度，有利于提高韧性；而低温轧制则能够获得细小的晶粒和较高的组织硬度，提高强度。
控制轧制及控制冷却技术在型钢生产中的应用
控制轧制及控制冷却技术在型钢生产中的应用一、导言在当今工业领域中，钢铁工业一直扮演着不可或缺的角色。
而型钢作为钢铁产品中的重要一员，其质量和性能的提升一直是企业和行业追求的目标。
控制轧制及控制冷却技术作为一种重要的生产工艺，对型钢的生产和性能提升具有重要意义。
本文将从控制轧制和控制冷却技术在型钢生产中的基本原理、关键技术和应用实例等方面展开探讨，旨在深入了解这一主题的重要性和具体应用。
二、控制轧制技术控制轧制技术是指钢铁生产中利用先进的控制系统和设备，对轧制过程中的参数进行精确控制，以获得高质量、高性能的型钢产品的一种技术。
这项技术最早应用于薄板生产领域，后来逐步在型钢生产中得到推广和应用。
1. 温度控制：在轧制过程中，控制轧制技术可以通过对钢坯的温度进行精确调控，以保证轧制过程中的塑性变形性能，从而得到均匀、细腻的晶粒结构。
2. 形状控制：利用控制轧制技术可以对轧制过程中的轧辊、模具等设备进行精确控制，获得符合设计要求的型钢截面形状和尺寸精度。
3. 轧制力控制：控制轧制技术可以实现对轧制力的实时监测和调节，避免轧制过程中的过度变形，并保证产品的尺寸和形状精度。
三、控制冷却技术控制冷却技术是指在型钢生产过程中，通过对冷却过程的控制，使钢材在冷却过程中获得理想的组织和性能。
这项技术的应用可以有效提高型钢的强度、韧性和耐磨性等性能，同时降低产品的变形和裂纹率。
1. 冷却介质控制：通过选择不同的冷却介质和控制冷却速度，可以使型钢获得不同的组织和性能，如马氏体组织、贝氏体组织等，从而满足不同领域对型钢性能的要求。
2. 温度控制：在控制冷却技术中，对冷却过程中的温度进行精确控制，可以有效控制组织相变，并获得理想的力学性能，如强度、韧性等。
3. 冷却速度控制：通过对型钢冷却速度进行控制，可以获得不同的组织和性能，如快速冷却可以获得细小的组织和高强度，而缓慢冷却则可以得到较好的塑性和韧性。
四、控制轧制及控制冷却技术在型钢生产中的应用实例1. 控制轧制技术在型钢生产中的应用：某钢铁企业引进了先进的控制轧制系统和设备，通过对轧制过程中的温度、形状和轧制力等参数进行精确控制，生产出了高精度、高强度的型钢产品，受到了市场的广泛认可。
控制轧制工艺对中厚板性能的影响
控制轧制工艺对中厚板性能的影响摘要：基于2800 mm热轧生产线的装备特点，对TC4中厚板材进行了控制轧制工艺的开发，以提高它的强韧性。
为了对比工艺效果，对同一规格TC4合金板材分别采用常规轧制与控制轧制工艺进行热轧，经800℃×1 h/AC的普通退火后，对板材试样进行了金相分析和力学性能测试。
结果表明：与常规轧制工艺相比，控制轧制后的板材室温强度提高了约30 MPa，而伸长率与常规轧制板材的基本相当；由于轧透性大大提高，板材断面组织更加细小均匀。
关键词：钛合金板；控制轧制；力学性能；微观组织1、前言管线钢在国内许多钢厂都已生产，但成品均为板卷交货。
在中厚板轧机上生产管线钢受到设备能力限制，一直不能大批量生产。
近几年来国内引进国外的先进控轧控冷设备和技术，使在中厚板生产过程中实现控轧控冷工艺成为可能。
由于中厚板生产采用未再结晶控轧控冷工艺，不能实施大压下制度，因此提出了再结晶区控轧控冷工艺。
国内外许多资料介绍了Nb-V-Ti微合金钢的再结晶区控轧控冷工艺实施机理2、两种控轧控冷工艺对组织和性能的影响通过实验室得到了一40℃时低温冲击韧性为150J/ c}n2左右的低碳微合金钢板，为中厚板管线钢的生产奠定了理论基础。
日本也有双机架中厚板轧机采用再结晶控轧工艺生产管线钢的实例。
本文根据前人的试验结果，在单机架四辊可逆中厚板轧机上作了试轧，比较了两种工艺的各自优缺点，可作为同类产品的生产借鉴。
2试轧工艺制度和数据采集管线钢化学成分见表对于14~的成品板，选用160~厚的板坯，采用两种轧制工艺：再结晶区控轧控冷和未再结晶区控轧及轧后空冷工艺。
由于工艺上的限制，轧后20 s进入水冷段。
力学性能采用MIS一300 kN万能试验机测试，用Neophot 显微镜观察金相组织和夹杂物形貌。
现场工艺参数记录和性能检验见表203试验结果分析和讨论。
可以看出：（1）两种工艺的6、和明相差不大，这是由于在多边形铁素体+少量珠光体钢中，微合金元素的析出强化是影响强度的主要因素，因此，化学成分是影响钢的强度的主要因素；（2）再结晶区控轧冲击韧性要比未再结晶区控轧的冲击韧性低，而且随着冲击功的测试温度的降低，下降很快，见图1、图2。
冷加工对钢材性能的影响
冷加工对钢材性能的影响
在常温下加工叫冷加工，冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑性变形，产生很大塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点，同时降低塑性和韧性。
例如图2-7最下面一条线是一次拉伸试验时的应力一应变曲线，若到达图中的B点卸荷后，曲线将循B 下降到C点，重新加荷，曲线将循CBD进行，这相当于将原点0移至C点，结果是减小了钢的变形能力，亦即降低了钢的塑性性能，这个过程称为冷加工硬化或应变硬化。
在钢结构中由于对钢材的塑性和韧性要求较高，因此一般不利用这现象以提高钢材的属服点。
把微弯的杆调直，如应变不超出屈服平台，则不提高属服强度，材料的延性也下降不多。
但剪切和冲孔使钢材产生严重的塑性变形，以致剪断的边缘和冲成的孔壁严重硬化，甚至出现裂纹。
对比较重要的结构，剪断处需要刨边，如重级工作制吊车梁截面的剪切边，冲孔则用较小的冲头，冲完再行扩钻。
把钢板或其局部弯成圆柱面，在提高强度的同时也使塑性下降，常需用热处理方法来消除冷加工硬化的不利影响。
但在冷弯薄壁型钢结构中，允许利用钢板冷弯成型时转角处钢材届服点的提高。
如加荷到应变硬化阶段卸载后隔一定时间，再重新加载，钢材的强度将继续有所提高，如图2-7所示。
钢材控轧控冷技术在中厚板轧制中的应用
控制轧制和控制冷却技术的研究始于二次世界大战中， 德国科学家发现全焊接结构船只发生脆性断裂事故，通过 造船用厚板的发展，当时研究人员意识到材料性能与热加 工条件之间存在一定相互关系。到了20世纪60年代初期， 在美国、前苏联科研人员从理论上解释了钢材形变热处理 工艺和钢组织和性能的关系，从而解释了控制轧制技术。近 年来，科研人员通过添加微量元素铌、钒、钛等对轧制钢材 的有效强度进行测试，实验研究表明，加入微量元素能提 高强度同时应采用控轧工艺，否则韧性变差，只有在采用控 轧工艺时，钢材的强度和韧性才可以提高，即微量合金元素 与控轧工艺需要相辅相成。因为控轧工艺可使晶粒细化， 从而抵消了因析出强化引起的韧性恶化[3-4]。
科技创新导报 2018 NO.35 Science and Technology Innovation Herald
工业技术
产条 件下低 碳 钢α晶粒 尺寸 级 别（7 级 左 右），含 量 很小的 铌 使 得 低 碳 钢产生 显著的晶 粒 细化 并 伴 有一定的 沉 淀 强 化，从而使钢材轧制后的强韧性得到了较大提高。
①基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（项目编号：20180550516）。 通讯作者：齐鹏远(1981—)，男，汉族，辽宁营口人，博士研究生，副教授，从事材料学、材料加工方向研究，E-mail：qi pengyuan@。
Copyright©博看网 科.技cn创.新导A报llScieRncieganhdtTsechRnoelosgyeIrnnvoveadtio.n Herald 75
进行控制轧制时，奥氏体晶粒沿轧制方向变形，产生形变 带，从而 增 加晶 界面 积，提 供 更 多的 形 核 位 置，有 利于在 形变带上形成数量较多的晶核，利于晶粒的细化。相变后 的晶粒随着未再结晶区的总压下率的增加变细，未再结晶 的温度区间一般为950C～Ar3。在Ar3点以下的(+)两相区轧 制过 程中，当已经 发 生相 变的晶 粒 受 到 压 下作用力时，有 利于在晶粒里面产生亚结构，而未相变奥氏体晶粒也会产 生变形，在晶内形成一定长度的形变带。同时受到轧后冷 却作用，前期未相变奥氏体晶粒，也会发生相变，形成多边 形细化晶 粒；已经 奥氏体化晶 粒会因为受回复 影响，变 成 晶粒内部含有亚晶粒的晶粒。两相区轧制材料的组织通常 为大倾角晶粒和亚晶粒的混合组织，因此可促使钢材的强 度升高，同时韧脆转变温度下降。
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四 轧后控冷与不控冷生产性能比较
屈服强度（MPa）
控冷与未控冷钢板屈服强度对比图
650
600
550
500
450
Rel(未控冷）
Rel（控冷）
400
25
30
36
40
45
板厚（mm）
图1 轧后控冷与不控冷屈服强度对比图
抗拉强度（MPa）
控冷与未控冷钢板抗拉强度对比图
800
750 700
650
600
550
3、经过轧后控冷，不同规格HJ58钢的综合机械性能与不经过 控冷相比，明显得到了提高。
谢 谢！
Rm（未控冷）
500
Rm（控冷）
25
30
36
40
45
板厚（mm）
图2 轧后控冷与不控冷抗拉强度对比图
延伸率（%）
控冷与未控冷钢板延伸率对比图
30
25
20
15
A（未控冷）
A（控冷）
10
25
30
36
40
45
板厚（mm）
图3 轧后控冷与不控冷延伸率对比图
冲击功（J）
控冷与未控冷钢板冲击功对比图
300
250
200
150
Akv（未控冷）
100
Akv（控冷）
50
25
30
36
40
45
板厚（mm）
图4 轧后控冷与不控冷冲击韧性对比图
四 结论
1、厚度25㎜的HJ58钢板经过轧后控冷，解决了钢板屈服强度、 抗拉强度两项指标不合问题。
2、厚度30㎜、36㎜、40㎜、45㎜的HJ58钢板，在轧后控冷+ 回火处理，钢板的机械性能均达到技术指标要求，简化了 原生产工艺(控轧+淬火+回火)，缩短了生产周期，可降低 生产成本。
二HJ58钢轧后控制冷却试验
试验材料选用HJ58钢常规生产工艺钢坯，化学成份见表1。 表1 实验钢化学成分(Wt%)
炉号 标准
B326194 B315364 B315881 B315880
C
≤ 0.18 0.135 0.120 0.113 0.119
Si
≤ 0.55 0.276 0.303 0.308 0.275
控制冷却对HJ58钢中厚板性能的影响
胡敏 2008.6.26
内容
• 前言 • HJ58钢轧后控制冷却试验 • 实验结果 • 轧后控冷与不控冷生产性能比较 • 结论
一 前言
1、HJ58钢简介 2、常规生产工艺
10-29(mm)钢板为控轧+回火 30-50(mm)钢板为控轧+淬火+回火。 3、存在问题
550
3085045A
40 595 685 17
1பைடு நூலகம்8
595
3085031A
45 585 665 16
128
600
控冷＋回火处理性能
σb
δ
MPa
%
630
20
630
20
690
19
690
19
675
20
675
20
675
20
620
19
640
18
680
18
675
17
0℃Akv J
199 199 229 188 146 146 146 289 129 133 136
三实验结果
表3 HJ58钢控制冷却试验结果
规
控冷态性能
钢板号
格 σS σb δ 0℃Akv
σS
㎜ MPa MPa %
J
MPa
3085029A
25 485 615 19
158
535
3085030A
25 445 570 23
153
535
3095198A
30 535 660 19
151
580
3095199A
终轧温度 ℃
≤850 ≤850 ≤850 ≤850 ≤850
开冷温度 ℃
≤850 ≤850 ≤850 ≤850 ≤850
终冷温度 ℃
400-600 400-600 400-600 400-600 400-600
冷却速度 ℃/s
5.0～7.0 5.0～9.0 7.0～9.0 9.0～12.0 9.0～12.0
Mn
≤ 1.60 1.308 1.366 1.368 1.277
P
≤ 0.030 0.014 0.017 0.016 0.014
S
≤ 0.025 0.006 0.013 0.006 0.007
Nb+V+Ti
≤ 0.08 0.032 0.028 0.033 0.031
表2 试验钢实际控制冷却工艺
规格 ㎜ 25 30 36 40 45
30 555 665 16
186
590
3095179A
36 545 650 12
156
585
3095180A
36 565 655 13
142
585
3095181A
36 585 665 15
162
585
3096006A
36 540 670 12
182
555
3085043A
40 560 665 16
122