控制轧制过程的基本原理
轧制工艺过程控制原理与方法
轧机刚度可变的基本方 程：
h h x P C P
Km
Km
P P Km KE
1C
h -轧辊位置补偿之后的带钢轧出厚度偏差； C-轧辊位置补偿系数； KE-等效的轧机刚度系数； x-轧辊位1-104 Davy-Loewy带钢张力控制系统 轧机；2-张力计；3-液压缸位置；4-液压缸；5-张力偏差；
P金 属F(的B,压R,力H方, h程, f：,T, s )
塑性曲线B
金属的压力方程
曲线B的斜率代表轧件塑性 的塑性刚度M ：
M P P h
（3）实际轧出厚度随辊缝而变化的规律
轧机的原始预调 辊缝值S0决定着 弹性曲线A的起 始位置。
图1-92 实际轧出厚度随辊缝变化的规律
（4）实际轧出厚度随轧机刚度而变化的规律
1.9 轧制工艺过程控制原理与方法
本节应掌握的知识点： 1.板带厚度控制基本原理； 2.板带宽度控制的基本方式； 3.板形的基本概念
高精度轧制，对板、带钢的要求：
1）板带钢的横向断面厚度分布均匀性； 2）板带钢的纵向断面厚度分布的均匀性 3）板带钢断面宽度在纵向长度上分布的均匀性。
为保证横向断面厚度分布的均匀而提出：
1）辊型及辊型设计； 2）板型及板型控制
为保证纵向厚度分布均匀而提出：
1）自动厚度控制理论； 2）自动厚度控制技术
为保证纵向宽度分布均匀而提出：
1）自由张力连轧； 2）小张力连轧。
1.9.1 厚度控制 (1 )产生板厚变化的原因 1) 轧辊辊型的影响
(a)圆柱形轧辊的空载辊缝；(b)受力过程中产生轧辊挠度
6-位置基准值；7-位置调节器；8-张力基准值
⑥带活套的热带连轧机组中间机架的张力控制系统
控制轧制
控制轧制是将塑性变形同固态相变结合在一起，使材料在加工时通过轧制温度、变形量、变形速率等控制获得所需外形和尺寸的同时，获得理想组织和优异强韧性的热轧技术。
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。
控制轧制工艺主要用于含有微量元素的低碳钢种，钢中常含有铌、钒、钛,其总量一般小于0.1％。
控制轧制的内容是控制轧制参数，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（见金属塑性变形）。
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。
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。
控制轧制
控制轧制与控制冷却的概念
控制轧制（Controlled rolling） 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相结合，以获得 细小晶粒组织，从而得到较高的综合性能的轧制工艺。
控制冷却（Controlled cooling） 控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目
淬火
1、定义： 淬火是将钢加热到AC1或 AC3以上温度并保温，
出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理 工艺。
回火
1、定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到A1以 下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。
2、目的：淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力， 稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、 硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件 的性能要求。
载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压 痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示。
标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120 在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
简单标注：200～230HB
工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应 加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接 性、切削加工性、热处理工艺性。
金属材料的性能
一、金属材料的机械性能
机械性能— 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。
残余压入深度
来表示
为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一 致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬 度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度 作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）
控制轧制与控制冷却培训
控制轧制与控制冷却培训一、轧制的基本原理和过程1. 轧制的概念和分类：介绍了轧制的定义和轧制根据加工方式和加工精度的不同可以分为粗轧和精轧。
2. 轧制的基本原理：介绍了轧制的原理，包括材料变形、变形力和摩擦力。
3. 操作技巧和注意事项：介绍了轧机的操作技巧和相关的注意事项，包括轧机的启动、停止和维护等内容。
二、控制轧制的关键参数1. 温度控制：介绍了轧制过程中温度的控制方法和关键参数。
2. 轧制力和轧制速度：介绍了轧制过程中轧辊的力和速度的控制方法和关键参数。
3. 压下量：介绍了轧制过程中的压下量的控制方法和关键参数。
三、冷却的基本原理和过程1. 冷却的概念和分类：介绍了冷却的定义和冷却方式的分类。
2. 冷却的基本原理：介绍了冷却的原理，包括热量传递和温度控制。
3. 操作技巧和注意事项：介绍了冷却设备的操作技巧和相关的注意事项，包括冷却水的供应和冷却温度的控制等内容。
四、控制冷却的关键参数1. 冷却水温度：介绍了冷却过程中冷却水温度的控制方法和关键参数。
2. 冷却水流量：介绍了冷却过程中冷却水流量的控制方法和关键参数。
3. 冷却时间：介绍了冷却过程中冷却时间的控制方法和关键参数。
五、轧制与冷却的协调控制1. 轧制和冷却的关联性：介绍了轧制和冷却之间的关联性，以及对产品性能和质量的影响。
2. 控制系统的应用：介绍了轧制和冷却中常用的控制系统，包括自动控制系统和人工控制系统等。
3. 故障处理和维护：介绍了轧制和冷却中常见的故障处理方法和设备维护技巧。
以上是本次控制轧制与控制冷却培训的主要内容概要，希望通过此次培训，能够提高操作工人对控制轧制与控制冷却的理解和技能，为公司的生产和产品质量提升贡献力量。
六、安全生产培训1. 轧制和冷却设备的安全操作规程：介绍了轧制和冷却设备的安全操作规程，包括设备启动、停止和紧急情况的处理等内容，以确保操作人员的安全。
2. 安全防护措施：介绍了轧制和冷却设备的安全防护措施，包括安全防护装置的使用和维护，以减少事故发生的可能性。
3.控制轧制的基本概念
六十年代后期：美国采用控制轧制工艺生产出 六十年代后期：美国采用控制轧制工艺生产出σs＞ 422MPa的含 钢板，用来制造大口径输油钢管。日 的含Nb钢板 用来制造大口径输油钢管。 的含 钢板， 本用控制轧制工艺生产出强度高，低温韧性好的钢板， 本用控制轧制工艺生产出强度高，低温韧性好的钢板， 并开发出一系列新的控制轧制工艺， 并开发出一系列新的控制轧制工艺，提出了相应的控 制轧制理论。这期间人们重视奥氏体再结晶行为的研 制轧制理论。 究，开始认识到未再结晶区轧制的重要性。 开始认识到未再结晶区轧制的重要性。 七十年代：完成了控轧三阶段， 、 、 应用逐步 七十年代：完成了控轧三阶段，Nb、V、Ti应用逐步 完善。 完善。
控轧分类 1．奥氏体再结晶区控制轧制（Ⅰ型控制轧制） 奥氏体再结晶区控制轧制（ 型控制轧制） 奥氏体再结晶区控制轧制 2．奥氏体未再结晶区控制轧制（Ⅱ型控制轧制） 奥氏体未再结晶区控制轧制（ 型控制轧制） 奥氏体未再结晶区控制轧制 3.（r+α）两相区控制轧制 （ ）
3.2 控轧工艺特点 一．控制加热温度 控制加热温度 二．控制轧制温 控制轧制温度 三．控制变形程度 控制变形程度 四．控制轧后冷却速度 控制轧后冷却速度 3.3 控轧的效应 一．提高综合性能 提高综合性能 既提高强度，又改善韧性，尤其是钢的 既提高强度，又改善韧性，尤其是钢的Tvs ↓↓ 二．简化工艺 简化工艺 三 . 节省合金元素 控制轧制可充分发挥Nb、 、 等微量合金元素的作用 控制轧制可充分发挥 、V、Ti等微量合金元素的作用 1
六十年代初：英国斯温顿研究所提出，铁素体 六十年代初：英国斯温顿研究所提出，铁素体微组织与性能之间的定量关系。 珠光体钢中显 微组织与性能之间的定量关系。 著名的Petch关系式明确表明了热轧时晶粒细化 关系式明确表明了热轧时晶粒细化 著名的 的重要性。 的重要性。 六十年代中期： 六十年代中期：英国钢铁研究会进行了一系列 研究：降碳改善塑性和焊接性能，利用 、 研究：降碳改善塑性和焊接性能，利用Nb、V 获得高强度， 对奥氏体再结晶的抑制作用以 获得高强度，Nb对奥氏体再结晶的抑制作用以 及细化奥氏体晶粒的各种途径。 及细化奥氏体晶粒的各种途径。
轧制的原理
轧制的原理
轧制是一种重要的金属加工方法，它通过辊轧将金属坯料压制成所需形状和尺寸的工件。
轧制的原理主要包括塑性变形、应力变形和金属流动等几个方面。
首先，塑性变形是轧制的基本原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和拉伸作用，从而使其发生塑性变形。
金属坯料的晶粒在受力的作用下发生滑移和再结晶，从而改变了原来的形状和尺寸，最终形成所需的工件。
其次，应力变形也是轧制的重要原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到的应力会引起其内部结构和形状的变化。
通过合理控制轧制过程中的应力分布和应力状态，可以实现金属坯料的塑性变形和加工成形，从而得到符合要求的工件。
另外，金属流动也是轧制的关键原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和变形，金属内部的晶粒和晶界会发生流动和重组，从而改变了金属的形状和结构。
通过合理控制金属的流动和变形，可以实现金属坯料的加工成形，从而得到满足要求的工件。
总的来说，轧制的原理是通过塑性变形、应力变形和金属流动等方式，将金属坯料加工成所需形状和尺寸的工件。
在轧制过程中，需要合理控制轧制参数和工艺流程，以确保金属的加工质量和工件的精度。
同时，还需要注意金属的热处理和表面处理，以提高工件的性能和表面质量。
通过对轧制原理的深入理解和掌握，可以更好地应用轧制技术，实现金属加工的高效、精密和可靠。
钢材控轧控冷工艺的原理
钢材控轧控冷工艺的原理钢材的控轧控冷工艺是一种重要的热处理工艺，它通过对钢材的热轧与冷处理过程进行精细控制，以实现对钢材组织和性能的调控。
钢材的控轧控冷工艺包括控轧与控冷两个方面。
控轧是指通过控制轧制温度、轧制速度、轧制负荷、轧制压力等工艺参数，来改变钢材的变形程度、变形速度和变形温度，在轧制过程中对钢材进行组织和性能的调控。
控轧工艺的原理主要包括以下几个方面：1.塑性变形原理：钢材在热轧过程中通过塑性变形来改变其晶粒结构和形态。
通过适当的控制轧制压力、轧制温度和变形程度，可以使钢材的晶粒细化，形成高强钢材的组织。
2.回火效应：控轧工艺中的控制冷却速率可以影响钢材的相变行为和形成的组织结构。
适当选择冷却速率可以实现奥氏体转变为铁素体，从而改善钢材的韧性，并且减少钢材的残余应力。
3.相变控制：控轧工艺可以通过控制变形温度和轧制速度来控制钢材的相变行为，例如马氏体相变。
通过选择合适的变形温度和轧制速度，可以实现马氏体的形成和相变产生的显微组织调控，从而获得高强度、高韧性的材料。
4.微量元素控制：在控轧工艺中，添加适量的微量合金元素可以改变钢材的组织和性能。
例如添加微量的硼元素可以细化晶粒，改善钢材的塑性和韧性。
控冷工艺是控制钢材在冷却过程中的温度和冷却速度，以实现对钢材组织和性能的调控。
控冷工艺的原理主要包括以下几个方面：1.相变控制：钢材的冷却速率会影响其相变行为和相变产物的组织结构。
通过控制冷却速率，可以实现奥氏体向铁素体的转变，形成细小的铁素体晶粒和均匀的组织结构。
2.马氏体相变控制：通过控制冷却速率，可以控制钢材从奥氏体向马氏体的相变行为。
适当调节冷却速度、冷却温度和冷却介质，可以实现马氏体的形成和马氏体组织的调控，从而获得高强度、高硬度的材料。
3.淬火与回火控制：控冷工艺还可以通过控制钢材的淬火和回火工艺参数，来调控钢材的组织和性能。
适当的淬火工艺可以实现钢材的高强度、高硬度，而回火工艺可以降低钢材的脆性和残余应力。
控轧控冷工艺基本原理
控轧控冷工艺基本原理控轧控冷工艺是一种通过控制轧制和冷却条件来调控钢材的组织和性能的加工工艺。
其基本原理是通过控制轧制温度、变形程度和冷却速度等参数，实现对钢材组织和性能的调控。
1. 控轧工艺原理控轧是指在钢材的轧制过程中，通过调整轧制温度和变形程度等参数，控制其组织和性能的加工工艺。
控轧工艺的基本原理是通过控制轧制温度和变形程度，调整钢材的晶粒度、相组成和形貌等因素，从而实现对钢材性能的调控。
在控轧过程中，调整轧制温度可以影响钢材的晶粒度和相组成。
通过控制轧制温度的高低，可以实现晶粒细化或粗化，进而影响钢材的力学性能和韧性。
同时，调整轧制温度还可以改变钢材中的相组成，如奥氏体、铁素体和贝氏体等的含量和分布，从而调节钢材的强度、硬度和耐腐蚀性能。
控轧过程中的变形程度也对钢材的组织和性能产生重要影响。
通过控制变形程度，可以实现钢材的晶粒细化、相变和组织调控。
在轧制过程中，钢材受到外力的变形，晶粒会发生形变和细化，从而提高钢材的强度和韧性。
同时，变形程度还可以引起钢材中的相变，如奥氏体向铁素体的相变，进一步改善钢材的性能。
2. 控冷工艺原理控冷是指在钢材的冷却过程中，通过调整冷却速度和冷却方式等参数，控制其组织和性能的加工工艺。
控冷工艺的基本原理是通过控制冷却速度，调整钢材的组织和性能。
在控冷过程中，调整冷却速度可以影响钢材的相组成和组织形貌。
通过控制冷却速度的快慢，可以实现钢材中相的相变和组织的调控。
当冷却速度较快时，钢材中的相变会受到限制，从而形成细小的相和均匀的组织。
相反，当冷却速度较慢时，钢材中的相变会较为充分，形成较大的相和不均匀的组织。
不同的冷却速度会影响钢材的强度、硬度和韧性等性能。
控冷过程中的冷却方式也会对钢材的组织和性能产生影响。
不同的冷却方式，如空冷、水冷、油冷等，具有不同的冷却速度和冷却效果。
通过选择合适的冷却方式，可以实现钢材组织的定向调控，从而达到钢材性能的要求。
3. 控轧控冷工艺的应用控轧控冷工艺广泛应用于钢材的生产和加工过程中。
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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
制轧制的25mm板可以获得20μm的细小的奥氏体晶粒。
热机械加工工艺
如果变形温度很低以至于不能发生再结晶，奥氏体晶粒则变为伸长的晶粒。
合金元素含量较高的钢种，其再结晶的温度较高。
在这一方面，碳、氮化物形成元素，即使含量很少，也是非常有效的，而铌是最有效的元素。
图6（7）表明，仅含0.03%Nb的钢，在温度低于950℃时，经每道次标准变形量的轧制后，不会发生再结晶。
这里有两个方面的原因（8）：首先，固溶态下铌原子在某种程度上会推迟再结晶的发生；还有，铌在这样一种位错多的组织中将以碳化物或碳氮化物形式快速析出。
这些应变诱导析出的粒子最终完全抑制了再结晶的发生。
图7说明了这一原理。
奥氏体/铁素体转变
在纯净钢中，在奥氏体向铁素体转变时，最合适的形核位置是奥氏体晶粒边界。
当变形奥氏体向铁素体转变时，晶粒内部的位错带也可成为形核位置。
形核后，铁素体晶粒长大直到晶粒间紧密接触。
在一定的冷却温度下，有细小的奥氏体晶粒，特别是拉长的奥氏体晶粒转变成的铁素体晶粒将变的更细，因为奥氏体晶粒表面积与体积之比增加了。
已报道过一些描述铁素体晶粒尺寸的回归公式。
就实际的轧制条件和空冷而言，一个相当简单的关系式，即铁素体的晶粒尺寸dα略小于垂直于轧制面的奥氏体晶粒尺寸hγ的一半，很好地描述了已再结晶或变形的奥氏体的转变（9）。
dα≈0.4×hγ
图8为表示经不同的轧制过程所得到的铁素体晶粒尺寸的示意图。
加速冷却
采用较快的冷却速度，可以进一步细化晶粒，这由于相变开始温度降低，在过冷奥氏体中形核更多。
控制冷却最早在热带轧钢厂得到应用（10），其后在其它轧钢厂推广和优化（11），特别是板材的TMCP轧制工艺中，控冷得到了很好的应用。
TMCP代表热机械控制工艺，该工艺将热机械加工和冷却结合起来。
图9显示了被应用的冷却制度：结构钢空冷后得到铁素体-珠光体组织，加速冷却避免了珠光体转变而得到铁素体-贝氏体组织。
实际上，加速冷却一般在约550℃时终止，接下来是空冷。
加速冷却对晶粒细化有双重作用：
1）如上所述，多边形铁素体晶粒尺寸得到细化。
冷却速率愈快，铁素体晶粒越小。
图10（12）说明为什么在实际生产中优先采用热机械轧制和加速冷却相结合的工艺。
2）当加速冷却时，大约50%的组分是贝氏体组织，这种贝氏体的晶粒尺寸较铁素体更细小，约为1μm，并具有较高的位错密度，如图11所示（13），这样钢的强度显
著增加，同时韧性也得到一定程度的改善。
结果
由细晶粒组织导致优异的力学能力，这种高强度结构钢可应用于恶劣的工作条件。
图12（14）给出了铁素体晶粒尺寸对低碳钢性能的影响。
可以通过仔细控制整个生产过程中的轧制条件—时间、温度和形变来获得晶粒细化。
在过去的十年里，上述工艺应用于低合金高强度钢的大生产中，用这种工艺生产的钢大约占世界钢的总产量的百分之十。
参考文献
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