热轧钢材一体化组织性能控制技术

钢铁材料先进热轧-冷却-热处理一体化组织性能控制技术是针对热轧钢材关键生产工艺进行的一系列原始技术创新。开发"轧制-冷却"同步化工艺装备,研制"温控+变形"相耦合的新一代控制轧制技术,结合轧后超快速冷却技术,充分发挥细晶、析出、相变综合强化作用,获得理想的微观组织形态,提升产品综合力学性能。在此基础上,针对高端产品研发先进热处理技术,满足高强度高均匀性淬火工艺需求。通过对热轧-冷却-热处理一体化组织性能控制技术创新,可实现热轧钢材生产流程系统控制,促进热轧钢铁材料性能的全面提升,保证钢铁材料性能稳定性,减少合金元素用量、降低钢材生产成本。     

热轧带钢冷却系统探讨

热轧带钢层流冷却过程是热轧生产成品之前的最后一道重要工序,直接决定了带钢产品质量。带钢卷取温度是影响热轧带钢组织性能的关键因素,是决定成品带钢加工性能、力学性能的重要参数之一,与带钢最终质量密切相关。主要介绍一种新型热轧带钢冷却系统,新型冷却系统由传统层流冷装置和快速冷却装置组成,新型冷却系统具有冷却均匀、冷却效率高、冷却速度快、冷却装置制造工艺简单、维护方便等优点,快速冷却装置与传统冷却装置组合使用时可以实现多种冷却模式,可以有效控制冷却过程使带钢组织细晶强化、析出强化和相变强化以提高带钢力学性能、综合性能,减少能源的消耗,简化生产工艺,为开发钢材新品种创造有利条件。     

应用控制轧制和控制冷却技术开发研制新产品

控制轧制和控制冷却技术是一项节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢技术.它能通过工艺手段充分挖掘钢材潜力,大幅度提高钢材综合性能,给冶金企业和社会带来巨大的经济效益.由于它具有形变强化和相变强化的综合作用.所以既能提高钢材强度又能改善钢材的韧性和塑性.控制轧制与普通热轧不同,其主要区别在于它打破了普通热轧只求钢材成形的传统观念,不仅通过热加工使钢的高温变形充分细化钢材的晶粒和改善其组织,以便获得通常需要经过热处理才能达到的综合性能.     

82B钢的微合金化-相变控制与生产实践

为了优化82B钢的成分和热轧冷却工艺,以提高82B盘条的强度,测定了80钢和82B钢的等温转变温度对相变时间、珠光体片层间距的影响以及Cr元素对82B相变温度的影响,分析了Cr合金化和相变控制对82B盘条的微观组织和抗拉强度的影响。对于82B,当温度在595～615℃相变速度最快,其转变时间为10～15s,在590～625℃可得到理想的0.10～0.20μm的珠光体片层间距;通过添加0.18%～0.24%Cr和控制热轧冷却速度,可以控制82B钢的相变温度区间和相变速度,得到均匀细片状的珠光体组织;将Φ12.5mm 82B盘条的主要成分调整为0.78%～0.84%C、0.15%～0.35%Si、0.78%～0.88%Mn和0.18%～0.24%Cr;在热轧控冷过程中,弱化水冷,强化风冷,控制82B盘条的吐丝温度为840～880℃,目标值860℃,增大82B盘条在风冷线上的冷速,提高了盘条的强度。     

传统层流冷却技术的开发、实践及再认识——中厚板新一代TMCP(控轧控冷)装备及工艺技术

根据新一代TMCP(控轧控冷)工艺技术理念,充分利用细品强化、相变强化、析出强化、固溶强化等综合强化手段,进一步挖掘钢铁材料潜能,进一步认识和理解“水是最廉价的合金元素”,采用节约型的成分设计和减量化的生产方法,较低成本实现高性能钢铁材料的开发与大批量生产,获得高附加值、可循环的钢铁产品,不仅是新一代TMCP工艺的技术目标,同时也是当前我国钢铁行业众多中厚板企业的强烈诉求.实施新一代TMCP工艺技术的关键是要开发出中厚板超快速冷却装备及相应的工艺技术,从而为热轧中厚板生产过程实施新一代TMCP工艺提供装备支撑.传统中厚板控制冷却装备自1980年日本NKK开发成功并实现大规模工业化应用至今已历经三十余年,尤其是近十年来,国内中厚板轧线控制冷却技术得到普遍应用,企业工艺技术人员对控制冷却技术所涵盖的设备和工艺的认识及理解也得到进一步的深化提高.实际上,在中厚板企业冶炼和轧制装备及技术水平的日益提高、生产工艺组织及管理水平近趋成熟的前提下,决定中厚钢板组织和性能等级以及平直度质量的轧后控制冷却技术及工艺,已成为国内外中厚板生产厂家提高产品档次和竞争力的关键核心技术.     

中厚板减量化轧制工艺研究

通过研究控制冷却条件下热轧钢板的细晶强化、析出强化和相变强化对性能的贡献,充分利用炉卷轧机层流冷却技术和轧制细晶技术,对组织、性能进行调控,实现了节约型低合金减量化生产.     

Ti-V微合金化热轧高强钢的相变规律及组织性能

摘要：为进一步提升热轧高强钢的性能,利用热模拟试验机、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）等设备系统研究了Ti-V微合金热轧带钢连续冷却相变规律、组织和性能随卷取温度的变化规律及强化机理。结果表明,当冷却速度低于1℃/s时,试验钢中的组织为铁素体和珠光体。当冷却速度为5～30℃/s时,基体组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成,贝氏体相变开始温度介于580～600℃。当冷却速度增加至50℃/s时,试验钢中的奥氏体全部转变为贝氏体。此外,对不同卷取温度下试验钢的组织和性能研究表明：随着卷取温度的降低,试验钢的强度降低,塑性基本不变。当卷取温度为650℃时,力学性能最佳,其抗拉和屈服强度分别为716和653MPa,断后伸长率达到21.3%,主要是由于晶粒细化和沉淀强化所致。     

加速冷却对热轧C－Mn钢力学性能的影响

三种试验用Ｃ－Ｍｎ钢热轧及轧后的加速冷却实验表明，典型组织为多边形铁素体＋粒状贝氏体；这种组织不会恶化钢材的塑性指标；贝氏体相变强化效果远高于各种组织因加速冷却而产生的自身强化效果。     

热轧钢材晶粒细化及其应用研究

细晶强化在材料科学工程中具有非常重要的地位。为此分析了细晶强化技术在不同热轧钢材行业中的研究概况,并讨论了其在棒线材、带材、中厚板等钢材中的开发应用情况。研究结果表明,热轧棒材在相同的变形量、变形温度以及化学成分的前提下,采用轧后强制冷却,可把晶粒度等级从7.0级提高到8.5级,使其屈服强度提高39.20%,抗拉强度提高23.23%;利用纳米级析出物对铁素体晶粒长大的阻碍作用,从而细化晶粒组织,并结合纳米级析出物在HSLA钢中的析出强化,可对屈服强度贡献80～120 MPa。通过对细晶强化及其应用技术的系统分析,并结合纳米晶块状金属材料的综合性能特点,提出了金属材料组织应适度细化。     

钢铁行业技术创新和发展方向

 创新驱动钢铁行业转型发展、调整结构、实现钢铁行业绿色制造势在必行。从钢铁行业的重要前沿技术（产品）和钢铁行业的重要关键共性技术（产品）介绍了钢铁行业技术创新和发展方向。内容包括：复杂难选铁矿石预富集-悬浮焙烧-磁选技术;低碳炼铁技术;炼钢二次资源高效利用技术;先进钢铁全流程一体化组织控制;改进型热带无头轧制短流程工艺、装备及产品;薄带铸轧短流程工艺、装备与产品;无酸洗涂镀制备热轧涂层板技术;新一代钢包喷射冶金工艺;高品质连铸坯生产工艺与装备;热轧钢材组织性能控制;极限规格板材先进热处理装备及工艺技术;薄板坯半无头轧制＋无酸洗涂镀制备热轧AHSS;高精度冷轧板形控制技术与装备技术;先进连续退火与涂镀技术;真空制坯轧制复合板技术;旨在大规模定制的钢材智慧制造系统等。旨在实现钢铁工业的绿色制造,促进中国新型工业化进程。     

热轧带钢新一代TMCP技术的开发与应用

热轧带钢新一代TMCP技术以超快速冷却为核心,通过冷却系统从空冷至超快冷的无级调控,利用广阔 的冷速范围及精准的温度控制,实现对带钢轧后冷却路径进行灵活的控制。有利于细晶强化、析出强化、固溶强 化、位错强化、相变强化的最佳匹配,从而使得热轧带钢产品获得优良的综合性能。新一代TMCP工艺技术具备低 成本、高效率、高均匀性、高控制精度等特征,是轧制工艺发展的重要领域之一。随着人们对带钢产品性能要求的 不断提高以及资源的日益枯竭,以超快速冷却为核心的热轧带钢新一代TMCP技术具有广阔的发展前景。     

低成本减量化Q690qENH高强桥梁钢的开发

对Q690qENH桥梁钢进行了减量化合金成分设计,降低了Ni、Cu元素的质量分数,克服了对Mo元素的依赖;基于新一代TMCP技术进行短流程工艺设计,生产出屈服强度为745MPa、抗拉强度为961MPa、伸长率为16.8%、-40℃夏比冲击功约为166J的低成本减量化Q690qENH桥梁钢。与传统桥梁钢TMCP+淬火+回火工艺相比,新一代TMCP工艺取消了淬火+回火过程,生产的Q690qENH桥梁钢吨钢可节约合金成本约1521.08元,节水约2180m3/h,节约用电275.37kW·h;相当于吨钢节约原煤消耗154.20kg,减少污染物排放量约361.83kg。对于新一代桥梁钢的生产,在降低物耗能耗、保护环境方面有重要的理论指导意义。     

热轧高锰TRIP/TWIP钢组织性能研究

利用控轧控冷工艺开发了锰质量分数为18.8%的热轧高锰TRIP/TWIP钢板,分析了轧制工艺参数对热轧高锰钢组织和性能的影响,讨论了实验钢的断裂机理。结果表明：通过控轧控冷方法可以热轧出抗拉强度达到940 MPa左右,断裂伸长率在40%以上的高锰钢板。冷却速度和卷取温度等工艺参数对实验钢组织性能影响不是非常明显。高锰钢优异的力学性能是TRIP和TWIP效应共同作用的结果。高锰钢拉伸呈韧性断裂,裂纹多沿奥氏体/马氏体晶界萌生、扩展。     

硅质量分数对CSP生产DP600相变规律及工艺的影响

基于C Si Mn Cr Mo系600 MPa级热轧双相钢的组分,设计了不同硅质量分数(0.55%和1.17%)的两种试验钢。采用Gleeble 3500热模拟试验机测定了两种试验钢的连续冷却转变曲线,分析了硅质量分数对试验钢连续冷却过程中组织转变的影响,并研究了硅质量分数对短流程生产中温卷取型热轧双相钢生产工艺的影响。结果表明,相对于w(Si)=1.17%,w(Si)=0.55%使铁素体开始转变温度降低40~50 ℃,明显缩短了铁素体转变的孕育期,并增加了铁素体的体积分数。在CSP线上生产时,低硅钢的终轧温度可控制为820~830 ℃,低的终轧温度使铁素体相变时间增加2.2 s左右,铁素体转变量增加,且后续相变过程中可避免非马氏体组织的出现。因此,低硅钢适合在CSP短流程线上生产中温卷取型热轧双相钢。     

高韧性桥梁钢Q420qD的开发

为了满足桥梁钢Q420qD高强、高韧性的要求,采用低碳、铌、钒、钛微合金化成分设计方案,应用铁水预处理、自动化炼钢控制钢水洁净度,采用电磁搅拌及重压下等工艺手段保证铸坯质量,利用新一代TMCP工艺,控制钢板的组织细化和均匀,保证产品的综合力学性能。通过力学性能的测试和组织检测,开发钢种屈服强度在450~510 MPa,抗拉强度在560~640 MPa,伸长率在21%~25%,－20 ℃冲击功全部在200 J以上,屈强比全部小于0.85,Ⅱ级探伤全部合格;在Gleeble3500试验机上测定了钢种的动态CCT曲线,为制定控轧控冷工艺提供理论基础;应用透射对析出物的分析表明,析出强化贡献量占全部强度的15%以下,强化机制以固溶强化、细晶强化和贝氏体相变强化为主。     

基于超快冷的控轧控冷装备技术的发展

控制轧制与控制冷却技术是钢种开发和改善产品质量的重要轧制工艺技术。介绍了热轧板带钢超快冷技术的发展前沿,重点阐述了国内自主研发超快冷工艺装备的技术特征。在此基础上,进一步介绍以超快冷为核心的新一代TMCP工艺原理以及“轧制-冷却”相结合的“温控-形变”耦合控轧技术研发现状,通过控制轧制与超快冷有效结合,综合利用细晶强化、析出强化、相变强化等多种强化方式,可以充分挖掘钢铁材料的潜力,实现资源节约型、节能减排型的绿色钢铁产品制造过程。     

含铌微合金化热轧多相钢的控轧控冷工艺

通过热轧试验研究了两阶段轧制+层流冷却、空冷、超快冷的TMCP工艺对高硅铌钢、高硅Nb-Ti钢、低硅Nb-Ti钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,控轧控冷后的试验钢含有铁素体、贝氏体、马氏体以及少量残余奥氏体的混合组织。在控轧控冷工艺参数相近的情况下,高硅铌钢、高硅Nb-Ti钢、低硅Nb-Ti钢的抗拉强度依次减小,其伸长率和强塑积依次增大。低硅Nb-Ti钢的伸长率和强塑积分别达到了41%、25 256 MPa.%的最大值。     

堆垛缓冷对Q550D-Z钢板组织性能的影响

利用超低碳和微合金化的成分设计,采用TMCP工艺,充分利用晶粒细化和针状铁素体与粒状贝氏体组织强化、下线堆垛缓冷24h等手段,保证热轧状态达到该钢种需要的屈服强度、伸长率,进而去掉热处理调质及回火工艺,同样在工业试制条件下得到韧性良好、屈服强度为570 MPa级的超低碳贝氏体钢。     

近年来低合金高强度钢的进展

 从洁净钢生产、薄板坯连铸连轧无头轧制、薄带铸轧以及以快速冷却为核心的TMCP工艺等几个方面介绍了HSLA钢生产工艺技术的最新发展,并系统介绍了汽车用钢、船舶及海洋工程用钢、管线钢、建筑结构钢、核电用钢、压力容器用钢、工程机械用钢及集装箱用钢等行业所用的HSLA钢品种开发方面新进展。认为未来HSLA钢将向高强、高性能和低成本方向发展,对HSLA钢的发展有指导作用。     

强化机制对高强度桥梁钢Q500qE屈强比的影响

通过化学成分设计以及TMCP过程控制研究了不同的强化机制对高强度桥梁钢Q500QE屈强比的影响。结果表明,通过增加固溶元素Mn、Cr的含量和降低析出强化元素Nb的含量,可有效降低屈强比。晶粒细化有利于强度和韧性的提高,但对屈强比不利。相比之下,相变强化是实现高强度和低屈强比的最佳途径。热轧后采用分段冷却工艺可获得铁素体+贝氏体的双相组织。通过调整铁素体和贝氏体相的比例和硬度,可有效控制屈强比。