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計算機控制在12Cr1MoV圓鋼超快速冷卻工藝中的應用
頁面瀏覽:  更新時間:2014/6/27 13:19:08


控軋12Cr1MoV圓鋼控冷工藝之所以能夠提高鋼材的質量和性能,這是與TMCP技術獨特的強韌化機理密不可分的。在控制軋制時,通過添加C、Mn、Si、Ni等合金元素產生固溶強化作用;通過添加Nb、V、Ti等微合金元素及采用控制軋制工藝可實現細晶強化、析出強化和位錯強化;同時細晶強化又可以使脆性轉變溫度降低,大幅提高鋼材的韌性。盡管控制軋制能有效地改善鋼材的性能,但由于熱變形因素的影響,使得鋼的相變溫度(Ar3)升高,致使鐵素體在較高溫度下析出,在空冷過程中鐵素體晶粒長大,從而使控制軋制效果受到限制。因此,鋼板在控制軋制后必須配合控制冷卻工藝,降低相變溫度,進一步細化鐵素體及珠光體組織,同時使Nb、Ti、V微合金元素的碳氮化合物更加彌散析出,進一步提高析出強化效應。尤其是對未再結晶的奧氏體進行控制冷卻時,強韌化效果非常明顯。從上世紀80年代初日本首次將控軋控冷技術投入使用,到現在控軋控冷技術已經廣泛用于我國軋鋼實際生產,對人類經濟和社會的發展都產生了重要影響。
傳統的TMCP工藝采用“低溫大壓下”, 與我們長久以來形成的“趁熱打鐵”的傳統觀念背道而馳,不可避免地受到各種限制。其中**主要的缺陷是在“低溫大壓下”條件下,軋制過程的能耗過大,因而受到軋機設備能力的限制;同時傳統“低溫大壓下”需要添加昂貴的合金元素,增加鋼鐵生產過程的成本。


社會的高速發展,使人類面臨越來越嚴重的資源、能源短缺問題,承受著越來越大的環境壓力。人類必須解決這些問題,才能與自然和諧發展,保持人類社會的長治久安和子孫后代的幸福安康。針對這樣的問題,在制造業領域,提出了4R原則,即減量化、再循環、再利用、再制造。具體到TMCP技術本身,必須堅持減量化的原則,即采用節約型的成分設計和減量化的生產方法,獲得高附加值、可循環的鋼鐵產品。這種TMCP技術就是以超快速冷卻技術為核心的新一代TMCP技術,其中心思想是:在奧氏體區間,趁熱打鐵,在適于變形的溫度區間完成連續大變形和應變積累,得到硬化的奧氏體;軋后立即進行超快冷,使軋件迅速通過奧氏體相區,保持軋件奧氏體硬化狀態;在奧氏體向鐵素體相變的動態相變點終止冷卻;后續依照材料組織和性能的需要進行冷卻路徑的控制。新一代TMCP技術避免了“低溫大壓下”,貫徹實行“趁熱打鐵”的思想,因而可以減輕生產設備負荷,確保了軋制過程的穩定性,降低了軋制過程的能耗。由于可以少加或者不加微合金元素和合金元素,所以可以節省大量的資源和能源,實現減量化的軋制,降低鋼材生產成本,這對于鋼鐵工業的可持續發展和協調發展具有重要的作用。


鋼板軋后的超快速冷卻是一個非常復雜的過程。鋼板在進入水冷區前經歷空冷過程,此過程鋼板的熱交換包括鋼板的輻射換熱,鋼板和輸出輥道的熱傳導,鋼板和周圍空氣的對流換熱,但輻射換熱占據主導地位;鋼板進入水冷區后主要是和冷卻水的對流換熱,在此過程中鋼板上下表面的換熱機制是不同的,在不同的鋼板表面溫度下,鋼板和冷卻水的對流換熱機制也有很大差異。鋼板出水冷區后的換熱主要是鋼板的輻射傳熱以及鋼板和輸送輥道之間的熱傳導。在鋼板的冷卻過程之中,鋼板內部的相變生熱是不能忽略的,相變所產生的熱量由奧氏體的轉變速率確定。鋼板的熱輻射由波爾茨曼規律處理,這種換熱由鋼板的表面溫度,鋼板表面黑度和環境溫度確定。在鋼板終軋后的控制冷卻過程之中,水冷所帶走的熱量占整個熱量損失的80%以上。鋼板與冷卻水的對流換熱比較復雜,換熱系數隨水流狀態、水溫、鋼板表面溫度、鋼板運行速度的不同呈現出復雜的變化趨勢。在進行超快速冷卻的過程中,需要對冷卻過程的溫度和冷卻速度進行****的控制,如果執行出現偏差不僅鋼板的板形,而且對鋼板的組織性能也有直接影響。因此,必須采用****數學模型描述冷卻過程,同時使用計算機對鋼板進行過程跟蹤和控制。
 


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