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钢温轧技术研究的现状与展望
彭燕
燕山大学冷轧带钢设备与技术国家工程研究中心，燕山大学，秦皇岛066004，中国
亚稳态材料科学技术国家重点实验室，燕山大学，秦皇岛066004，中国
关键词：温轧；节能;钢;轧制技术;成形控制
摘要：在分析了钢铁生产物流和能源交换过程的基础上，介绍了钢的温轧制技术的一些方面，包括原理、技术特点、应用前景、所面临的挑战，特别是节能环保的意义。结论表明，热轧制技术在工业生产中面临着诸多的挑战，具有广阔的应用前景。温轧的研究领域包括：板材的平整度和厚度的控制、微观结构和性能的控制、整个过程的一体化控制以及相应的设备改进等等。
介绍
“十二五”时期，我国的经济发展面临着越来越严重的资源短缺和节能的影响问题，中国正面临着经济发展转型的重大挑战。近年来，矿产资源和能源价格大幅度的上涨，钢铁企业的利润迅速下降。钢铁工业通过研究和开发新技术来减少能源和资源的消耗，提高钢铁效率已经迫在眉睫。一些学者建议开发一种新型的“高性能低成本钢”HPLC-steel(高性能低成本钢)，以取代目前广泛使用的HSLA钢。他的目的是不使用或减少合金元素的使用，主要通过对轧制过程和冷却过程的优化来控制钢的结构，从而获得良好的性能。通过设备和技术的进步，采用较低成本生产环境友好型、资源节约型和各种规格的高质量钢将成为钢铁生产的发展趋势。
超细的粒度理论认为晶粒细化是提高钢强度而不损其失韧性的行之有效方法。双相钢的生产实践是提高钢的性能的另一个重要的途径。现有的研究表明，有效控制钢的硬相(马氏体、贝氏体)和软相(铁素体、奥氏体)、比例和形式，可以利用组织的复杂阶段，以细的晶粒强化为基础，从而获得整体上优异的性能。
温轧制技术是提高钢材的质量，提高钢材在轧制过程中节约能源效果的新技术。指在室温和再结晶温度范围内的金属轧制工艺。其加工温度为0.3 ~0.6 Tm。他的实质是在特殊的外部荷载条件和温度条件下的塑性变形和组织性能的变化。在此过程中，由于钢材受力变形、温度、材料特性，和组织等内外参数的相互影响，使得钢材的滚动塑性变形、力学性能、材料相系统平衡、原子扩散等机制趋于复杂化。这一过程对于钢的轧制成形、轧制的后处理工艺和产品力学性的能有着重要影响。
目前，对于大变形过程中的低轧制温度的研究已经成为提高材料性能的优化技术的总体方向。在外部压力下低温已经成为提高材料性能的有效手段。铁的轧制和双工轧制在生产过程中有着大量的应用。马氏体的低塑性已经证明了低温轧制的可行性。结合钢的超细晶粒理论、温度塑性变形和带钢轧制成形，通过研究降低轧制的温度、微观结构的细化、相变强化和碳化物析出机理等，提高机械性能。控制轧制过程，完成工业应用中优质钢材的轧制成型工艺的研究。
热轧技术的研究
从目前的研究现状和发展总体趋势上来看，轧制温度在工程上具有很大的应用价值，但由于在探究金属温度滚动组织转化规律的过程中，诸多影响因素和复杂的形成机理还没有完全的被揭示出来。因此，国内外学者对温度的研究，有着不同程度的研究。
Wang Jing Wen等研究了碳钢在中温的变形区变形温度在550 ~ 700℃和隔热保温的适当时间后发生变形。实验结果表明，铁素体和珠光体组织在铁的形变区内得到了细化，改善了铁素体和珠光体在钢中的分布情况，缩短了碳钢的球化时间，提高了球化效果。Huang jun xia和其他人研究了65 Mn钢等通道角的挤压,挤压温度在650℃,挤压后保温20分钟。最终得到大小约为100纳米颗粒的粒状渗碳体和铁素体，平均约为0.3万粒细粒度的材料。Lydia Storojeva 做研究中碳钢的碳含量0.36%，其温度在670°C中。片状渗碳体球，球状渗碳体和铁素体的尺寸约为23micro;m。唐雅良研究了75钢化回火碳化钨钢化规则的不同变形变量。为了有效地测定和优化环扎工艺系统，雄玉梅等人研究了PZH型钢热轧带钢的第三阶段。实验研究采用PZH型钢在不同温度区域的钢中，进行了变形抗力的试验研究。在变形过程中与变形温度500 ~ 800℃条件下,变形速率为1、5、10、15、20s-1,变形程度为20%,分析其变形温度、变形程度和变形速率以及其典型钢的变形抗力。Chen Zhengge, Xiong yi,Li yong和其他人使用了gleeble-3500热模拟试验机对高碳钢的原始片状珠光体组织在640- 700℃的温度下,应变速率为0.01-10 s - 1,在最大的真实应变压缩的条件下,研究了渗碳层中的组织在这一过程中的发展。分析表明，随着应变率的降低，边界层片状珠光体组织球呈颗粒状珠光体。珠光体主要发生在变形过程中的层状渗碳体。随着应变、应变率和变形温度的增加，渗碳球化程度的增加。Yao Shengjie, Du Linxiu, Wang Guodong, 通过轧制珠光体-铁素体组织得到对于不同位错密度下得到两个渗碳体变形在300℃下的分布。他们相互结合随后的快速上升到奥氏体低温和单通道轧制变形后，快速冷却获得粒径为200-500nm的晶粒钢。试样获得的拉伸性能的试验表明，该工艺除了具有较高的抗拉强度和相对较低的屈服率以外，其总的伸长率为20%。Zhou Jifeng, Jing Tianfu,使用的gleeble - 3500热模拟试验机,实验应变率为0.001,0.01,10s - 1,变形温度为600℃、650℃、700℃铁素体-珠光体和马氏体组织的温度变形实验。实验结果表明，在相同的温度下，马氏体应变率敏感性指数和软化速率比铁素体 珠光体的相应参数要大。当应变率从0.01s - 1增加到10s - 1时，得到马氏体和铁素体 珠光体相交的流动应力曲线。应变的交点便是临界应变。当应变大于临界应变时，马氏体的流动应力就会小于铁素体和珠光体。
工业应用
节能降耗一直是存在于钢铁行业中的一项重要的任务，近些年来在国内外的生产实践表明，我们可以通过降低轧钢坯料的再加热温度来实现节能降耗。低温轧制技术在国内外已经成为一种大的发展趋势。为了实现低温轧制工艺，MEFOS分析了Forsbacka的棒材轧制机，并提出了以下的几点约束条件:第一：粗磨机组的平均连续功率不能超过2580千瓦;第二：粗轧机组瞬时功率不能大于3160千瓦;第三：轧辊的应力不得超过225兆帕;第四：对于低塑性的材料，如高合金钢或者铸钢结构，我们应该根据材料的塑性来限制他的最低的轧制温度。在美国,Blaw Know工厂尝试降低了在热刺连续轧机上开发板的温度，温度由1250摄氏度降低到了1093摄氏度,因此他们可以节省能源的消耗有17.82kg/t之多,在考虑了轧制能耗的增加引起的加热温度降低以后，工厂从这项技术中仍然可以从中获利约400万美元每年。
钢铁研究总院的XiaYu Lietc和冶金工业部的PuQi Wang模拟了25 SiMn钢和AY3F钢在压力测试装置上的变形抗力曲线，以及基于不同的温度、变形速率和变形程度的因素在Gleeble-1500测试机上的测试结果。他们将测试结果与在实验室条件下确定的轧制压力进行了比较对比，并确定了加热和轧制时所需要的能量消耗。实验结论是,材料的变形阻力急剧的增加并且加热温度降低,变形阻力上升到百分之十五到百分之十六时平均温度降低了50摄氏度。在压力测试装置中确定的变形抗力的数值与在Gleeble-1500试验机中确定的结果相似，但是比轧制时的实验结果略高，其中温度越低，差异就越大。我们可以减少了百分之五的能源消耗，减少了加热温度每五十摄氏度并且其绝对值很大,这样比降低轧制温度引起的轧制能耗要大得很多。
宝钢集团2050通过改进轧制的工艺和设备，降低轧机线温度下降，降低钢板的温度。采用低温轧制技术可使其温度降低40摄氏度，轧制率可提高0.1%。总经济效益增加到了1504.55万元。
发展趋势
当连铸坯料加热去轧制时，在加热炉中约有70%-80%的能量是燃料的消耗。低温轧制则可以降低钢坯在加热时的温度，节省了燃料，减少了能源损失。低温轧制技术在国内外仍是一个重要的研究课题。这是一种节约能源的新技术。它是一种成熟可靠的成形技术，在国外的生产过程中取得了显著的经济效益，但国内的大多数热带机仍然采用传统的轧制技术。从设备技术的角度讲，可以降低开卷的温度，进行低温轧制，其具有广阔的应用前景，需要进一步的探索和研究。
扩展的应用。目前，在低温轧制技术中主要应用于棒材轧机上，但是很少用于带钢热连轧的机组中。宝钢集团2050的生产实践证明，通过适当的改进轧制工艺和机械设备，降低轧机生产线的温度使其下降，使带钢热连轧机组完全具有实现低温轧制技术的潜力。
热区应力-应变对结构的影响。经过高温加热后的钢材料组织为单一的奥氏体组织，冷却过程中组织的转化顺序为由珠光体、索氏体、托氏体、维德曼斯特结构、贝氏体到马氏体。根据钢材料的组织成分和冷却过程中的相变特性，热轧的工艺由传统的奥氏体区控制发展为铁素体轧制和两相区轧制，并且在这方面取得了巨大的成功。但由于材料的传递性和复杂性等特性，组织的材料转化规律还没有被完全的揭示出来，其中的一些关键的变化机制仍然是一个长期存在的争论问题，特别是在变形、应力和温度共同作用下的温度变化过程中，仍然缺乏相关的研究。近些年来，温区的结构稳定性和碳行为已经成为研究的热点问题。但是，目前的研究主要是在实验室中进行的，产品的组织性能的控制技术，在实际生产条件和塑料成型工艺条件下，仍然缺乏相关系统的研究，现有的研究成果仍然缺乏在生产实践条件下的细节推理。
热轧制的建模与精度控制。热轧轧制材料不同于冷热轧制材料的变形特性和流变特性，塑性变形对于材料的组织性能有明显的影响，导致了轧制的压力分布和波动的变化。因此，在塑性变形的过程中，滚子和弹性变形的应力分布的变化会影响钢板在形状和厚度上的控制精度。组织性能的显著变化可能影响材料的流变行为，进而影响下一种方式的变形。此外，热轧轧辊的热膨胀、摩擦和磨损不同于冷热轧制，这是由于轧制的温度和轧辊硬度的不同造成的，轧制过程中对成形精度和稳定轧制的控制变得越来越困难。因此，在热轧过程中，对热轧板、薄板和带材的工业应用对三维塑性变形、滚子弹性变形、形状和厚度控制、辊间压力分布、摩擦与润滑、温度、变形及组织性能的均匀化控制等都是至关重要的。
精确的温度控制。热轧前高温冷却过程中发生的相变会严重影响轧件的内部组织。在高温条件下，物料的冷却过程的控制可以实现一些均匀的前轧制组织。因此，在奥氏体的冷却过程中，我们应该综合考虑内部潜相变化的热、及外心交换等。考虑潜在相变热、相变和温度之间的关系，建立包括奥氏体相变热应力模型、相变动力学、潜相变化热、温度场等耦合组织预测模型，并在奥氏体高温冷却过程中建立精确的温度控制系统，开发相关的冷却设备，是非常重要的。
总结
温轧法主要根据新工艺技术研究金属材料的潜在性能，避免合金化的倾向，以低成本生产高附加值产品。降低加工温度也有助于节约能源和降低成本，这是国家产业政策鼓励发展的新技术。
热轧具有广阔的应用前景和工程应用价值。但由于许多影响因素和复杂的机制，材料组织的变化规律在热轧过程中并没有揭示出来，特别是在变形和温度相互作用下的组织转化过程仍然缺乏研究。此外，在实际生产条件和塑性成形条件下，对产品组织性能、轧制理论等问题的控制缺乏系统研究。因此，对一些重要理论的深入研究将有助于在钢铁生产中取得实质性突破。
声明
这项工作是新世纪优秀人才支持计划在中国教育部大学(ncet-09- 0117),国家科技支撑计划(2011 baf15b01)。
离异共析转变在52100钢的球化作用
J.D. VERHOEVEN
含有碳化物颗粒的奥氏体可以通过珠光体反应或离异共析转化(DET)反应进行共析转化。后者的反应会自动产生球化的结构，而珠光体的反应会产生一种阻止球化的结构。本研究对52100钢中促进DET的热处理条件进行了评价。结果表明，在830摄氏度以下的温度下，DET在对奥氏体反应的珠光体反应中占主导地位，冷却速率为500℃/h以下。这一信息应该有助于在设计更有效的球化退火热处理工艺，而不是目前在文献中推荐的非常长的时间过程。
- 介绍
超共析钢，如工具钢和广受欢迎的52100轴承钢，是在球化条件下提供的，以促进可加工性。一般的热处理规则和配方已经经过了多年的发展，以获得成功的球化，但对球化过程的性质的科学研究很少。Hewit提出了一项关于52100钢球化的研究，他指出这一过程的性质并不是很清楚。基于Heron的工作，提出了52100钢球化的两种工艺。
(a)持续冷却的球形退火：在大约830℃的时候，奥氏体化至少1小时。冷却至750℃，不大于25℃。冷却至690℃不大于10℃/小时。从680℃空气冷却。
(b)等温球体退火:奥氏体在约830℃时至少1小时。快速冷却至700℃点，保持最少2小时。1小时冷却至690℃，空气冷却至680℃。
最近，ASM推荐了两个类似的过程，其中奥氏体化温度降低到795℃。同时，在一个过程中，冷却速率从750℃降低到最大的6℃/h, B过程的保持时间延长到16小时，温度降至690℃。注意，大多数这些过程需要相当长的时间，10到16个小时。
通常，当奥氏体在空气冷却速率或较低的温度下冷却时，它会由著名的珠光体反应转变成铁素体和渗碳体的混合物，而珠光体由于这种微观结构的低能量界面，很难被球化。然而，在多年的文献中，我们已经知道，如果奥氏体含有精细的渗
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