控轧控冷-7解析.ppt

第七章 钢材控制冷却理论基础 冷却过程机理浅析 － 冷却水浇在红钢上会生成一层汽膜，影响热交换 － 水与钢的热交换系数远远大于汽与钢的热交换系数 － 有效地打破汽膜，是提高热交换效率的关键 冷却过程示意图 雷诺数 1883年，英国物理学家O.雷诺观察了圆管内的流动状态,首先提出：由层流向湍流的过渡取决于比值dup/μ（d为管子内径）。这个比值即雷诺数 Re。L为流场的几何特征尺寸（如管道的直径）；p为流体的密度；μ为流体的粘度。 雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度。 雷诺数越大，表明层流状况越差，冷却效率越低。反之，雷诺数越小，层流状况越好，冷却效率越高，导热系数越大。而水幕层流状况的好坏与水幕冷却装置及喷嘴的结构形式、表面状态和尺寸有关。 管层流 水幕 UFC 倾斜喷射；压力；较近距离；吹扫气膜－核沸腾；2－5倍的冷却效率 轧后冷却的影响 Nb、Ti含量的影响 蒂森－克虏伯热带轧机的超快速冷却 轧后快速冷却的强韧化机制 轧后快速冷却实质是控制轧制后细化了的变形奥氏体组织经过快速冷却，相变组织发生相应变化，钢中析出物的大小、数量、析出部位发生变化，从而使钢材的强韧性得以提高的。如在中厚板轧机上进行控制轧制后的冷却采用弱冷，可以得到微细的铁素体和小片层间距的珠光体组织，或得到微细的铁素体和贝氏体双相组织。 轧后冷却速度对钢材强韧性的影响 Nb、Ti含量对轧后快速冷却钢材强韧性的影响 以钢和含的高强度管线钢为例：坯料厚度为，分别1200和1100加热，900以下累积变形70%，终轧温度为800，终轧厚度为20；轧后采用喷雾冷却设备，从780快冷至600，最大冷却速度为，其后空冷至室温。 冷却速度：7～8 冷却速度：10～12 * * 本章内容 热轧钢材轧后冷却的目的是为了改善钢材的组织状态，提高钢材性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力。轧后控制冷却还可以防止钢材在冷却过程中由于冷却不均产生不均匀变形，而使钢材扭曲或弯曲。 7.1 钢材水冷过程中的物理现象 7.2 控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择 7.3 轧后快速冷却的强韧化机制 钢材水冷过程中的物理现象 在1个大气压下饱和水在电加热的铂丝表面上沸腾时得到的实验曲线 水冷时的沸腾换热现象 钢材水冷过程中的物理现象 高温钢材的水冷却可以有三种主要的方法，即喷水冷却(包括小水滴的雾状冷却和大水滴的喷水冷却)、连续水流冷却(包括水幕冷却和管层流冷却)、浸入冷却。 钢材水冷过程中的物理现象 当把一块赤热的钢浸入静止水中时，传热系数遵循图7-2的关系。在初接触时钢和水之间的巨大温度差引起迅速的热传导，可是由于钢块表面迅速形成隔热的蒸汽层,即“膜状沸腾”，结果出现一段低导热时期。此后钢件逐渐冷却，待至蒸汽不再稳定地附着在钢块表面时，钢和水重新接触而进入“核沸腾”期，此时产生很大的热传导, 此时钢件相应变冷，不久就更冷，热传导再次降低。 喷水冷却的水是不连续的水滴(紊流)，当水滴最初冲击到热钢材表面时，由于有很大的冷却水过冷度，热传导(冷却能力)非常大并迅速形成一层膨胀的蒸汽层，而随后喷来的水滴为这层蒸汽所排斥。此时热传导效果降低，钢材不能很好的冷却 。 高压水能冲破蒸汽膜，但压力加大冷却水反溅得厉害，冷却水利用率低，而且高压下水流变细不易打破蒸汽层。因而采用什么手段能不断破坏钢材表面的蒸汽膜是提高钢材传热效果的关键。 钢材水冷过程中的物理现象 钢材水冷过程中的物理现象 而在连续水流冷却中，由于冷却水连续冲击在一个特定的面上，该表面很难形成稳定的蒸汽膜，表面温度迅速下降。结果在冲击点上产生汽泡沸腾，而且这一汽泡沸腾区迅速扩展。当冷却水均匀地喷在待冷却钢的整个表面时，其边缘在两个方向上受到冷却，边缘的冷却速度要比中心快一些，因此气泡沸腾从边部开始，逐步向中心扩散。 钢材水冷过程中的物理现象 钢在高温奥氏体区进行轧制，随后在冷却过程中由面心立方结构的奥氏组织状态向体心立方结构的铁素体转变，钢发生体积膨胀，同时释放出相变热。这种相变热释放的温度范围和释放的热量主要受钢的化学成分和冷却速度影响。 如果能将相变热定量地包括在钢的热含量和表观比热中，并确定出它与温度、化学成份和冷却速率的关系，在计算钢的加热和冷却过程中的热传导时就会提高其精确度。 控制冷却各阶段的冷却目的 和冷却方式的选择 控制冷却的重要目的之一是通过控制冷却能够在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。 对于高碳钢和高碳合金钢轧制后控制冷却的目的则是防止变形后的奥氏体晶粒长大 ，降低以致阻止网状碳化物的析出量和降低级别，减小珠光体球团尺寸，改善珠光体形貌和片层间距，从而改善钢材的性能。 控制轧制特别对改善低碳钢、低合金钢和微合金钢材的强韧性最有效：