TMCP

TMCP（ThermoMechanicalControlProcess：熱機械控制工藝）就是在熱軋過程中，在控制加熱溫度、軋制溫度和壓下量的控制軋制（ControlRolling）的基礎上，再實施空冷或控制冷卻及加速冷卻（AcceleratedCooling）的技術總稱。由於TMCP工藝在不添加過多合金元素，也不需要複雜的後續熱處理的條件下生產出高強度高韌性的鋼材，被認為是一項節約合金和能源、並有利於環保的工藝，故自20世紀80年代開發以來，已經成為生產低合金高強度寬厚板不可或缺的技術。隨著市場對TMCP鋼的要求不斷提高，TMCP工藝本身也在應用中不斷發展。從近幾年的研究工作看，重點是放在控制冷卻，尤其是加速冷卻方面。

通過加快軋制后的冷卻速度，不僅可以抑制晶粒的長大，而且可以獲得高強度高韌性所需的超細鐵素體組織或者貝氏體組織，甚至獲得馬氏體組織。目前正在研發的在線加速冷卻，是在軋制后直接將鋼板冷卻至常溫，可以避免再加熱工序。在線冷卻的輸送方式分為“一步冷卻”與“通過型冷卻”兩種。所謂“一步冷卻”就是將冷卻水一下子噴射到軋制后的整個鋼板上進行冷卻。為了使冷卻均勻，必須讓鋼板在冷卻裝置中振動。該方法需要超過鋼板長度的大冷卻裝置，而且也難以避免冷卻不均勻問題，故後來改為“通過型冷卻”，即鋼板一面通過一面接受冷卻，現已成為加速冷卻的主流方式。另外，冷卻方式又分“約束冷卻”與“無約束冷卻”兩種。所謂“約束冷卻”是指用上下輥約束鋼板的條件下進行冷卻，採用噴霧水口；而“無約束冷卻”則是用層流式水口對輸出輥道上的鋼板進行冷卻。

在線加速冷卻裝置可放在矯直機前、矯直機后，或兩台矯直機之間。放在矯直機前可以方便地選擇和調整冷卻開始溫度，但冷卻均勻性較差；放在矯直機后，則可進行約束型冷卻，但難以控制所需的冷卻開始溫度；放在兩台矯直機之間，可以利用后一台矯直機消除加速冷卻所造成的變形，但設備複雜，成本較高。

加速冷卻工藝的研發所要解決的最大課題就是要防止冷卻過程中產生的鋼板變形，其關鍵在於保證對於寬幅鋼板的冷卻均勻性。在這方面，還有大量的研究工作需要進行。

通過TMCP處理使鋼材達到高強度和高韌性，基本上是通過控軋細化奧氏體晶粒、導人加工應變和之後的控冷組合起來的相變組織控制和相變組織細化而實現的。它不僅能提高強度和韌性，而且能降低合金元素的添加量，因此，具有提高焊接性能等很多優點。另外，近年來在造船、建築等領域中，確立了即使採用高效率大線能量焊接，也能確保焊接熱影響區良好的機械性能的綜合組織控制技術(JFE EWEL)。該技術作為控制用戶現場焊接施工后的顯微組織，確保優越的機械性能的技術而被廣泛採用。

與傳統TMCP 技術採用“低溫大壓下”和“微合金化”不同，以超快速冷卻技術為核心的新一代TMCP（控制軋制和控制冷卻技術）的中心思想是：①在奧氏體區間，趁熱打鐵，在適於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；②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；③在奧氏體向鐵素體相變的動態相變點終止冷卻；④後續依照材料組織和性能的需要進行冷卻路徑的控制。即，通過採用適當控軋+超快速冷卻+接近相變點溫度停止冷卻+後續冷卻路徑控制，通過降低合金元素使用量、適當提高終軋溫度，來實現資源節約型、節能減排型的綠色鋼鐵產品製造過程。技術目標是通過研究熱軋鋼鐵材料超快速冷卻條件下的材料強化機制、工藝技術以及產品全生命周期評價技術，採用以超快冷為核心的可控無級調節鋼材冷卻技術，綜合利用固溶、細晶、析出、相變等鋼鐵材料綜合強化手段，實現在保持或提高材料塑韌性和使用性能的前提下，80%以上的熱軋板帶鋼（含熱帶、中厚板、棒線材、H型鋼、鋼管等）產品強度指標提高100～200MPa以上，或節省鋼鋼材主要合金元素用量節省30%以上，實現鋼鐵材料性能的全面提升，大幅度提高衝擊韌性，節約鋼材使用量5%～10%；提高生產效率35%以上；節能貢獻率10%～15%左右，實現國內熱軋鋼鐵材料的“資源節約型、節能減排型”等綠色製造工藝過程，推動我國鋼鐵行業軋制工藝的全面技術進步。

在東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室、鞍鋼、首鋼、華菱漣鋼、馬鋼等國內鋼鐵行業研究院所及鋼鐵企業的共同努力下，目前已在中厚板、熱連軋、H型鋼等熱軋鋼鐵材料新一代TMCP（控軋控冷）工藝開發技術領域取得了系列創新性的科研成果。經過近五年的開發及實踐探索，圍繞新一代TMCP（控軋控冷）技術，目前我國已在如下關鍵技術領域獲得成功突破，並應用於工業化產線大批量規模化生產：

（1）開發出滿足熱軋鋼鐵材料實現超快速冷卻的高性能射流噴嘴。通過深入研究並闡明高溫鋼板高強度冷卻換熱機理，開發出可實現熱軋鋼鐵材料超快速冷卻的高強度均勻化冷卻技術（2～5倍於傳統層流冷卻速率），研製出具有多重阻尼的大型整體超寬高性能射流噴嘴，解決了熱軋鋼板高強度冷卻過程中板材高冷卻速率、高冷卻均勻性等難題。

（2）開發研製出熱軋板帶、中厚板、熱軋H型鋼等多種鋼鐵產品熱軋生產線的超快速冷卻成套技術裝備。通過開發出超快速冷卻成套設備、冷卻介質流量快速設定控制、軋線方向流量分區域控制以及軟水封等技術，解決了超快速冷卻技術的工程應用技術難題，滿足了多種熱軋鋼鐵材料熱軋生產線新一代TMCP（控軋控冷）技術的開發需要。

（3）開發出基於超快速冷卻的新一代控制冷卻技術的工藝自動化控制系統，解決了熱軋鋼鐵材料超快速冷卻過程以及新一代TMCP工藝應用過程的板形控制、性能均勻性等技術難題，實現了中厚板、熱軋板帶以及熱軋H型

鋼等生產線超快速冷卻工藝的自動化連續穩定生產。

（4）圍繞新一代TMCP技術，開展了熱軋鋼鐵材料超快速冷卻條件下的材料強化機制、工藝技術以及產品全生命周期評價技術，並已在普碳、高強、管線、容器等系列高性能鋼鐵材料節約型減量化生產工藝技術方面進行了有益的開發探索及實踐。在鋼鐵行業廣大科技工作者的大力支持及努力下，目前實踐已證明，以超快冷為核心的新一代TMCP（控軋控冷）已在熱軋鋼鐵材料“節約型成分設計、減量化工藝”等方面體現出良好的工藝技術潛力，並實現了部分熱軋鋼鐵材料新一代TMCP工藝技術的在線大批量生產應用，噸鋼成本節約100元以上，在當前嚴峻的行業形勢下，為企業提高生產效益做出了重要貢獻。

根據對熱軋鋼鐵材料新一代TMCP技術材料組織控制機理的研究及探索，在C-Mn鋼、高強鋼、管線鋼、容器、船板、橋樑板、厚板及特厚板開發、水電、球罐用鋼、高建鋼、低合金板、石油儲罐、耐磨鋼等熱軋鋼鐵材料產品開發領域都將有廣闊的應用前景。新一代TMCP（控軋控冷）技術是以工藝為先導，集工藝技術、設備研製和鋼鐵材料開發為一體的綜合性項目，涉及材料、機械、電氣、自動控制等多個學科專業領域。