控軋控冷技術在棒材生產線上的應用

李順奎，黃承飛，金 梁，王 浩

（廣西鋼鐵棒線廠，廣西 防城港 538003）

新國標（GB/T 1499.2-2018）標準中明確規定鋼材組織不得有影響使用性能的其它組織（如基圓上出現的回火馬氏體組織）, 鋼筋宏觀金相不能出現截面基圓外圍有明顯不同于內部區域襯度的封閉環。我廠新國標前采用的是傳統的軋后穿水生產工藝以保證產品性能。而為滿足新國標新要求，必須取消強穿水工藝，取而代之的是通過大量增加Mn、Si、V等合金實現合金強化，以當前合金成本必然導致鋼坯成本大幅上升。因此為滿足新國標要求，進一步提高產品品質、降低生產成本、提升企業競爭力，對三、四棒進行控軋控冷技術升級改造，最終實現新舊國標平滑過渡，實現坯料成本不增加。

1 控軋控冷工藝技術原理

通過控制軋制、控制冷卻等方式控制高溫狀態的奧氏體形態，以及控制奧氏體向低溫狀態的鐵素體+珠光體轉變的溫度、路徑、轉變時間[1]。嚴格控制晶粒長大，使最終產品得到細小而均勻的晶粒，達到高強度和高韌性的高品質鋼材性能。在軋線最后兩個道次前增加控制冷卻，并設置回復段，控制軋件進K2軋機前的溫度，實現在再結晶溫度以下或雙相區軋制。通過設計最后兩個道次的變形量，使晶粒破碎形變誘導鐵素體相變[1]，軋后增加控冷段和恢復段，完成均勻分級控冷，最終達到細化晶粒提高鋼材性能的目的。

2 控軋控冷改造前現狀

柳鋼棒線型材廠共6條棒材、2條高線以及1條型材生產線，其中棒材生產線主要軋制螺紋鋼。本次改造涉及的是三、四棒，基本情況如下：三、四棒16架與17架間距離為5m，三棒進精軋前無預穿水，軋后K1至3#飛剪30m，四棒進精軋前設有預穿水，距離22.5m，軋后K1至3#飛剪30m。因三、四棒軋工藝距離較短，無法滿足K2、K3之間增加控冷和回復段需求，需要對三、四棒控軋控冷項目進行工藝設計。

3 控軋控冷工藝設計

3.1 鋼坯成分設計

三、四棒HRB400E抗震鋼筋成分設計見表1。

表1 三、四棒HRB400E成分設計（%）

3.2 控軋控冷工藝距離設計

圖1中（a）、（b）分別為φ12mm螺四切分、φ25mm螺單線K3到K2間冷卻曲線模型，結合軋件速度，根據圖示模擬出φ12mm螺K3后控冷距離最短需要40m，規格越大，需要回復時間越長，根據四棒產品規格定位為φ12mm～φ18mm螺多線切分，因此四棒K3至K2距離設計46m。而φ25mm螺K3至K2間距則需要達到56m，根據三棒產品定位為φ18mm～φ25mm螺兩切分，因此設計三棒K3至K2間距為58m。

圖1 不同規格控軋冷卻曲線模型

3.3 軋機布置

根據工藝距離布置情況，盡可能降低投資成本，廠部決定設備以利舊為主，在原有廠房基礎上進行改造。前16架軋機保持不變，為能拉開K3至K2距離，將原17架、18架軋機拆除，新增19、20架軋機，同時拆除3#飛剪，新增4#飛剪。為保證冷床裙板拋鋼正常，4#飛剪至冷床第一塊動齒長度與原3#飛剪至冷床第一塊裙板長度一致，即冷床整體往后挪，騰出工藝距離。

4 生產工藝情況

4.1 溫度參數控制

為實現兩相區軋制，需對軋件進K2溫度進行控制，同時為滿足新國標所要求的鋼材組織不得有影響使用性能的其它組織（如基圓上出現的回火馬氏體組織）, 鋼筋宏觀金相不能出現截面基圓外圍有明顯不同于內部區域襯度的封閉環，對上冷床溫度進行調整，如表2。

表2 三、四棒各項溫度控制表（℃）

4.2 成品性能

表3 三、四棒各規格成品性能

按照預先設計坯料成分以及溫度控制參數進行批量生產，成品各項力學性能均滿足新國標要求，并且性能持續穩定。

4.3 成品金相組織

圖2 成品宏觀金相和金相組織

5 生產問題分析

5.1 頭部咬鋼狀態變化

在新國標前，K3與K2軋機間距僅有5m，軋件頭部即使出現不規則，咬入角也能滿足咬入條件，并且軋件頭部仍處于完全奧氏體化狀態，變形抗力較小[1]，不易出現頭部打滑造成堆鋼事故。但通過控軋控冷工藝升級后，K3至K2軋機間距變長，并且設計有控冷段，軋件頭部經控冷段后溫度變低，變形抗力變大，經常出現咬不進K2，嚴重影響成材率和作業率。

通過對控冷段控制閥門進行改造，編譯程序實現頭部不冷段功能，軋件頭部不控冷，可以解決頭部咬入問題。但因閥門響應時間影響，投入頭部不冷段后造成成品頭部不冷段接近5m性能不合，按要求被迫丟廢，影響成材率。為減少金屬流失，對不冷段閥門進行調試，投入超前系數，減少不冷段長度。另外，考慮到K1與K2的延伸問題，軋后成品長度仍有3米左右不冷段長度，利用軋后控冷調節上冷床溫度，解決頭部不冷段性能不合問題。

5.2 工藝備件影響變化

投入控軋控冷技術后，K2、K1兩道次軋制溫度變低，軋輥消耗明顯增加，軋輥過鋼量較原工藝相比減少30%左右，增加K1輥換槽次數，影響作業率。為提高作業率，針對控軋控冷技術，K1、K2兩道次采用材質更好的軋輥以減少換槽次數及改善成品質量。

另外，采用控軋控冷技術后，因鋼頭上下側溫度存在差異，K1出口夾板舌尖易被頂斷，造成軋件頭部“勾頭”直接在K1出口導衛堆鋼，或“勾頭”經過軋后控冷區，堵在控冷段內造成堆鋼事故。通過分析，可將K2前控冷段殘余水清清除，避免因軋制間隔短，控冷段內殘余水造成下一軋件頭部出現上下溫度不均勻。同時改善K1出口夾板舌尖材質，改善舌尖開口角度。

5.3 設備備件對工藝順行的影響

控軋控冷技術的實現，依賴于控軋區的控冷設備運行穩定以及軋后控冷設備的運行穩定。在控軋控冷技術中，能否在兩相區內軋制即控軋溫度將主導成品性能的關鍵[1]，而控制控冷段的閥門無疑是重中之重，本次升級采用的閥門是進口角座閥。角座閥在實際控制過程中，通過壓縮空氣和彈簧控制閥門啟停，因控制頭部不冷段，閥門啟停頻繁，閥門備件損壞率增加。角座閥本身工作原理，對閥門控制元件內部工作環境要求極高，水霧、雜質將直接影響角座閥的工作狀態。以上多重因素的影響，在實際生產過程中，因角座閥故障造成成品性能不合日益增多，同時更換角座閥造成作業率降低。

通過對現場實地考察及結合角座閥工作原理分析，首要條件是申報充足備件，保證生產需求；其次，優化角座閥氣源清潔度，減少壓縮空氣的水分及雜質含量，以及制作閥門保護罩，減少外部水氣及雜質進入閥門內部，提高閥門工作環境；最后重新設計控冷段水、氣控制方式，降低故障點，實現平穩生產。

6 結語

柳鋼三、四棒控軋控冷工藝升級改造經過半年的生產，通過廠部各類技術人員持續攻關，各項指標已回歸正常，班產量屢創新高，在企業降成本工作中日益顯現。