分析新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)與創(chuàng)新的熱軋過程

張海濤

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

在軋制過程中添加合金元素，并且熱處理優(yōu)化強(qiáng)化熱軋鋼的性能。但是利用這些措施將會增加整體成本，同時會延長整體生產(chǎn)周期，雖然提高了鋼材產(chǎn)品的強(qiáng)度，但是卻降低了鋼材的性能，而且還會影響焊接性能。而利用控制軋制和控制冷卻技術(shù)，有利于控制熱軋過程的形變，同時可以提高鋼材冷卻速度，合理優(yōu)化鋼材的組織形態(tài)和綜合性能。為了充分發(fā)揮出控制軋制和控制冷卻技術(shù)的作用，需要提高創(chuàng)新力度，推廣利用新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)，并且注意控制熱軋過程。

1 概述控制軋制和控制冷卻技術(shù)

在板材軋制過程中，在精軋機(jī)組中引入軋件，通常是處于奧氏體單向區(qū)域，在軋制后需要進(jìn)行空冷。在終軋過程中因為會快速提高溫度，將會充分?jǐn)U散碳原子，而且在熱軋過程中將會產(chǎn)生形變問題，同時會提前析出二氧化碳物，經(jīng)過冷卻處理后，軋件將會產(chǎn)生明顯的網(wǎng)狀態(tài)化物和粗片狀珠光體組織。為了優(yōu)化軋制產(chǎn)品性能，需要根據(jù)鋼材原有成分合理控制軋件溫度和軋制過程，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1.1 控制軋制技術(shù)

控制軋制技術(shù)指通過合理的調(diào)整，保障鋼化學(xué)成分，并且可以合理控制變性制度和加熱溫度以及軋制溫度等參數(shù)，同時可以控制相變產(chǎn)生物和奧氏體狀況，因此滿足軋制工作的需求。

1.2 控制冷卻技術(shù)

控制冷卻技術(shù)指在熱軋?zhí)幚礓摬暮螅侠砝美鋮s條件，通過控制相應(yīng)條件，把控相變條件和相變之后的鋼材性能。

1.3 低溫軋制技術(shù)

低溫軋制工藝指在精軋機(jī)組后引入軋件后，科學(xué)的控制溫度，保障熱機(jī)軋制溫度符合相關(guān)要求。在軋制過程中利用低溫軋制技術(shù)，在利用低溫軋制工藝的過程中通常是利用中軋機(jī)組和粗軋機(jī)組，通過科學(xué)處理精軋機(jī)組，在實際操作前，工作人員需要合理設(shè)置冷卻段和恢復(fù)段，在軋件進(jìn)入精軋機(jī)組之間即可降低溫度，而且有利于保障溫度的可控性。此外，利用熱機(jī)軋制方式可以保障軋件的質(zhì)量，而且可以細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，有利于改善低溫韌性和機(jī)械性能，同時可以提高軋件抗疲勞強(qiáng)度。

對比常規(guī)的軋制技術(shù)，控制軋制和控制冷卻技術(shù)具有較大的差異性，利用控制軋制和控制冷卻技術(shù)的過程中，主要包括熱機(jī)軋制和常規(guī)軋制兩種形式。熱機(jī)軋制指的是奧氏體處于穩(wěn)定的狀態(tài)，對比相對溫度區(qū)間，奧氏體溫度相對較低，有利于成型加工。而常規(guī)軋制技術(shù)指的是奧氏體溫度低于再度結(jié)晶區(qū)域的時候，開展成形加工工作。

利用低溫控制軋制技術(shù)的過程中，需要合理使用機(jī)械設(shè)備，利用冷卻機(jī)構(gòu)合理控制冷卻裝置，保障實際冷卻溫度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。不同類型的軋件進(jìn)入精軋機(jī)中，而不同軋件需要利用不同管道溫度，而且軋件會產(chǎn)生變形等問題，不利于保障尺寸精準(zhǔn)性，要求工作人員合理配備精軋機(jī)的軋線。

2 控制軋制和控制冷卻技術(shù)的工藝特點

控制軋制技術(shù)指合理控制熱軋過程中的金屬加熱制度和溫度制度，有效結(jié)合熱塑性形變和固體相變，從而獲得小的晶粒組織，優(yōu)化鋼材綜合力學(xué)性能。利用控制軋制技術(shù)可以控制奧氏體晶粒，因此增強(qiáng)鋼材的強(qiáng)度和焊接性能等。控制冷卻技術(shù)通過控制鋼材冷卻溫度，優(yōu)化鋼材組織性能。利用熱軋形變的作用，有利于提高奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度，實現(xiàn)相變后可以變大鐵素體晶粒，為了合理細(xì)化鐵素體晶粒，需要合理減小珠光體片層的距離，避免在高溫環(huán)境中析出碳化物，保障整體強(qiáng)化效果。利用控制軋制和控制冷卻技術(shù)可以提高鋼材的形變強(qiáng)度和韌性。對比普通熱軋工藝，控制軋制和控制冷卻技術(shù)具有以下的特點。

2.1 合理控制鋼坯加熱溫度

利用控制軋制和控制冷卻技術(shù)的過程中，需要根據(jù)鋼材性能控制加熱溫度，因為微合金鋼的強(qiáng)度要求較高，但是缺乏韌性，需要控制加熱溫度在1200℃以上，如果鋼材的主要性能標(biāo)準(zhǔn)為韌性，需要控制加熱溫度在1150℃范圍內(nèi)。

2.2 控制最終軋制道次軋制溫度

最終道次軋制溫度通常接近于Ar3 溫度，而且在一些條件中，需要控制終軋溫度在（y+α）兩相區(qū)間中。

2.3 奧氏體在未結(jié)晶區(qū)提供足夠變量

在棒材軋制過程中，如果微合金鋼的溫度在900 ～950℃，而且形變總量大于50%，利用控制軋制和控制冷卻技術(shù)累計普通碳鋼的多道次形變，實現(xiàn)奧氏體再結(jié)晶。

2.4 滿足性能要求

利用控制軋制技術(shù)支護(hù)，有利于合理控制鋼材冷卻速度和冷卻溫度等要素，因此，要保障顯微組織的完整性。通常在軋制后的首次冷卻過程中，冷卻速度比較大，隨后需要根據(jù)鋼材性能控制冷卻速度。

3 新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)的基本概念

社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，逐漸加劇資源和能源短缺問題，人們也承受著較大的環(huán)境壓力，因此需要解決這些問題，實現(xiàn)人與自然和諧相處的發(fā)展目標(biāo)。在制造業(yè)領(lǐng)域需要實現(xiàn)資源循環(huán)再利用，針對控制軋制和控制冷卻技術(shù)，需要堅持減量化的原則，落實減量化的生產(chǎn)方法，提高鋼鐵產(chǎn)品的附加值，而新一代的控制軋制和控制冷卻技術(shù)的核心為超快冷技術(shù)。

3.1 HTP 軋制工藝

熱連軋過程具有高速性和連續(xù)性，而且會產(chǎn)生較大的變形，即使軋制溫度比較高，完成連軋工作之后將會獲取硬化的奧氏體。利用現(xiàn)代熱連軋機(jī)的時候，無需利用低溫大壓也可以硬化奧氏體。在連軋過程中不斷累積應(yīng)變，不僅不需要低溫大壓下，甚至無需添加合金或者微合金元素。因此利用新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)，高溫軋制過程是重要的特點，這里的高溫主要是針對低溫大壓下，在實際工作中需要利用正常軋制溫度，無需利用接近于相變點低溫。新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)需要合理利用軋制溫度，無需堅持低溫大壓下的原則，因此對比低溫大壓下的過程，可以大幅度降低軋制負(fù)荷，同時可以放松設(shè)備條件的限制，無須高強(qiáng)化的建設(shè)軋機(jī)等軋制設(shè)備，有利于節(jié)省建設(shè)投資，保障軋制過程的操作性，避免產(chǎn)生安全事故，同時可以延長軋制工具的使用壽命，在提高產(chǎn)量的同時可以降低工作成本。針對待溫的材料，可以實施超快速冷卻方式，無須進(jìn)行待溫，有利于顯著提高生產(chǎn)效率。

3.2 超快速冷卻

因為利用常規(guī)軋制方式，終軋溫度相對加高，如果沒有采取控制措施，因為再結(jié)晶將會快速軟化材料，導(dǎo)致采取失去硬化狀態(tài)。因此在冷卻過程中需要采取合適的措施避免軟化奧氏體。通過利用超快冷卻技術(shù)可以超快速的冷卻鋼材，在極短的時間內(nèi)材料即可通過奧氏體相區(qū)，從而在動態(tài)相變點附近凍結(jié)硬化奧氏體，有助于實施奧氏體硬化狀態(tài)控制和相變控制。

為了在高速冷卻狀態(tài)中控制板帶材的平直度，可以針對中厚板生產(chǎn)特點，開發(fā)新式冷卻系統(tǒng)，利用這一系統(tǒng)可以保障高速冷卻的均勻性，為了均勻化的超快速冷卻板帶材，因此可以保障板帶材產(chǎn)品的平直度。

3.3 精確性的控制超快速冷卻終止點

在軋制后，可以快速冷卻終軋溫度，并且達(dá)到動態(tài)相變點。軋件達(dá)到預(yù)定溫度后，需要立即停止超快速冷卻工作。因為超快速冷卻終止點直接影響后續(xù)相變過程的類型和相應(yīng)的相變產(chǎn)物，這就需要控制超快速冷卻終止點。通過細(xì)分冷卻裝置，精細(xì)化配置調(diào)整手段，有利于有效控制終止溫度。

3.4 控制冷卻路徑

實施超快速冷卻后，需要根據(jù)性能要求控制鋼材的冷卻路徑，進(jìn)一步優(yōu)化材料性能。利用這一特點可以獲得不同的材料，實現(xiàn)柔性化軋制生產(chǎn)，同時可以高效地開展煉鋼和連鑄工作。

精確控制冷卻路徑的時候，利用現(xiàn)代控制冷卻技術(shù)可以優(yōu)化控制效果，可以利用相變強(qiáng)化作為強(qiáng)化措施，在相互結(jié)合固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化以及析出強(qiáng)化等手段，進(jìn)一步改善材料強(qiáng)度和綜合性能，滿足人們的材料需求。

以超快速冷卻技術(shù)為核心發(fā)展控制軋制和控制冷卻技術(shù)，可以提供更多的技術(shù)手段，一方面可以控制奧氏體硬化狀態(tài)，另一方面可以控制硬化狀態(tài)下奧氏體相變過程，滿足控制軋制和控制冷卻技術(shù)控制目標(biāo)。

4 基于新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)的創(chuàng)新軋制過程

4.1 低成本雙相鋼生產(chǎn)

雙相鋼是一種重要的汽車用高強(qiáng)鋼，在傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，需要利用較長的層流冷卻系統(tǒng)，而且要利用高價合金開展成分設(shè)計，限制到雙相鋼生產(chǎn)。在實際生產(chǎn)過程中，可以利用超快速冷卻裝置，利用普通的碳錳鋼軋制出雙相鋼。雙相鋼的鐵素體析出量關(guān)系到整體產(chǎn)品的塑性和強(qiáng)度，因此，需要精確性地控制雙相鋼中鐵素體的含量。

4.2 抑制網(wǎng)狀碳化物

在冷卻車輪鋼的過程中，在奧氏體晶界中呈網(wǎng)狀析出二次碳化物，將會惡化車輪鋼質(zhì)量。因為網(wǎng)狀碳化物基礎(chǔ)溫度通常處于700 ～900℃，大量析出碳化物的溫度處于700 ～850℃。為了控制網(wǎng)狀碳化物，需要在軋機(jī)后安裝超快冷裝置，可以超快地冷卻軋件。利用這一措施可以控制網(wǎng)狀碳化物的析出。冷卻到較低溫度后需要采取保溫措施，可以分散細(xì)小析出碳化物，因此破除網(wǎng)狀碳化物。在軋后實施快速冷卻，增大過冷度之后，可以使組元的擴(kuò)散系數(shù)因此降低，同時可以減少碳化物的尺寸，有利于提高車輪鋼的質(zhì)量。

4.3 控制碳氮化物析出過程

針對傳統(tǒng)控制過程，在低溫奧氏體區(qū)將會析出一定量的沉淀，而且析出物具有較大的尺寸，不利于保障鋼材強(qiáng)韌性。利用新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)，可以利用超快冷方式，在碳氮化物大量析出的溫度區(qū)間快速通過軋件，因此控制碳氮化物沉淀析出，而且可以維持微合金元素處于固溶狀態(tài)，從而進(jìn)入東安忒素體相變區(qū)，并且在鐵素體相中細(xì)微形成沉淀相，鋼材的強(qiáng)韌性因此提高。

4.4 改善擴(kuò)孔性能

利用超快冷技術(shù)的過程中，如果鋼鐵材料的碳含量分?jǐn)?shù)處于0.3%～0.4%，那么在奧氏體變形后，將會通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，有效抑制共析轉(zhuǎn)變。然后，利用低于共析轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間進(jìn)行保溫，有利于控制碳化物形態(tài)，材料的擴(kuò)孔性能因此提高。利用傳統(tǒng)的方法共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物呈現(xiàn)出片狀珠光體，而利用超快冷技術(shù)軸，可以在鐵素體基體上均勻的分散著細(xì)小的碳化物，這種鋼的力學(xué)性能和擴(kuò)孔性能比較好，可以在汽車制造行業(yè)推廣利用。

4.5 低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝

開發(fā)出低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝之后，并且在現(xiàn)場試制，可以確定利用低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝，完成軋制工作后，利用超快冷冷卻到兩相區(qū)，隨后析出一定量的鐵素體，隨后利用淬火冷卻軋件到室溫，隨后再離線回火。對比傳統(tǒng)工藝，低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝的工作流程比較短，而且包含的合金元素比較少，同時可以優(yōu)化焊接性能，可以推動高性能和高強(qiáng)建筑用鋼板的可持續(xù)發(fā)展，尤其在抗大變形的管線鋼中適合利用低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝。

4.6 開發(fā)低成本厚鋼板

利用超快冷控制冷卻路徑，可以獲得顯著的效果。在鐵素體析出區(qū)間設(shè)定超快冷的終止溫度，這時過冷奧氏體將會產(chǎn)生鐵素體相變，同時可以獲得細(xì)化晶粒的鐵素體集體組織。而且在超快冷過程中，在鐵素體中將會析出微合金鋼的碳氮化物，可以發(fā)揮出明顯的強(qiáng)化效果，利用這一特點可以完善Super-OLAC 系統(tǒng)。為了滿足造船行業(yè)集裝箱船鋼板加厚趨勢，可以利用Super-OLAC 系統(tǒng)開發(fā)高強(qiáng)度船板，這種船板和傳統(tǒng)船板具有相同的碳當(dāng)量，但是具有更高的強(qiáng)度，可以滿足用戶使用需求。

5 結(jié)語

利用新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)可以優(yōu)化各種強(qiáng)化機(jī)制，同時可以節(jié)省資源和能源的使用量，保障高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過程的安全性，實現(xiàn)高強(qiáng)鋼制造的減量化和綠色化，同時可以降低生產(chǎn)成本。因此，在今后發(fā)展過程中需要加強(qiáng)研究新一代控制軋制和控制冷卻技術(shù)，尤其需要創(chuàng)新熱軋過程，保障產(chǎn)品質(zhì)量。