控制軋制和控制冷卻在棒材軋制中的應用分析

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在之前的幾十年中,增加合金元素或者是在軋后進行熱處理是提高熱軋鋼材性能的主要方式,但這兩種方式不僅會增加成本,還會延長生產期限,雖然有效提高了鋼材的使用性能,但鋼材的韌性卻因此而下降,同時也影響到了以后鋼材的焊接。而軋制控制和軋制冷卻的工藝可以通過合理控制熱軋過程中的變形和鋼材冷卻的速度,用這種方式對鋼材的組織形態進行改變,使最終的質量得到保障。這種工藝能夠再提高鋼材性能的同時簡化工作流程,減少能源消耗,能夠達到同時提高鋼材強度和韌性的目的。

一、控制軋制和控制冷卻的概述

棒材軋制的最原始過程中,一般在軋件剛進入精軋機組時就已經處在奧氏體的單項區域內,在完成雜質后才能進行空冷,而終軋的過程中溫度會迅速升高,這樣留給碳原子擴散的時間就比較充足。另外,在熱軋的過程中,由于變形而導致二次碳化物的析出時間提前,這就會使軋件在冷卻之后出現非常嚴重的粗片珠光體組織現象,影響了產品的質量。所以為了提高最終軋制產品的組織性能,就必須要在保證材料基礎成分不變的基礎上對軋件的溫度和工藝流程進行控制,這樣才能真正保障產品的質量。

控制扎實是比較新的一種工藝形式,主要是在鋼材熱軋的過程中對加熱控制、變形控制以及溫度控制這三種因素進行合理掌握,從而使熱塑性能夠變形并與固態相變進行結合,最終獲得更為細小的晶粒,使最終生產出的鋼材有更加全面優質的性能。一般情況下,低碳鋼和低合金鋼這兩種是最常用的材料,利用控制軋制這一工藝可以更加細化這些參數,使過程中形成的奧氏體能夠進一步向著鐵素體和珠光體進行轉變,最終會形成更加細化的晶粒和珠光體的球團,這一過程結束后鋼材的強度和韌性都可以達到更高的水平,從而保證焊接過程的順利。

通過對鋼材合成過程中的冷卻速度進行改變而提高鋼材組織和性能的方式就是控制冷卻。在鋼材的熱軋變形中,奧氏體會向鐵素體轉變,而這一過程中溫度就會增高,而轉變后的鐵素體晶粒容易變大,從而使其力學性能變低,為了進一步細化這些晶體顆粒,使珠光體之間的距離得到縮短,并且防止在溫度較高的狀態下碳化物析出,達到最終強化性能的目的,就必須要有目的的合理的使用冷卻工藝。

將控制軋制和控制冷卻這兩種工藝應用在鋼材的強化中,能夠使最終鋼材的強度和質量得以提升,從而獲得更加合理的綜合力學性能。

二、控制軋制和控制冷卻的工藝特點

與普通熱軋工藝相比,控制軋制和控制冷卻工藝具有以下幾個方面的特點。首先是在加熱溫度的控制上,這一工藝能夠根據鋼材實際的性能需求來對加熱溫度進行控制和調整,對于那些主要要求強度而對韌性要求較低的微合金鋼,一般將加熱溫度控制在1200℃以上,對于那些主要以韌性為指標的鋼材,加熱溫度一般不超過1150℃。其次是對后面幾個軋道的溫度進行控制。在一般情況下,靠后的幾個軋道的溫度應該保持和鐵素體的轉變溫度相似,但是也會有一個合理控制溫度的區間。另外是可以在奧氏體還沒有到達結晶區時就留有充足的變形量,在微合金鋼變形量的具體要求中,如果溫度在900-950℃之間,那么微合金鋼的變形量就必須要大于50%。而這樣的溫度和變形量對于普通鋼材來說,需要經過多次變形才能夠累積到奧氏體在發生結晶的步驟。最后就是可以控制軋制后鋼材冷卻的速度,包括快冷卻時的溫度,以及冷卻快結束時的溫度,這樣可以保證鋼材獲得更主要的顯微組織。在一般的軋制冷卻過程中,第一階段冷卻速度的要求很高,而第二階段的冷卻速度需要根據實際情況進行調整。

三、大規格控軋控冷精品特殊鋼棒材

2020年,山鋼特鋼事業部高端精品鋼新中型產線順利投產。據了解,該生產線是目前國內裝備水平最高、工藝最優的優特鋼中棒生產線,是世界首條使用控軋控冷工藝生產直徑80毫米以上優特鋼棒材生產線。

該生產線工藝布局緊湊,大幅減少占地面積。與傳統產線相比,單臺加熱爐小時產能150噸以上,生產效率提升近一倍。全線具備智能感知、人機協同、預測預警、科學決策的全流程信息傳遞功能,率先實現從智能燃燒、自動出鋼、跟蹤式軋制到定倍尺自動優化、在線端部倒棱、自動打捆的全過程智能化管控,軋制過程無人工干預。同時,脫硫脫硝工藝、陶瓷膜過濾器、除塵裝置等環保設施的配套使用,實現了蒸汽、廢水、煙塵零排放。

該產線軋制精度高,可大幅減少用戶再加工量和加工成本。引進的國際領先水平的探傷設備,可探測鋼材近表面缺陷和內部裂紋,應用于優特鋼棒材成品檢測、質量認證,可滿足高端用戶需求。采用德國KOCKS控軋控冷工藝,實現了全規格控制軋制和控制冷卻,產品物理性能、金相組織更加優異,可開發生產晶粒直徑僅有1微米的“超級鋼”,為生產高端精品鋼奠定了堅實基礎。

總結

總之,將控制軋制和控制冷卻這兩種工藝應用在棒材軋制的生產過程中,不僅可以讓棒材中所含有的合金元素來發揮自身的作用,還可以讓一些含有其他碳化物的普通鋼材具有更好的使用效能。為了進一步推動這一工藝的進步和應用,就必須要在軋制的過程中不斷對工藝流程進行優化,要提高競爭能力和產品的最終質量,同時也要在這一過程中對成本進行控制,從而不斷推動我國鋼材行業的健康發展。