棒線材控制軋制與控制冷卻技術的研究

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【摘?要】伴隨工業經濟的不斷發展，許多新技術、新理念在冶煉行業中得到廣泛應用，例如自動化、生產條件控制，以實現改進性能、加強結構使用效果的要求。結合當前實況，首先概述了控制軋制與控制冷卻的相關理論，這兩項技術也是工業生產中改進鋼材組織結構、改進熱變形和鋼材性能的重要部分。接著探討了棒線材生產中這兩項技術的具體應用，控制軋制主要有兩段變形模式和三段變形模式，控制冷卻則是經由熱淬火（QTB）、自回火（QTR）等環節，控制冷卻環節的溫度變化過程，實現改進鋼材性能的效果。對此進行研究，旨在為此領域研究提供些許借鑒。

【關鍵詞】棒線材;控制冷卻;控制軋制;奧氏體

1.控制軋制與控制冷卻的理論分析

1.1對鋼材性能造成影響的組織結構因素

出于多元化的用途，人們對所用鋼提出了各種各樣的要求，如機械、物理、化學、工藝等方面的性能需求。鋼的微結構和組織是滿足人們對其使用的需求，且影響其性能的不可分割的因素[1]。若要獲得滿足性能要求的鋼材，首先要注意需要什么樣的組織結構，其制造過程不僅需要軋制控制，還需要從成分設計、成分控制、雜質排除、鑄坯質量等冶煉工藝上進行配套改進，科學合理的控制和調整鋼材的軋制、冷卻等環節。當前為了實現良好的綜合控制，引入了自動化控制系統來輔助生產，控制鋼材制造過程中的組織結構。

在軋制過程中，通過控軋控冷（TMCP），其中的再結晶、相變、微合金元素析出、晶粒形核與長大等即會改進鋼材組織結構。以強韌性為例，鋼材強韌性能的加強可通過：固溶強化;晶界強化和亞晶強化;相變強化;應變強化;分散強化等[2]。

1.2熱變形中鋼的組織變化分析

熱變形可被視為歸原和再結晶過程的變形，包括固化加工及后歸原過程。從變形的角度看，熱變形是鋼的變形阻力降低和塑性變形能力提高的過程。從組織監測的角度來看：在一定條件下奧氏體組織的檢查控制，也是通過變形條件進行的變形組織控制，做好相變準備;控制相變過程，獲得所需的組織和特性[3]。

相變前的各種奧氏體組織，相變后的結構、性能、特點也會有所不同，引發其相變的變形條件不同。在熱變形過程中會出現不同的動態復原過程或靜態復原過程，不同的反應過程將形成不同的結構變化的鋼材熱變形。因此，軋制基本上是通過控制軋制條件來進行控制的，能夠改變所制造鋼材的組織和特性。

1.3冷卻中鋼的組織變化

冷卻條件包括：開始冷卻溫度、冷卻速度和冷卻結束溫度。可將冷卻控制劃分為有不同控制目標的三個階段：相變前組織準備（形變完成至相變前），控制相變前的組織高溫態;相變時（相變開始到相變完成），控制相變過程的相變反應;相變后（相變完成至恢復室溫），控制該過程的組織狀態。在不同冷卻條件下，應注意形變奧氏體的變化。

2.棒線材生產中控制軋制與控制冷卻技術的應用

2.1控制軋制

考慮到小型軋機軋制工藝參數中的變形狀態很難調整，孔型設計很難確定。因此，小型棒材軋制主要通過控制各機床溫度，控溫軋制很大程度的影響了實際生產效果，及變形條件是否符合控制軋制的要求。這不僅能生產堅韌性佳、細晶組織的鋼材，還兼有簡化脫碳過程和熱處理環節的作用。例如可通過軋制控制和冷卻控制來生產非調質鋼，可以生產有高強度的標準冷鐓件，該原料可以不經過酸洗前的退火及冷鐓后的調質，節省退火時間，提高生產效率。

控制軋制的常見變形模式有：

1）兩段變形模式，包括奧氏體再結晶型及未再結晶型兩個階段的控制軋制。其特點是加熱溫度更低，以防原始奧氏體晶粒過度形成。首先在奧氏體再結晶溫度范圍內進行粗軋制，經變形細化過程得到奧氏體晶粒;再在奧氏體未再結晶型的中軋環境，利用950 ℃以下的溫度條件來實現60 %～70 % 的累計變形量，至奧氏體向鐵素體轉變（Ar3）停止軋制。產品中有大量變形奧氏體未再結晶晶粒，經相變生成微細鐵素體晶粒。

2）三段變形模式，包括奧氏體再結晶型、未再結晶型和奧氏體與鐵素體兩相區軋制三個階段。較兩段變形模式，其特點是多了一個階段的精軋，為Ar3 與Ar1 間的兩相區軋制，根據鋼材的參數設計終軋時間。產品中有更多的微細鐵素體晶粒形成，未再結晶奧氏體晶粒也主要位于變形帶上，相變微細鐵素體晶粒及亞結構、位錯等更多。

2.2控制冷卻

在棒線材生產過程中，軋制產品應從熱軋的高溫降至常溫狀態，這一環節的溫度變化情況和冷卻速度決定了產品的內部組織、機械性能和氧化表面。根據鋼材的種類，冷卻控制對奧氏體在熱變形后的狀態、相位前組織有影響，還能夠更直接地影響到相變機制、析出行為、相變產品組織結構。通過有機地結合軋制控制和冷卻控制，以達到最佳效果。

在棒材的控制冷卻，連續的小型軋機中最普遍使用的是軋制后熱淬火（QTB）和自回火（QTR），通過在軋制后利用自身熱能，通過專門安裝的穿水冷卻箱控制鋼的冷卻速度。這一技術可用于普通低碳鋼板對微合金、低合金鋼的替代，而軋制強度、韌性和可焊性較好，在熱軋肋筋的生產中被廣泛應用。也就是說，在棒材只選用普通低碳鋼的條件下，可以使鋼筋強度指標達到不同級別。

棒材的控制冷卻由三個熱處理階段組成：

1）淬火，將終軋的棒材立即送入包含多個冷卻水箱的淬火線進行表面淬火;2）回火，經水冷箱的棒材因穿水急冷而在橫斷面上有較大溫差，經熱傳導自回火處理后芯部與表面溫度更接近;3）自然冷卻，在冷床上將棒材回冷至常溫狀態。

3.結語

控制軋制和冷卻控制反映了工藝生產技術控制，可以改善材料、創新材料。材料成型過程也是一個物理冶金過程，為改進和提高技術質量提出了新的路徑。為了獲得理想的軋制鋼材，除了成分的合理設計，還必須注意冶煉過程的各個環節，例如連續的澆注和軋制。對于企業來說，為了提高產品質量、技術發展和研究，工程師必須克服專業限制，擴大知識。全面、系統和相互關聯地分析問題，以了解問題的實質。

參考文獻：

[1]傅呈勛，高帆.應力波技術在棒線材軋機減速機監測診斷中的應用[J/OL].冶金自動化：1-10[2020-12-16].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2067.TF.20201117.1039.002.html.

[2]陳銀庫.棒線材控制軋制和控制冷卻技術的研究與應用探究[J].硅谷，2013，6（23）：30+12.

[3]曹樹衛.棒線材控制軋制和控制冷卻技術的研究與應用[J].河南冶金，2005（03）：23-25+38.

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）