梅鋼1 780 mm熱軋低溫軋制工藝探討

王寧寧

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，江蘇 南京210039）

1 前言

軋后冷卻是熱軋帶鋼生產的重要工藝手段，通過提高軋后冷卻速度，可以抑制熱軋后變形奧氏體的再結晶，防止奧氏體晶粒長大，從而在后續的相變過程中細化鐵素體晶粒，低成本實現材料的細晶強化。快速冷卻是新一代TMCP（控制軋制與控制）的代表性技術，利用快冷可以抑制C、N化物的析出，使其在較低溫度下在鐵素體相變中或鐵素體區析出，從而細化析出粒子，增加析出粒子數量，在同樣的合金含量下，可以低成本提高析出強化效果。對于相變強化，通過快速冷卻，可以抑制較高溫度下發生的相變，促進較低溫度下發生的中溫或低溫相變，低成本地實現材料的相變強化。在此背景下，快速冷卻技術得到廣泛應用。該技術充分利用了細晶強化、析出強化、相變強化、固溶強化等綜合強化手段，進一步挖掘鋼鐵材料潛能，采用節約型的合金成分設計，以較低成本實現高性能鋼鐵材料的開發生產［1-3］。隨著熱軋技術的不斷發展，新一代TMCP技術也廣泛運用到熱連軋實際中。梅鋼熱軋自2012年1 780產線投產以來，不斷研究與運用TMCP技術，主要是針對一些合金鋼如汽車結構鋼等，采用低溫終軋和低溫卷取工藝，通過細化晶粒提高帶鋼力學性能。國內在低溫終軋和低溫卷取工藝方面也進行了大量的研究［4］，除了帶來明顯的合金減量化、性能提升以外，還面臨著一些軋制負荷偏大、板形不良、軋制穩定性差等問題。目前，一些同類熱連軋廠基本不采用此類工藝生產。本文針對熱軋采用低溫終軋和低溫卷取工藝后，對軋制速度、軋制負荷以及帶鋼板形等方面都存在不同程度的影響進行了研究，找出不同工藝條件下熱軋生產的優缺點，從而制定適合熱軋穩定生產的工藝制度。

2 不同工藝條件下優缺點及影響因素

2.1 化學成分差異

采用低溫終軋、低溫卷取工藝，以達到細晶強化作用，提高強度，即采用低合金含量的出鋼記號配合低溫終軋和低溫卷取工藝，以達到高一級別強度性能要求。例如，鋼種QStE420TM采用高溫終軋和高溫卷取工藝時采用的出鋼記號為IU5843A1，而采用低溫終軋和低溫卷取工藝時的出鋼記號為DT5854A1，兩個出鋼記號的成分差異見表1。

表1 QStE420TM出鋼記號成分對比%

通過兩個化學成分對比，兩個出鋼記號合金成本相差50元/t左右。

2.2 軋制速度影響

為了達到細晶強化作用，降低精軋終軋溫度可以起到低溫大壓下的作用，從而提高帶鋼性能。但終軋溫度降低后，在其他條件不變的情況下，精軋軋制速度降低，從而導致精軋純軋時間的加長。以3.0 mm×1 250 mm規格的QStE420TM鋼為例，對比不同終軋溫度的精軋軋制速度與純軋時間情況，結果見表2。通過表2的數據可以看出，不同終軋溫度條件下精軋軋制速度不同，造成精軋純軋時間相差較大。測算兩個不同終軋溫度情況下的小時產量相差9.4%（間隙時間按40 s測算），其他條件不變的情況下，低終軋溫度生產的燃耗將比終軋溫度高9.4%，影響成本6.4元/t。

表2 厚規格不同終軋溫度目標值精軋軋制速度對比

而薄規格終軋溫度難以達到，不同的終軋溫度對精軋軋制速度影響不大，對精軋純軋時間也無影響。以2.0 mm×1 250 mm規格的QStE420TM鋼為例，對比不同終軋溫度的精軋軋制速度與純軋時間情況，結果見表3。通過表3對比分析得知，薄規格由于終軋溫度難以達到，不同的終軋溫度精軋軋制速度基本相同，精軋純軋時間相差無幾，對熱軋燃耗也基本無影響。

表3 薄規格不同終軋溫度目標值精軋軋制速度對比

2.3 軋制負荷影響

采用低溫終軋工藝后，由于精軋速度降低，精軋純軋時間加長，造成精軋中尾部溫降加大，精軋軋制負荷增加。以3.0 mm×1 250 mm規格的QStE420TM鋼為例，對比不同終軋溫度的精軋軋制負荷情況，結果見表4。通過表4數據分析可以看出，精軋由于純軋時間加長，精軋機耗電增加，測算低溫終軋較高溫終軋精軋電耗增加5.5（kW·h）/t，增加成本3.8元/t。

表4 不同終軋溫度目標值精軋軋制負荷對比

2.4 板形影響

目前精軋出口檢測到的板形和最終板形不同的問題較為突出。精軋出后檢測到板形良好的帶鋼，在下游工序進行縱向分條時，經常發生各分條彎曲變形，給用戶帶來較大損失。熱軋帶鋼軋后無在線板形檢測手段，也增加了板形控制的難度。浪形缺陷實際上是帶鋼應力分布不均的外在表現形式，通過分析帶鋼軋制方向的應力在帶鋼橫向的分布演變規律，可將帶鋼軋后浪形演變規律的研究進行量化。當前減小殘余應力的技術主要有邊部遮擋、后段冷卻、稀疏冷卻、兩段式冷卻等。但在冷卻工藝確定的條件下，除邊部遮擋外的其他方法對帶鋼性能的影響較大，且實際生產對產品產量和質量有要求，不能無限制使用這些方法進行試驗研究。因此，了解熱軋帶鋼軋后冷卻過程中的浪形演變規律以及各種工藝手段，對于解決軋后冷卻浪形問題的有效性，是目前各鋼鐵企業迫切需要的。

采用低溫卷取工藝，如卷取目標溫度在500～540℃，帶鋼內應力加大，開卷后帶鋼易產生邊浪缺陷。通過低溫卷取和高溫卷取兩種板形對比，高溫卷取后的開卷板形明顯好于低溫卷取后的板形。

2.4.1 橫向卷取溫度差異

對比高溫卷取和低溫卷取后帶鋼中部與邊部溫度差，如圖1、圖2所示。從圖1可以看出，高溫卷取帶鋼邊部溫度與中部溫度差50～60℃，而圖2中顯示低溫卷取帶鋼邊部溫度與中部溫度差在80～100℃。由于帶鋼寬度方向上的差異，必然造成帶鋼寬度方向上的受力不均，從而產生內應力，當內應力大于起浪的臨界值時，帶鋼開卷或縱切后必然產生浪形缺陷。

圖1 高溫卷取帶鋼橫斷面溫度

圖2 低溫卷取帶鋼橫斷面溫度

2.4.2 橫向組織差異

采用低溫卷取溫度后，由于帶鋼橫向溫度差較大，造成帶鋼邊部和中部的金相組織有一定差異，低溫卷取后帶鋼的金相組織見圖3。帶鋼邊部和中部金相組織的差異，造成邊部和中部體積有差異，極可能造成帶鋼內應力的加大，從而使得帶鋼產生浪形缺陷。

低溫卷取邊部與中部組織的情況對比發現，邊部組織主要由鐵素體與珠光體組成，晶粒度為11.5級。而中部組織雖然和邊部相同，但晶粒度為10.5級，明顯小于邊部組織。

2.4.3 板形矯直

針對采用低溫終軋和低溫卷取工藝后帶鋼易產生浪形的問題，熱軋軋線目前沒有良好的手段去解決，只有通過平整線消除板形缺陷。目前，低溫終軋和低溫卷取的所有鋼卷全部上平整消除浪形，測算成本增加50元/t左右。

圖3 帶鋼金相組織

3 結論

3.1 由于薄規格軋制過程中終軋溫度較低，且均采用上平整消除板形不良的工藝，具備低溫終軋和低溫卷取的條件，故成品厚度≤2.0 mm的產品（主要是低合金鋼）可以采用低溫軋制工藝實現合金降本的目的。

3.2 對于常規規格，采用低溫軋制工藝對熱軋軋制節奏和質量均產生影響，通過對成本進行測算，熱軋成本的增加要大于合金成本的降低，故不建議采用低溫軋制。

3.3 針對低合金鋼開卷后的浪形問題，除了由于帶鋼寬度方向上溫度不均造成的內應力之外，邊部和中部的組織差異也是造成內應力差異的一個重要因素，故各鋼種卷取溫度的合理設定對帶鋼的浪形缺陷也可以改善。