高速線材生產(chǎn)中的控軋控冷技術(shù)分析

劉寶中

（河北鋼鐵集團(tuán)承鋼有限公司建材經(jīng)營(yíng)經(jīng)營(yíng)中心，河北 承德 067002）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)去一直強(qiáng)調(diào)鋼產(chǎn)量，鋼產(chǎn)量是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。現(xiàn)在許多行業(yè)對(duì)鋼材綜合性能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而且要求方向也越來(lái)越多。高速線材生產(chǎn)中的控軋控冷技術(shù)能夠生產(chǎn)出更多滿足建筑需要的材質(zhì)。控軋控冷技術(shù)可以根據(jù)要求設(shè)置鋼材生產(chǎn)時(shí)的各種參數(shù)，像出爐溫度，軋制溫度，軋后冷卻溫度，軋制速度、生產(chǎn)材料添加比例等，以此達(dá)到提高鋼材的質(zhì)量、強(qiáng)度、硬度和鋼材的韌性等指標(biāo)。尤其是一些特殊材料的鋼材，更是需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，以滿足特殊行業(yè)中對(duì)鋼材的需求。

1 軋后控制冷卻技術(shù)概述

軋鋼是本世紀(jì)五六十年代研制的一種生產(chǎn)鋼材的技術(shù)，大概在六十年代，國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了一些新技術(shù)就是無(wú)扭軋制技術(shù)，這一技術(shù)的出現(xiàn)使得生產(chǎn)線上的鋼材生產(chǎn)速度大大提升。生產(chǎn)提速后，單盤(pán)卷重就會(huì)隨之增加，這一增加使得吐絲機(jī)的高速生產(chǎn)和大卷重不能很好的匹配，純機(jī)械生產(chǎn)的生產(chǎn)線上，前后設(shè)備速度無(wú)法匹配的話，就會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)上的矛盾問(wèn)題。這些問(wèn)題也會(huì)直接影響軋鋼的速度和生產(chǎn)質(zhì)量，在速度上，一方面是軋鋼的生產(chǎn)設(shè)備互相之間的矛盾，有些設(shè)備出鋼速度快，而后續(xù)的生產(chǎn)跟不上就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線的速度遲緩。質(zhì)量問(wèn)題主要是軋鋼速度快直接導(dǎo)致設(shè)備的溫度提升過(guò)快，有時(shí)候溫度能夠達(dá)到一千攝氏度以上。所以會(huì)導(dǎo)致一些化學(xué)現(xiàn)象出現(xiàn)，像氧化鐵皮增多、鋼的韌性不好等問(wèn)題。

產(chǎn)線技術(shù)人員為了改善線材軋制技術(shù)，可以采用控制出鋼時(shí)的溫度，在出鋼時(shí)把溫度冷卻下來(lái)，以此提高鋼材的韌性，并通過(guò)鋼材快速冷卻的方法提高鋼材的綜合性能等。通過(guò)改進(jìn)這一技術(shù)，也可以稱之為線控技術(shù)，或者是線熱處理。顧名思義就是對(duì)鋼材生產(chǎn)線上的熱量，溫度進(jìn)行控制以達(dá)到提高鋼材自身性能的技術(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展，有許多行業(yè)對(duì)鋼材的需求越來(lái)越高，很多行業(yè)的需求也是多種多樣，因此，根據(jù)需求對(duì)鋼材的生產(chǎn)進(jìn)行控制是很有必要的。鋼材的生產(chǎn)也直接帶動(dòng)了其它行業(yè)的飛速發(fā)展，如果沒(méi)有原材料的提供，很多橋梁建筑、房屋建筑等得不到發(fā)展。現(xiàn)代的線熱技術(shù)主要有兩種，一種是水冷，一種是風(fēng)冷。這種技術(shù)還可以達(dá)到節(jié)約原材料、節(jié)約能源的好處，也更適合時(shí)代的發(fā)展。

2 控軋控冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在線材生產(chǎn)過(guò)程中，要注重控軋控冷技術(shù)的合理運(yùn)用，并且通過(guò)將添加劑控制在特定溫度下，從而使得強(qiáng)度、韌性等功能得到全面的發(fā)揮，如果想要強(qiáng)度發(fā)生很大程度的變化，就需要在制作過(guò)程中，通過(guò)奧氏體向鐵素體發(fā)生轉(zhuǎn)變的方法，使得鋼材的組織可以大范圍的相變，組織結(jié)構(gòu)的情況是必須在溫度和壓力達(dá)到最佳比的情況下才能變化，要顯示的溫度和壓力達(dá)到最佳，需要通過(guò)合理的控制熱軋鋼材。所以說(shuō)如果想要得到較好的熱處理鋼材，必須要通過(guò)強(qiáng)化和控制冷卻等技術(shù)來(lái)使鋼材性能得到全面的發(fā)揮。為了獲得更高的綜合鋼材性能質(zhì)量，可以通過(guò)控制冷卻的技術(shù)，是奧氏體向鐵素體相變的溫度區(qū)域，可以快速的冷卻。而用特定的生產(chǎn)技術(shù)，可以是線材的冷卻速度得到控制，從而利用控制加熱過(guò)程中線材加熱后的余熱的方法，使得所需要的組織和性能達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)一些實(shí)踐的例子證明強(qiáng)度和韌性是可以通過(guò)控制軋制的方法而有所提升的，另外，這種工藝還可以使使用范圍大大增加，使用壽命變得更長(zhǎng)，而生產(chǎn)工藝的過(guò)程也變得更加簡(jiǎn)單。

1960年左右，世界上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提升鋼材強(qiáng)度技術(shù)，從而生產(chǎn)大直線管制鋼材的技術(shù)就是通過(guò)從單純的軋制鋼材的過(guò)程中添加一些微量元素而達(dá)到的。1970年初，需要經(jīng)過(guò)控制軋制過(guò)程后在采用冷卻的方法通過(guò)控制，從而發(fā)揮最佳的效果，如此一來(lái)便可以滿足社會(huì)快速發(fā)展對(duì)于低碳化鋼鐵的需求越來(lái)越多，而且線材組織要求越來(lái)越精細(xì)的生產(chǎn)需求。20世紀(jì)80年代左右，開(kāi)發(fā)出了全世界最初始的控冷設(shè)備和技術(shù)。而在1920年到1960年前后，隨著英國(guó)制造厚板的控軋控冷技術(shù)的發(fā)展，歐洲，美國(guó)和日本當(dāng)?shù)匾仓鸩窖邪l(fā)了這些技術(shù)。

與此同時(shí)，我國(guó)的軋制工藝在高速線材生產(chǎn)中，通過(guò)控軋控冷技術(shù)的不斷改進(jìn)，以及向逐步完善，更加專業(yè)的方向發(fā)展的趨勢(shì)，我國(guó)的軋制工藝取得了巨大的進(jìn)步以及提升。

3 當(dāng)下常用的控軋控冷工藝

控軋控冷技術(shù)在高速線材生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)非常明顯，其中包括產(chǎn)品性能的優(yōu)化，作業(yè)效率的提升，事故風(fēng)險(xiǎn)的管控，以及對(duì)節(jié)約能源的好處等多個(gè)方面，常見(jiàn)的控軋控冷技術(shù)工藝有兩種，一種是通過(guò)軋制操作工藝，經(jīng)過(guò)再結(jié)晶區(qū)和未完全結(jié)晶區(qū)，然后重新進(jìn)行混合，也就是完全與未完全再結(jié)晶的結(jié)合軋制二階段軋制工藝。這種軋制工藝可以降低脆性的轉(zhuǎn)變溫度，還有助于減少鐵素體晶粒，以及優(yōu)化鋼材的韌性。而另一種則是三階段軋制工藝，是在完成二階段的過(guò)程后，通過(guò)對(duì)于奧氏體以及鐵素體相結(jié)合的方式在進(jìn)行軋制，從而獲得的晶粒更加細(xì)小。在進(jìn)行三階段軋制時(shí)，必須要精確的控制各個(gè)階段的溫度，從而減少由于溫度過(guò)高，而使鋼材的韌性達(dá)不到要求的問(wèn)題。

在日常所采用的控制冷卻通常包括一次冷卻、二次冷卻和三次冷卻三個(gè)重要的環(huán)節(jié)。奧氏體變形為鐵素體或者滲碳體的過(guò)程，就是一次冷卻所需要完成的任務(wù)，再進(jìn)行一次冷卻的過(guò)程中，通常采取水冷裝置的高速冷卻方法為基礎(chǔ)，從而控制溫度可以達(dá)到軋制溫度。二次冷卻要緊跟著一次冷卻的完成進(jìn)行，在用于冷卻的方式中，可以選擇風(fēng)冷、空冷等多個(gè)形式，通常采取的是通過(guò)相變過(guò)程中的冷卻和溫度達(dá)到理想的性能。等到相變工作完成后，緊接著可以進(jìn)行三次冷卻，通常采取PF線空冷的方法。

4 高速線材控軋控冷工藝分析

4.1 控制軋制和控制冷卻的含義

控制軋制是指在比常規(guī)軋制溫度稍低的條件下，采用強(qiáng)化壓下和控制冷卻等工藝措施來(lái)提高熱軋鋼材的強(qiáng)度、韌性等綜合性能的一種軋制方法。控制軋制鋼的性能可以達(dá)到或者超過(guò)現(xiàn)有熱處理鋼材的性能。

控制冷卻是指通過(guò)控制熱軋鋼材軋后冷卻條件來(lái)控制奧氏體組織狀態(tài)、相變條件、碳化物的析出行為以及相變后鋼的組織和性能等。

4.2 控制軋制的主要方法

（1）兩階段控制軋制。這種軋制工藝的工作原理是通過(guò)將完全再結(jié)晶型和未完全再結(jié)晶型相互配合的過(guò)程。在工作時(shí)，應(yīng)該現(xiàn)在再結(jié)晶區(qū)壓制，完成后進(jìn)行未完全結(jié)晶區(qū)的操作。采取這種壓制工藝可以使得鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度變得更低，而且韌性能夠得到提高，而且還可以促進(jìn)鋼材向鐵素體相變形核的轉(zhuǎn)變。

（2）三階段控制軋制。這種工藝在實(shí)現(xiàn)兩階段控制軋制的基礎(chǔ)上，使完全再結(jié)晶型配合位在結(jié)晶型軋制。另外還可以使得奧氏體以及鐵素體兩相區(qū)的軋制工作順利完成。

4.3 控制冷卻

（1）一次冷卻。一次冷卻是為了使熱變形后到奧氏體狀態(tài)得到良好的控制，并且防止析出更多的奧氏體晶體的碳化物。另外還可以使變形產(chǎn)生的位置錯(cuò)亂得到控制，并且過(guò)冷度逐漸加大相變溫度降低，為了更好地達(dá)到相變做好強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。另外，一次冷卻是奧氏體通過(guò)增加溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度Ar3，或者將二次碳化物分解出溫度在A C范圍內(nèi)的過(guò)程。

（2）二次冷卻。熱軋鋼材有奧氏體逐漸在相片過(guò)程中，通過(guò)控制相變冷卻的開(kāi)始，溫度相變，速度和停止冷卻的溫度等參數(shù)控制好，下面過(guò)長(zhǎng)后，就可以析出鐵素體或者碳化物，而這就是二次冷卻的過(guò)程，一般可以是相變產(chǎn)物的形態(tài)，以及結(jié)構(gòu)達(dá)到相應(yīng)的程度。

（3）三次冷卻。經(jīng)過(guò)三次冷卻，可以是相變之后的溫度達(dá)到室溫的溫度區(qū)間。一般在相變后形成鐵素體和珠光體的途徑是通過(guò)空冷，使冷卻均勻化。另外，是沉淀強(qiáng)化的過(guò)程是一半，在固溶鐵素體中的過(guò)飽和，碳化物逐漸變得冷卻的過(guò)程中解析出的而一些微合金通過(guò)吸附也可以達(dá)到沉淀強(qiáng)化的效果。為了防止一些微合金在冷卻后洗出碳化物還保持碳化物固溶的狀態(tài)，應(yīng)該在相變之后就可采用快冷的工藝，從而達(dá)到固溶強(qiáng)化的功效。線材生產(chǎn)質(zhì)量控制的重中之重是控制好軋后溫度和冷卻的速度。要嚴(yán)格控制好冷卻過(guò)程中各個(gè)階段的冷卻速度和相變溫度，從而使線材產(chǎn)品的性能達(dá)到最佳，而且使氧化燒損的部分達(dá)到最佳。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用控軋控冷技術(shù)可以獲得理想的組織和性能的鋼材，但在實(shí)際操作中會(huì)受到多種控制因素的限制，特別是冷卻控制，在充分考慮相關(guān)因素的前提下，要不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐，在不斷的摸索中提升控軋控冷效果，使其更好服務(wù)于高速線材生產(chǎn)，生產(chǎn)出更多滿足高端客戶需求的鋼材，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。