高速線材生產(chǎn)中的控軋控冷技術(shù)分析

劉寶中

（河北鋼鐵集團承鋼有限公司建材經(jīng)營經(jīng)營中心，河北 承德 067002）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，過去一直強調(diào)鋼產(chǎn)量，鋼產(chǎn)量是一個國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。現(xiàn)在許多行業(yè)對鋼材綜合性能質(zhì)量的要求越來越高，而且要求方向也越來越多。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)?？剀埧乩浼夹g(shù)可以根據(jù)要求設(shè)置鋼材生產(chǎn)時的各種參數(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，以此達到提高鋼材的質(zhì)量、強度、硬度和鋼材的韌性等指標。尤其是一些特殊材料的鋼材，更是需要嚴格控制生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，以滿足特殊行業(yè)中對鋼材的需求。

1 軋后控制冷卻技術(shù)概述

軋鋼是本世紀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，國外的發(fā)達國家出現(xiàn)了一些新技術(shù)就是無扭軋制技術(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，單盤卷重就會隨之增加，這一增加使得吐絲機的高速生產(chǎn)和大卷重不能很好的匹配，純機械生產(chǎn)的生產(chǎn)線上，前后設(shè)備速度無法匹配的話，就會產(chǎn)生生產(chǎn)上的矛盾問題。這些問題也會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)跟不上就會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線的速度遲緩。質(zhì)量問題主要是軋鋼速度快直接導(dǎo)致設(shè)備的溫度提升過快，有時候溫度能夠達到一千攝氏度以上。所以會導(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的溫度，在出鋼時把溫度冷卻下來，以此提高鋼材的韌性，并通過鋼材快速冷卻的方法提高鋼材的綜合性能等。通過改進這一技術(shù)，也可以稱之為線控技術(shù)，或者是線熱處理。顧名思義就是對鋼材生產(chǎn)線上的熱量，溫度進行控制以達到提高鋼材自身性能的技術(shù)。隨著社會的發(fā)展，有許多行業(yè)對鋼材的需求越來越高，很多行業(yè)的需求也是多種多樣，因此，根據(jù)需求對鋼材的生產(chǎn)進行控制是很有必要的。鋼材的生產(chǎn)也直接帶動了其它行業(yè)的飛速發(fā)展，如果沒有原材料的提供，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)還可以達到節(jié)約原材料、節(jié)約能源的好處，也更適合時代的發(fā)展。

2 控軋控冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在線材生產(chǎn)過程中，要注重控軋控冷技術(shù)的合理運用，并且通過將添加劑控制在特定溫度下，從而使得強度、韌性等功能得到全面的發(fā)揮，如果想要強度發(fā)生很大程度的變化，就需要在制作過程中，通過奧氏體向鐵素體發(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到最佳比的情況下才能變化，要顯示的溫度和壓力達到最佳，需要通過合理的控制熱軋鋼材。所以說如果想要得到較好的熱處理鋼材，必須要通過強化和控制冷卻等技術(shù)來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到應(yīng)有的標準。通過一些實踐的例子證明強度和韌性是可以通過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，而生產(chǎn)工藝的過程也變得更加簡單。

1960年左右，世界上多個國家和地區(qū)提升鋼材強度技術(shù)，從而生產(chǎn)大直線管制鋼材的技術(shù)就是通過從單純的軋制鋼材的過程中添加一些微量元素而達到的。1970年初，需要經(jīng)過控制軋制過程后在采用冷卻的方法通過控制，從而發(fā)揮最佳的效果，如此一來便可以滿足社會快速發(fā)展對于低碳化鋼鐵的需求越來越多，而且線材組織要求越來越精細的生產(chǎn)需求。20世紀80年代左右，開發(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，隨著英國制造厚板的控軋控冷技術(shù)的發(fā)展，歐洲，美國和日本當(dāng)?shù)匾仓鸩窖邪l(fā)了這些技術(shù)。

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

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)險的管控，以及對節(jié)約能源的好處等多個方面，常見的控軋控冷技術(shù)工藝有兩種，一種是通過軋制操作工藝，經(jīng)過再結(jié)晶區(qū)和未完全結(jié)晶區(qū)，然后重新進行混合，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程后，通過對于奧氏體以及鐵素體相結(jié)合的方式在進行軋制，從而獲得的晶粒更加細小。在進行三階段軋制時，必須要精確的控制各個階段的溫度，從而減少由于溫度過高，而使鋼材的韌性達不到要求的問題。

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重要的環(huán)節(jié)。奧氏體變形為鐵素體或者滲碳體的過程，就是一次冷卻所需要完成的任務(wù)，再進行一次冷卻的過程中，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到軋制溫度。二次冷卻要緊跟著一次冷卻的完成進行，在用于冷卻的方式中，可以選擇風(fēng)冷、空冷等多個形式，通常采取的是通過相變過程中的冷卻和溫度達到理想的性能。等到相變工作完成后，緊接著可以進行三次冷卻，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，采用強化壓下和控制冷卻等工藝措施來提高熱軋鋼材的強度、韌性等綜合性能的一種軋制方法?？刂栖堉其摰男阅芸梢赃_到或者超過現(xiàn)有熱處理鋼材的性能。

控制冷卻是指通過控制熱軋鋼材軋后冷卻條件來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將完全再結(jié)晶型和未完全再結(jié)晶型相互配合的過程。在工作時，應(yīng)該現(xiàn)在再結(jié)晶區(qū)壓制，完成后進行未完全結(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)生的位置錯亂得到控制，并且過冷度逐漸加大相變溫度降低，為了更好地達到相變做好強有力的基礎(chǔ)。另外，一次冷卻是奧氏體通過增加溫度轉(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)的過程。

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

（3）三次冷卻。經(jīng)過三次冷卻，可以是相變之后的溫度達到室溫的溫度區(qū)間。一般在相變后形成鐵素體和珠光體的途徑是通過空冷，使冷卻均勻化。另外，是沉淀強化的過程是一半，在固溶鐵素體中的過飽和，碳化物逐漸變得冷卻的過程中解析出的而一些微合金通過吸附也可以達到沉淀強化的效果。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，從而達到固溶強化的功效。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。要嚴格控制好冷卻過程中各個階段的冷卻速度和相變溫度，從而使線材產(chǎn)品的性能達到最佳，而且使氧化燒損的部分達到最佳。

5 結(jié)語

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，但在實際操作中會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，要不斷加強技術(shù)創(chuàng)新與實踐，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)濟效益。