热轧带钢

国内外热轧带钢轧制技术的发展
摘要
介绍了国内外近年来热轧带钢技术的最新发展情况,其中包括:热轧带钢、中厚板、型棒线、管材、钢轨及环形轧制技术等方面不断取得的新进展,为国内钢铁行业采用先进轧制工艺及进一步开发高性能、高附加值新钢种提供了有益的参考。

关键词热轧钢材轧制技术最新发展
1热轧带钢生产新技术
连铸坯热送热装轧制技术在热轧带钢生产中已经普遍采用,日本、韩国的热轧带钢轧机铸坯热装比达到60%以上,最多可达80%,热装温度达600℃以上。

目前我国平均热装率为40%,先进生产线能够达到75%以上,平均热装温度为500℃~600℃最高可到900℃。

直接热装和直接轧制是当代热轧带钢轧制技术的发展方向,可以进一步提高节能效果,缩短生产周期,使连铸机和热轧机更紧密地联系在一起。

国外新建的热轧带钢轧机一般优先考虑热装炉和直接热装炉工艺的实现,预留直接轧制工艺余地。

为了提高能源的利用效率,减少二氧化碳的排放,保护环境,日本的板坯热装炉技术普遍采用蓄热加热技术。

我国一些板坯加热炉也开始采用蓄热式加热炉。

无头轧制和半无头轧制技术是近年来发展的新技术。

无头轧制主要应用在热轧带钢和棒线材生产中,半无头轧制主要用于薄板坯连铸连轧生产线。

无头轧制技术可使板带全长的质量均匀稳定,它由轧机追尾控制技术、头尾焊接技术、高精度成品轧制技术和高速通板卷取技术等组成。

目前,中国的薄板坯连铸连轧生产线在数量、产能及轧机装备水平方面都居世界前列[2]。

开发薄规格板材并实现部分以热代冷是薄板坯连铸连轧生产线的主要目标之一。

在薄规格轧制(小于等于 2 mm)、半无头轧制、冷轧原料用钢、细晶和微合金化高强钢产品开发、以及针对薄板坯连铸连轧工艺特征的轧制及冷却过程、以及产品的组织性能控制等都取得了长足的进步[3]。

热带粗轧机组普遍采用了调宽与控宽技
术,例如西马克-德马格公司新开发的无镰刀弯轧制CFR技术,通过粗轧机前的强力侧导机构、增强的粗轧能力和液压压下以及自动化控制系统有效防止了中间坯强力轧制后镰刀弯的产生。

全液压的立辊调宽控宽技术,包括自动调宽的液压AWC和短行程SSC控制技术,显著提高了中间坯和板坯头尾的宽度控制精度,减少了头尾切损。

机架本身,也由过去的立式除鳞机,发展为附着式立辊。

板坯定宽压力机调宽是极为有效的调宽手段,已经有SMS, IHI公司开发出来,我国已经有一些轧机采用了定宽压力机,一道次最大的侧压量可以达到350 mm。

为了解决热轧板的板厚、板形和板凸度控制问题,板形控制技术如HAGC、CVC、PC、WRS等得到了很大的发展。

西马克-德马格公司新建的热连轧机组均采用了液压压下厚度控制(HAGC)和连续可变凸度CVC技术,日本三菱、日立热连轧机组除了采用HAGC厚度控制技术外,还采用PC轧机(交叉角0°~15°)技术。

在精轧机组的前部机架,采用CVC或PC轧机,控制坯料的板凸度,为后部机架的板形和板凸度控制提供需要的断面形状,在精轧机组的后部机架,则主要采用WRS轧机,通过轧辊的轴向往返移动,分散热凸度和磨损,实现自由程序轧制。

为了提高活套系统的控制水平,提高系统的响应性和控制精度,近年开始采用液压活套技术。

为了抑制热轧带钢精轧机组的轧机振动,日本三菱在PC轧机开发的基础上,提出了高压轧制振动抑制技术,应用于热连轧生产线,取得了良好的效果。

为了减少热带坯在精轧机组前的温降,减少头尾温差,保证带钢的温度均匀性,一些热带轧机在精轧机组前配备热卷箱或补热装置,新型的“双工位无芯卷取”热卷箱用于满足带钢无头轧制的需要,热卷箱和无头轧制技术对于500万t以上规模的热带钢轧机较为合适。

有的采用中间坯保温和边部感应加热技术,改善了中间坯温度的均匀性,减少了头尾温差,改善了钢坯断面温度分布和金相组织,防止薄带钢、硅钢、不锈钢等特殊品种的边部裂纹,减少轧辊的不均匀磨损。

为了控制精轧温度以及实现高升速轧制,热轧带钢精轧机组普遍采用机架间冷却技术。

新建的热连轧机组层流冷却线一般分为主冷区和精冷区,可以精确控制带钢的冷却强度和速率、冷却的均匀性和卷取温度。

西马克-德马格公司还开发了边部遮挡技术,以降低带钢冷却后的热应力,有效防止边浪的发生,保证了横向组织和性能的均一性。

目前,新型的热轧卷取机主要是采用德国SMS和日本IHI新技术的全液压三助卷辊地下卷取机。

采用这种新型的全液压卷取机,钢卷塔形可以控制在40
mm以内,卷筒均可以在卷取100万t后进行更换。

卷取温度向低温方向发展,以生产贝氏体钢、双相钢、TRIP钢等高级钢材品种。

我国在热轧带钢轧机的消化引进和集成创新国产化方面有了明显进展,在宽带钢热连轧机板形控制系统开发、提高板形质量和降低轧辊消耗等方面取得了显著效果。

如鞍钢等自主集成开发的中薄板坯连铸连轧技术—ASP (铸坯厚度100 mm ~170 mm),经过不断地开发与完善,形成了一整套效率高、节能、规模化、品种全的工业化热轧带钢生产新流程,由产能240万t的1700ASP到产能500万t 的2150ASP[3]。

此流程的突出特点是流程紧凑,连铸工序与轧钢工序直接相连,可以实现近90%利用连铸板坯热能一次加热,节约能耗。

其关键技术包括:高效化炼钢连铸技术、四流合一技术、高效直轧及注中调宽技术、工作辊可变凸度控制、粗轧前后附立辊控宽技术及高效层流冷却技术等[4]。

通过轧制和连续退火技术,目前已经可以生产440MPa级的BH钢,用作汽车面板,具有良好的抗凹陷性。

为了生产汽车用的AHSS钢,对轧制和冷却过程进行控制,开发了强度级别达到1000MPa的高强热轧DP钢和TRIP钢,一些强度达到1000MPa~1470 MPa级的热轧复相超高强钢也已经开发出来,并应用于汽车结构件。

为了改善IF钢的深冲性能,减少精轧机组的轧机负荷,开发了IF钢的铁素体区热轧技术。

在生产中应用后,已经取得了降低轧制力以及提高热轧和冷轧深冲钢板性能的良好效果。

近年来,随着轧制工艺和技术的进步,现代热带轧机利用铁素体轧制技术,已能够大规模生产50%以上0. 9 mm~2. 1 mm的热轧带钢产品。

铁素体轧制能扩大热带钢轧机的产品品种,增大高附加值产品的比例,提高轧机生产的灵活性。

低温铁素体轧制采用润滑轧制工艺,能够最大限度地降低轧制负荷、减少轧制负荷的不稳定以及轧辊的磨损,钢板内部组织理想,带钢表面质量高。

铁素体轧制时通过在最后一个精轧机架后、输出辊道前添加了一个具有高速穿钢能力的地下卷取机以及采用Slug或Pony轧机技术,实现薄规格产品轧制中恒定的秒流量控制和等温轧制。

活套控制是保证稳定可靠的板带轧制过程的重要因素之一,活套控制的目的是使板带在机架间平稳运行,控制板带张力在理想的范围内。

德国西马克公司采用差压活套和张力计活套控制技术来检测板带宽度方向的张力分布,自动
调节轧机辊缝,改善活套板带张力控制的稳定性,扩展了活套的控制功能。

日本东芝公司采用PI+ILQ活套综合控制,实现了活套角度与板带张力同时闭环,使板带张力控制的稳定性有了一定程度的改善。

对薄规格板带产品,产品厚度偏差小于25μm,宽度偏差小于10 mm,PI+ILQ综合控制与单独采用PI控制相比,活套张力波动和高度波动分别只有后者30%和20%左右。

意大利Danieli自动化部提出了一种基于摩擦补偿的滑动控制(slidingmode, SM)模式,用于热轧板带机架间活套控制,通过在希腊Sovel SA热轧板厂精轧机组进行测试,显示出了比传统的PI 活套控制更具优势和效率。

1中厚板轧制技术
轧机的强力化是中厚板轧机的重要发展趋势,轧机的单位宽轧制力达到20 kN/mm,电机功率达到4 kW /m,为轧机的TMCP和板形板凸度控制提供了强有力的支撑。

中厚板轧机的控制功能和精度水平有了很大发展,除了常规的液压AGC厚度控制、WRB板形控制技术外,还开发了多点动态厚度控制技术、平面形状控制技术、CVC+板形控制技术等新一代高精度控制技术,板材质量有了很大提高。

在后续的精整工序,采用强力式矫直机、矫直机的计算机自动设定、组坯剪切等新技术,提高了产品的精度水平。

通过轧制、冷却、矫直、剪切的合理匹配,开发出了低残余应力钢板的生产技术,可以提供极低残余应力的钢板,大大减轻了用户的工作量。

高效率、高均匀性加速冷却技术和相应的自动化控制系统已经在各类中厚板轧机上普遍采用,我国已经依据各工厂的具体情况,开发了U形管层流、直管层流、水幕等不同的冷却方式,有的工厂在冷却系统的前部采用直接淬火系统。

这些系统配以高精度的边部遮蔽装置、辊道速度控制系统和冷却自动控制系统,可以对中厚钢板在长度、宽度和厚度方向上进行高均匀性的控制冷却。

关于粗轧和精轧之间的待温过程,各厂采用不同的方式。

有的采用交叉多坯轧制方法,有的在粗轧和精轧之间采用中间冷却,有的在主辊道旁边配置侧辊道,均可得到较好的冷却效果。

日本近年开发出了高冷却能力的新一代加速冷却系统,该系统由于采用核沸腾方式,可以将冷却能力提高2~5倍,通过将淬火系统与在线回火系统组合,实现在线DQ+T,生产过去难以得到的新性能中厚板。

中厚板热处理生产技术则仍以常化、调质等为主,国内有的厂已经进行热处理生产,有的在筹划建立热处理生产线。

在中厚板轧制中,TMCP、HTP和RPC等轧制技术得到了
进一步的开发和应用,取得了显著进展,尤其是在高强度高性能中厚板产品的开发和生产方面。

目前,国内已经可以生产建筑用460 MPa级中厚板和耐火建筑用中厚板、X70~X100中厚板管线钢、储油罐用钢、高级别桥梁用钢、超低碳贝氏体钢、高性能容器用钢等。

但是,我国中厚板的研发生产与国外相比仍有相当差距,国外大线能量焊接厚板、表面细晶高止裂性能中厚板、LP钢板等高级别高性能钢板已经开发出来并得到了广泛应用。

2型棒线材轧制技术
型钢轧制技术方面,H型钢轧制技术取得较大进展,国外已经开发出了外形尺寸一定的H型钢的轧制技术和控制冷却技术。

随着建筑结构用钢的大断面化,建筑物的高层化和大型化,外形尺寸一定的H型钢制造技术又有了新的发展和进步。

当初开发的外形尺寸一定的H型钢仅指腹板高度一定,产品有15个系列95种尺寸,最大可制造的H型钢腹板高度为900 mm。

随着用户对翼板宽度一定和尺寸系列的要求越来越多,促进了下一代外形尺寸一定的H型钢的研发。

下一代外形尺寸一定的H型钢是指腹板高度、翼板宽度都与板厚无关的H型钢,通过开发出的利用偏心套筒调节孔型深度的可变轧边机,实现了翼板宽度的一定化。

新一代外形尺寸一定的H型钢通过板坯的大型化和新粗成型法的开发,制造了腹板高度达1000 mm的大型外形尺寸一定的H型钢,产品范围也扩大到42个系列292 种尺寸。

我国近年来在H型钢生产方面,实现了全线过程控制的功能优化,研发了小变形矫直、在线防锈蚀技术,形成了包括高效优质H型钢洁净钢生产技术、高效异形坯连铸技术、万能轧机小张力连轧和控制轧制等完整的H型钢生产成套关键技术,处于国际领先水平。

在棒线材轧制方面,国际上开发了无头轧制技术,我国也引进了该技术,但是,应用效果不理想。

最近韩国和日本合作,开发了焊接型连接技术进行无头轧制,应予关注。

在棒线材高尺寸精度化轧制技术方面,除了连续无扭高速轧制技术之外,开发了自由尺寸轧制技术、高精度定径机组,达到了良好的控制精度。

切分轧制技术可以大幅度提高中小规格的生产量,在我国普遍采用,目前小规格已经可以做到三切分轧制,个别企业已经在试验四切分轧制。

采用高冷却速度的控制冷却系统,进行棒线材的控制冷却,可以较大幅度地全面提高钢材的力学性能,已经在带肋钢筋生产中应用,取得良好效果。

棒材和带肋钢筋的大盘卷生产,适应了建
筑、机加工等行业节材、高效发展的需要,已经在国内得到应用。

此外,在高线生产中,通过对精轧温度和轧后冷却条件的控制进行轧材在线软化的技术倍受重视。

棒材全连续无槽轧制技术已在我国试验成功并应用,目前已推广到高速线材粗轧、中轧、预精轧机组,对开发品种、提高产品质量、节能降耗、提高生产效率等方面将产生积极影响。

4 结论
1)在热轧H型钢热轧完成后由于变形的不均匀,在翼缘内部存在拉应力,腹板内部存在压应力,最大应力不超过1. 8MPa。

2)在腹板上与翼缘的交界处单元的压应力最大,翼缘内侧靠近与腹板交接处的单元受到的压应力最大;
3)在万能轧机轧制的开始的几个道次中,总体来说所选各个单元的内部的残余应力还比较均匀,但是在后面的几个道次变形均匀性较差,导致残余应力升高;造成这种现象的原因除了孔型问题外,还有轧件断面复杂而造成的温度不均匀等其他方面的原因。

参考文献
[1] 冯宪章.H型钢轧制过程摩擦力分布的数值分析[J].润滑与密封, 2006, 178(6): 78-80.
[2] 曹杰,奚铁,章静.等.H型钢万能轧制变形分析[ J].重型机械, 2005(1): 23-25.
[3] 刘相华,白光润.H型钢轧件外部边侧前滑值得研究[ J].钢铁, 1985, 20(8): 44-47.
[4] 王欣,王长松,尹左勇,等.H型钢轧制过程的计算机仿真[J].北京科技大学学报, 2003, 25(6): 560-562.
[5] 朱国明,康永林,陈伟,等.H型钢空冷过程中残余应力的有限元分析[J].机械工程材料, 2008, 32(4): 77-80.
热轧带钢技术的发展
姓名：杜忠
班级：冶金四班
学号：0876102433。