棒线材低温轧制技术发展

温轧制钢材的某些性能略有提高。具体低温轧制对 性能的影响情况还与加热工艺、轧制工艺、钢中合金 元素的种类、质量分数等多种因素有关。 需要指出的是Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ等微合金化钢一般不 宜进行低温加热，加热温度太低，将不利于微合金化 元素溶人奥氏体中，发挥其细化晶粒和析出强化的 作用。 表４［１叩是实验室条件下不同加热温度轧制的
加热炉的寿命；减少轧辊的热应力疲劳裂纹和断辊
以及氧化皮引起的磨损；降低脱碳层深度；提高产品 的表面质量；细化晶粒、改善产品性能。低温轧制的
缺点是：加大了轧材的变形抗力，从而加大了轧制力
和轧制功率；降低了轧制时轧材的塑性，从而影响轧 材的咬入；有时需降低道次压下量，增加道次。 在棒线材连轧机生产中，从开轧到终轧温降很 小，甚至升温，这就为实现低温轧制提供了条件。从 现代棒线材连轧机的设备和技术条件上看，通过制 定合理的压下规程，大部分轧机都具有实现低温轧 制的可能性。
是不同的概念。前者是通过降低钢坯加热温度实现 节能降耗；后者是通过控制较低的终轧温度改善钢 材的性能。 一般采用低温轧制工艺时需控制轧制过程中的 温降，以降低中、精轧机的轧制负荷、保证产品的性 能。钢坯的再加热温度降低后，可以通过精轧机组 加速轧制产生的变形热和摩擦热来补偿，也可通过 粗轧机组和精轧机组间增设高效辊道隔热保温装置 来实现热补偿［１ ５｜。为保证有较高的终轧温度，还可
图６轧制温度对｛１１１｝织构取向密度的影响
４低温轧制与轧机负荷
降低轧制温度必然导致轧材变形抗力增加，进 行低温轧制时，必须对轧机负荷进行仔细的核算和
３．２
低温轧制与表面质量 低温轧制使钢坯加热温度明显降低，从而显著
验证，孔型设计时应合理地分配各机架的压下量。 低温轧制首先在粗轧机上进行，而精轧机的轧件温 度与常规轧制的基本一致。只要轧机的轧辊强度和 电机功率足够大，就可进行低温轧制。 不同轧制温度轧制２５ＳｉＭｎ钢时轧制力的变化 见图７，Ｆｏｒｍａｓｔｅｒ－Ｐｒｅｓｓ和Ｇｌｅｅｂｌｅ模拟试验机试验 与轧制试验结果见表６［１…。从图７和表６可见，轧 制温度降低后，变形抗力增加了，表６中模拟试验与 轧制试验的结果有所差异。 Ｇｌｅｅｂｌｅ模拟试验机试验得出的变形程度与变 形抗力的关系见图８［２１｜，从图８可见，当变形程度从 ３５％增加到５０％时，变形抗力增加较平缓。 图９是热模拟试验机上测得的２０ＭｎＳｉ钢的变 形抗力随变形温度的变化，变形速度为ｌＯ／ｓ，８５０℃ 变形抗力约是１ １５０℃的１．８倍，９００℃变形抗力约 是１ ０５０℃的１．８倍。在不改变设备条件下优化孔 型设计和压下规程可使轧机各机架电机负荷合理分 配，实现低温轧制［１
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｏｌｌｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
Ｗｉｒｅ
ａｎｄ Ｒｏｄ
ＷＡＮ Ｗｅｉ—ｇｕｏ，ＬＩ
Ｘｉａｎｇ—ｃａｉ
（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｍａａｎｓｈａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｍａａｎｓｈａｎ ２４３０００，Ｃｈｉｎａ）
２００５年１月
中国冶金
第１期（总第８６期）
棒线材低温轧制技术发展
完卫国， 李祥才
（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山２４３０００）
摘要：介绍了国内外棒线材低温轧制技术的发展情况。叙述了低温轧制的节能效果、低温轧制过程的温度控制、 低温轧制对成品质量及轧机负荷的影响。为国内在棒线材生产中进一步应用低温轧制工艺提供了有益的参考。 关键词：低温轧制；棒材；线材；节能 中图分类号：ＴＧ３３５．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—９３５６（２００５）０１—００１１－０６
度与开轧温度基本无关，不同开轧温度轧件的终轧
温度趋于一致。
３低温轧制对成品质量的影响
３．１低温轧制与力学性能 低温轧制的加热温度低于常规轧制的加热温 度，其钢坯加热时奥氏体晶粒尺寸大大减小了。由
１一普通轧机； 图２ ２一ＥＳＣ轧机
ＥＳＣ轧机１０８０℃加热与普通轧机ｒ１５０℃ 加热轧制时轧件温度比较
于精轧阶段低温轧制与常规轧制的温度逐渐趋于一 致，低温轧制钢材的晶粒较细小，故一般而言，低温 轧制钢材的性能与常规轧制钢材的性能相近，或低
现轧制裂纹等缺陷、保证产品的力学性能。 表３给出了一些钢种低温轧制的推荐加热温 度。 在低温轧制中要保证有较高的终轧温度，就要 求在精轧机组采用较高的轧制速度。一般认为，小 型棒材轧机的轧制速度在８～１２ ｍ／ｓ，轧件的散热 损失与轧制变形摩擦热基本平衡；轧制速度＞１２ ｍ／ｓ后，轧件温度与轧制速度呈正比增加；当轧制速 度＞３０ ｍ／ｓ时，终轧温度几乎与加热温度无关。 图１给出了国外某线棒材轧机上常规轧制与低 温轧制时１４个机架的温度变化［１ ６｜。从图１中看出
２５ＳｉＭｎ和ＡＹ。Ｆ钢材的性能，采用高温和低温条件
万 方数据
１４
中国冶金
轧制，成品性能都符合国家标准。 前苏联乌克兰特钢研究所对冷镦用的１５—４０Ｃｒ 结构钢进行了控制轧制和直接低温轧制对比试验。 结果表明，８００～１ ０００℃低温加热后直接轧制可使 晶粒明显细化和碳化物球化，强度虽稍有下降但提 高了塑韧性，因而可直接冷镦而不需要再先球化退 火，金属烧损也明显降低，见表５。
ａｒｅ
ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｌｏａｄ ｉｎ ｌｏｗ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｄｅｓｒｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｖｉｄｅ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｎｇ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｗｉｒｅ
wk.baidu.com
ａｎｄ ｒｏｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｏｌｌｉｎｇ；ｒｏｄ；ｗｉｒｅ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ
节能降耗始终是钢铁工业的一项重要任务，国 内外近年来的生产实践证明，在轧钢生产中可通过 降低坯料的再加热温度来实现节能［１￣４］。国内采用 低温轧制技术已呈发展趋势［５￣１…。低温轧制就是将 钢坯加热到低于常规加热温度、在低于常规热轧温 度下进行的轧制，更确切地说是中温轧制，其主要目 的是为了大幅度降低坯料加热所耗燃料、减少金属 烧损。 低温轧制的优点是：减少加热能耗；减少氧化烧 损、提高成材率；提高轧钢加热炉的加热产量、延长
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓａｖｉｎｇ ｒｏｌｌｉｎｇ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｗｉｒｅ ａｎｄ ｒｏｄ．Ｅｎｅｒｇｙ
ｏｎ
ｅｆｆｅｃｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
作者简介：完卫国（１９６４一），男，大学本科，高级工程师；
Ｅ－ｍｍｉ：ｗｅｉｇｕｏｘｘ＠１６３．ｃｏｒｎ；
修订日期：２００４一１０—１３
万 方数据
中国冶金 表２常规轧制与低温轧制的能耗和成本比较
钢坯加热温度／℃ 项
目
１１５０ ９５０ ７５０
瑞典Ｆａｇｅｒｓｔａ公司用≯７０ ｍｍ ＳＳｌ６５０中碳钢 坯经１４道轧成１０．５ ｍｍ方钢时，７５０℃加热轧制 比１１５０℃加热轧制节约能量约１８２ ｋＷ・ｈ／ｔ，见 表１。瑞典年产２２万ｔ普通低碳钢线棒材轧机采用 低温轧制的节能创效情况见表２。 据报道［６］，棒材开轧温度从１ ０００～１１００℃降 低到９５０～１ ０５０℃时，虽然轧钢能耗有所提高，但 由于加热炉燃料消耗大大减少，因而可综合节能 ２０％左右。可在８００ ９５０℃对弹簧钢、轴承钢、工
一
∞踮 Ｏ ∞Ｏ ％Ｏ ∞Ｏ
≠３４
２４０Ｘ１５３
中碳 高碳
２４０Ｘ１５３
：
ｏ
踮Ｏ
万 方数据
第８６期
完卫国等：棒线材低温轧制技术发展
１
０２０ ０００
芝１
魁９８０ 赙９６０
ｐ ＼
０
２
４
６
８
ｌＯ
１２
１４
１６
机架号 图３
１５０
越
赠
ｍｉｌｌ方坯轧制币１６ ｉｒｏｎ螺纹钢时各机架轧件温度
１一常规轧制； 图１
１
低温轧制的节能效果
我国冶金产品的成本构成中，能源费用约占产
品成本构成的３０％［１１｜。现代钢铁生产由连铸到精 轧成成品过程中，大部分能量消耗在钢坯再加热过 程中，即总能耗的６５％～９０ ０，４用于加热炉的燃耗（即 冷坯加热）。用于轧制的能耗仅占１０％～３５％。 某厂开坯车间和线材车间的燃耗分别占总能耗 的８７．９％和６６．０％，动力消耗只占总能耗的１２．１ ｏＡ 和３４％［１ ２｜。据介绍［１ ３’１４］，普通棒线材轧机，每吨钢 材生产能耗约为６５０ ｋＷ・ｈ，其中约需５２０ ｋＷ・ｈ 的能量用于钢坯加热到１ １５０℃，而用于轧制的能量 仅为１１０ ｋＷ・ｈ，实际每吨钢坯在该温度的物理热 仅为２３０ ｋＷ・ｈ，加热炉的热效率等各种热损失超 过５０％。因此，轧钢节能的潜力主要来源于加热 炉，降低炉子加热温度、实现低温轧制可以节约燃料 消耗、降低总能耗。 随着加热温度降低，氧化铁皮量显著减少。低 温轧制在燃料消耗和氧化铁皮量的降低等方面所获 得的效益完全能克服并超过轧制功率增加造成的成 本增加。
终轧速度１００ ｍ／ｓ；１表面温度；２一中心温度；３一平均温度
圈４线材轧机轧制币５．５ ｍｍ线材的温降曲线
后轧件温度已高于初始道次温度，后经过水冷使精 轧温度有所降低。 低温出钢时，加热炉滑轨和炉筋管造成的黑印 程度以及钢坯温度的不均匀程度会随之增加，因此 低温加热更应注意减轻钢坯加热温度不均匀现象。 总之，从棒线材连轧机各机架轧件温度和低温 轧制对轧制温度控制要求来看，棒线材连轧机采用 低温轧制工艺是可能的。低温轧制时的温度选择， 主要受轧制材料的塑性和轧制设备（特别是辊径）强 度、能力的限制，故在采用低温轧制前要对轧机强 度、电机能力和材料的塑性等进行仔细的核实。
具钢和不锈钢进行低温轧制，轧制过程正常稳定，可 节能８５～１３０ ｋＷ・ｈ／ｔ［１３］。采用意大利达涅利公 司的ＥＳＣ轧机把加热温度从１ １５０℃降到１ ℃，可节能２３ ｋＷ・ｈ／ｔ。
０８０
采取精轧机架前采用侧加热烧嘴、大压下粗轧机等 措施。 有人认为低温轧制不仅可降低加热温度，而且
表１常规轧制与低温轧制的能耗
２一低温轧制
常规轧制与低温轧制时各机架的温度变化
７５０℃低温轧制时，整个轧制过程温度的变化较平 稳，散失的热量与从变形和摩擦中得到的热量基本 平衡。在精轧机组，常规轧制与低温轧制的温度比 较接近。 图２显示了普通轧机１ １５０℃加热轧制和意大 利达涅利公司ＥＳＣ轧机ｌ ０８０℃加热轧制的各机架 温度变化。８架以后轧件的温度是升高的，且终轧温
表３一些钢种低温轧制的推荐加热温度
化学成分／％ 钢号坯料尺寸／ｍｍ产品尺寸／ｍｍ
Ｚ７０８
变形道次
０ Ｏ Ｏ
加热温度／℃
Ｏ Ｏ
Ａ８１０ Ｃ１８４ Ｃ２５３
Ｌ９７
北叫ｍ Ｍ
踮∞∞ Ｏ ∞Ｏ
Ｏ
，５７５
１０Ｘ１０
０ ３ Ｏ ８
Ｒ２５０ Ｒ３００ Ａ８１０
１００Ｘ １００ ２６５Ｘ ２６５ ２６５Ｘ ２６５
∞媚 蚰
ｋＷ・ｈ／ｔ
可将终轧温度降低至奥氏体再结晶温度以下，除节 能外还可明显提高产品的性能［１ ６｜，当然，这对精轧 机的要求更高了。 低温轧制的最佳加热温度与轧材的品种、外形、 产品性能、轧机及轧辊情况等因素有关。一般其终 轧温度控制在Ａｒ。以上，以防止轧机过载、避免出
２
低温轧制过程的温度控制
低温轧制与低合金钢、微合金化钢的低温控轧
１２
毒１：
萋６ 薜：
０ １０
终轧温度８４０℃，卷曲温度６６０℃
／‘终轧温度７８０℃
查些望堡６８０。０
温度７００℃，卷曲温度４００℃
２０ ３０ ４０ ５０
表４
２５ＳｉＭｎ和Ａ。Ｆ钢常规轧制和低温轧制成品性能
时间，ｓ
图５不同终轧温度和卷取温度对氧化皮厚度的影响
表５
１５－４０Ｃｒ钢不同加热温度轧制后的性能
图３是国内某厂棒材连轧机将１５０ ｍｍ方坯经 １７道次轧成庐１６ ｍｍ螺纹钢时，各机架轧件温度实 测结果［１ ７｜。从图３可见，１０２０℃开轧、１ ０３０℃终轧 过程中，只有中间几个道次的轧制温度略有下降，终 轧温度过高使得产品晶粒粗大、成品孔咬入不好，生 产中采取的措施是在成品孔前对轧件浇水冷却，使 轧件温度稍下降。 图４是国外某厂高速线材轧机轧制声５．５ ｍｍ线 材的温降曲线［１引，尽管出炉温度为９５０℃，但中轧机