国内棒材生产线生产超细晶棒材的轧制工艺与前景

性 ; 表明了生产线改造后所取得的初步结果 ; 提出了超 细晶棒材生产线的改造方案及实施步骤。 关键词 : 超细晶棒材 ; 形变和相变耦合 ; 轧制 中图分类号 : T G335. 6 + 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 9356( 2007) 07 0001 04
Rolling Technology and Prospect of Producing Ultra Fine Grained Steel by Domestic Bar Product Line
第 17 卷第 7 期 2007 年 7 月
中国冶金 China M etallurg y
V ol. 17, No . 7 July . 2007
国内棒材生产线生产超细晶棒材的轧制工艺与前景
张 海1, 2 , 仝金平3 , 张恩民4 , 王 勇3 , 杨 帆4 , 乔德庸4
( 1. 北京科技大学 , 北京 100083; 2. 唐钢集 团 , 河北 唐山 063000; 3. 唐钢集团宣钢公司 , 河北 宣化 075100; 4. 北 京埃德尔博珂工程技术有限公司 , 北京 100086) 摘 要 : 简介了超细晶棒材形成的基本原 理及主要 生产工 艺 ; 分 析了目 前国内 棒材生 产线的 现状与 改造的 可能
工艺不适 用于生 产超细 晶棒 材。为实 现在 A e 3 ~ A r 3 间的控温轧制, 中轧 后须设置水冷箱且要留一 段返温距离, 精轧后设置水冷箱实施控冷。这样 , 遇 到的主要问题是 : ①原轧机、 减速机和电机能力可能 不够 ; ②相当一部分生产线存在安装控轧控冷装备 的位置及返温距离问题 ; ③停产改造时间及资金问 题; ④核心技术的实践应用问题。可想象到, 有效温 度的掌控和冷却装置的科学性、 合理性是实现超细 晶钢的关键技术。基于多年生产实践以及传统的控 轧控冷工艺技术的应用经验 , 如按照超细晶理论及 其技术, 解析原工艺布置, 确立逐步收益的目标, 分 步实施, 则实现超细晶钢的关键技术还是有可能的。 3. 2 实施步骤 确定生产线改造的最终目标是生产超细晶钢棒
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加热→粗轧开坯→曲柄连杆式切头飞剪切头→中轧 机组→控轧水箱控制冷却→切头剪→精轧机组→控 冷水箱控制冷却→倍尺飞剪→输出辊道→冷床→精 整处理。
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2. 1
典型生产工艺
棒材连轧超快速冷却技术
连续热轧加轧后超快速冷却技术生产超细晶棒 材, 实际是在棒材成品孔的出口处设置超快速冷却 器来超快速冷却成品轧件。其工艺路线及生产原理 见图 1。其实际使用效果须深入分析, 关键在于最 后钢筋的韧性是否受到严重影响。
钢铁是国家经济建设和社会发展的重要物质基 础, 其新一 代材料的开发 亦倍受钢 铁行业的 重视。 1998 年 10 月启动的 新一代钢铁材料 研究计划, 经多年的研究、 探讨及实践已取得重要成就, 并已进 入推广应用的关键阶段。国内学派尽管对超细晶的 形成理论及应用技术的思路不同且有争论, 但都公 认其在经济效益、 社会效益和材料科学方面的重要 贡献。试验和实践表明 , 采用超细晶钢生产工艺可 显著 细化钢 的晶 粒, 用 Q235 钢 代替 20M nSiV 和 20M nSiNb 生产 400 M Pa 级 , 用 20M nSi 钢生产 500 MP a 级带肋钢筋, 能降低成本、 节约资源 , 并符合可 持续发展方针。目前 , 细晶粒钢筋产品标准已纳入 GB1499 《 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 》修订版 , 即将 正式 颁 布, 其 中 单 独 设 有 H RBF335、 H RBF 400、 H RBF 500 牌号, 其化学成分、 力学性能等主要技术 标准与 H RB 系列牌号完全相同。本文从分析国内 钢铁工业装备现状入手 , 在 制造成本基本不增加,
ZH ANG H ai1, 2 , WANG Yong 3 , T ONG Jin ping 3 , YANG F an4 , ZH ANG En m in 4 , QIAO De yong 4
( 1. U niver sity of Science and T echnolog y Beijing , Beijing 100083, China; 2. T angshan I ron and Steel Co Ltd, T angshan 063000 H ebei, China; 3. Xuanhua Iro n and St eel Plant , T ang shan Iro n and Steel Gr oup, Xuanhua 075100, H ebei, China; 4. Beijing A dler Bauwer k Engineer ing and T echnolog y Co L td, Beijing 100086, China) Abstract: T he basic principles and main pr oduct techno log ies o f ultra fine g rained steel w ere introduced. P resent conditio ns and feasibility of impr ov ing domestic bar product line w ere analyzed. Pr imar y impr ovements are a chieved. Rebuilding methods and implements Baidu Nhomakorabeat eps of ult ra fine g rained steel bar pr oduct line are put fo rw ard. Key words: ultr a fine gr ained steel bar; defo rmation and transfor mation coupling ; r olling
图 2 全流程低温控 轧控冷工艺 Fig. 2 Low temperature rolling of TMCP in whole rolling
第7期
张
海等 : 国内棒材 生产线生产超细晶棒材的轧制工艺与前景
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3. 1
改造棒材生产线的分析
可能性分析 目前生产超细晶棒材的最大问题是, 原装备及
精轧机及其减速机、 电机等硬件设备, 并进行相应的 改造 , 最终实现生产超细晶钢棒材的目标。 3. 3 改造实例 以济钢和宣钢棒材生产线改造为例, 对实现超 细晶钢生产所需进行的技术改造做一具体说明。 3. 3. 1 济钢改造内容与效果 按照超细晶棒材的要求全面改造生产线, 其内 容包括: ①中轧机更换成 450 mm ! 750 m m ! 6 平 立交替布置的高刚度短应力线轧机; ②精轧机更换 成 350 mm ! 650 m m ! 6 平立交替布置的高刚度短 应力线轧机 ; ③为满足高 强钢筋高 速轧制的 要求, F16 和 F 18 架 电机 更 换成 1 500 kW, F17 更 换为 1200 kW; ④因中轧后要先冷却后切头, 故 2 号飞剪 的功率加大到 450 kW; ⑤中轧后增设 4 组湍流管式 冷却装置, 每组长 2000 mm, 以控制轧件进入精轧机 组时的温度; ⑥轧后冷却采用 8 组湍流管式冷却装 置, 每组长 2000 mm, 控制轧后棒材温度, 抑制铁素体 晶粒长大; ⑦控制系统改造及增设各种检测仪表。 改造后的初步试验结果 : 第一步轧后控冷改造 完成后, 用 20M nSi 钢分别生产 22, 25, 28 mm 螺 纹钢筋。同 时, 为 降低生产 成本、 减少合金 资源消 耗, 加入铌铁量仅为国标的 1/ 2~ 1/ 4, 化学成分见 表 1, 力学性能见表 2。 3. 3. 2 宣钢改造内容与效果 宣钢棒材生产线 由意大利 POM IN I 公司总承 设计 , 于 2003 年 12 月投产。该生产线设计年生产 能力 75 万 t , 最高轧制速度 18 m/ s。采用原料为
图 1 棒材超细晶钢的 生产原理 Fig. 1 Product principle of ultra f ine grained steel bar
2. 2
全流程低温控轧控冷工艺 图 2 是一种全新生产工艺 , 与前不同的是需从
系统工程的角度对轧钢设备和工 艺布置进行设计 改造 , 这也是今后发展方向。但国内目前的经济状 况及生产工艺和装备等差距较大, 且实现的难度很 大。
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, 为超细晶棒材生产做好
作者简介 : 张 海 ( 1959 ) , 男 , 硕士, 教授级高级工程师 ;
少用合金资源和能源, 塑性和韧性基本不降低的条 件下强度翻番和使用寿命翻番 的目标下 , 探讨了棒 材生产线改造生产超细晶棒材的轧制工艺与发展前 景。
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国内棒材生产线及其控制技术
有关统计数据表明 , 棒材产量在国内钢材生产
总量中约占 25% 以上 , 且随社会的发展其需求量有 增无减。但国内棒材生产线装备却有相当一部分是 20 世纪 70~ 80 年代 , 有的甚至更早。据了解 , 目前 国内全连轧、 半连轧棒材生产线约有 70 多条, 已进 行超细晶棒材工业试验和推广应用的不足 10 条且 应用程度差异较大, 绝大多数距全流程控温轧制工 艺装备有很大差距。既要不失时机地应用超细晶理 论指导生产超细晶棒材 , 又不可能投入大量资金或 长时间停产进行改造, 是目前存在的最大困难和问 题。
修订日期 : 2007 03 25
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中国冶金
第 17 卷
1. 1 超细晶棒材的形成原理与生产流程 1. 1. 1 基本原理 超细晶形成的基本原理是形变 与相变耦合机 制 , 主要控制技术是使奥氏体过冷和获得大的累 积变形量 , 精轧阶段 轧制温度控制在 A e3 ~ A r 3 , 使 其产生形变诱导铁素体相变 ( DIF T ) , 获得细小的铁 素体晶粒, 轧后的控冷进一步阻止铁素体晶粒长大。 其具体的形成机制为 : ①钢 在奥氏体 区进行粗、 中 轧, 产生奥氏体动态再结晶, 细化奥氏体晶粒, 为相 变作组织准备。②轧件中轧后冷却, 使精轧温度接 近临界相变点。由于高速轧制和累积变形增大了相 变驱动力, 则提高了实际相变点 , 诱发了铁素体相变 ( DIFT ) , 这是形核不饱和机制, 是不断的生核过程, 形核率高, 使晶粒细化。③随变形的进行 , 新生的铁 素体内位错密度增加 , 形成亚结构 , 产生铁素体动态 再结晶 ( DRX) 。这时连续交叉发生 DIF T 和 DRX 阻止了铁素体晶粒长大。④轧后的控冷进一步阻止 铁素体晶粒长大。 1. 1. 2 主要工艺流程 采用形相耦合轧制技术生产超细晶钢。生产的 棒材钢种主要为普碳钢、 优质碳素钢、 低合金钢。为 使精轧在 A e3 ~ A r 3 间控温轧制, 粗轧和中轧采用再 结晶轧制, 这样原粗、 中轧机可不进行大的改动且利 于顺行; 中轧后对轧件实施快速冷却至临界奥氏体 温度附近, 并留有一段返温时间 , 使轧件断面温度基 本均匀 ; 在精轧中进行未再结晶控轧, 精轧后实施控 冷, 以阻止铁素体晶粒长大( 为应对高速轧制所导致 的轧件升温, 必要时可采用机间冷却均温制度 ) 。 为实现 A e 3 ~ A r 3 间的控温轧制, 须在中轧后设 置水冷箱来冷却轧件 , 且留一段返温距离 , 使轧件断 面温度基本均匀 ; 精轧后设置水冷箱实施控冷, 以阻 止铁素体晶粒长大。其工艺流程为 : 上料→加热炉
材。为减少投资压力、 避免重复投资, 通常可分步实 施( 特殊情况例外) : 第一步建立轧后控冷装置, 产品 较穿水产品性能稳定, 生产效率提高。该装置除可 完成通常的穿水功能外 , 还可控制不同的冷却速度 和终冷温度, 为实现控轧控冷和超细晶棒材生产奠 定了基础 ; 第二步在中轧机组后面建立中间冷却装 置, 控制进入精轧机组的棒材温度 , 这样可完全实现 控轧控冷轧制工艺技术