钢材的轧制控制

钢材的轧制控制

向明锁

（辽宁科技大学材料成型及其控制工程12级）

摘要：阐述了控制轧制的机理和工艺特点，介绍了二次加热炉的技术进展，铸轧

一体化技术——CASTRIP的技术发展，减量化技术发展，控制轧制技术发展，指出应积极消化吸收先进的控轧控冷工艺，研制开发出高强、高韧性钢材。

关键词：控制轧制技术发展机理工艺

Abstract: in this paper, the mechanism and process characteristics of controlled rolling are introduced. The technological progress of the two reheating furnace, the technology development of CASTRIP, the development of reduction technology, the development of control rolling technology, and the development of high strength and high toughness steel are pointed out.

Key words: control rolling technology development mechanism.

1控制轧制基础

1.1控制轧制的概念控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。

1.2控制轧制的优点控制轧制具有常规轧制方法所不具备的突出优点。归结起来大致有如下几点：（1）许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等综合机械性能有很大的提高。例如控制轧制可使铁素体晶粒细化，从而使钢材的强度得到提高，韧性得到改善。（2）简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。（3）由于钢材的强韧性等综合性能得以提高，自然地导致钢材使用范围的扩大和产品使用寿命的增长。从生产过程的整体来看，由于生产工艺过程的简化，产品质量的提高，在适宜的生产条件下，会使钢材

的成本降低。（4）用控制轧制钢材制造的设备重量轻，有利于设备轻型化。

1.3控制轧制的种类控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），控制轧制可分为三种类型。（一）再结晶型的控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。（二）未再结晶型控制轧制它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。（三）两相区控制轧制它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结

束轧制。实验表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15% -30%），回复程度减小。在两相区的高温区，铁素体易发生再结晶；在两相区的低温区只发生回复。经轧制的奥氏体相转变成细小的铁素体和珠光体。由于碳在两相区的奥氏体中富集，碳以细小的碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当，就可以得到细小的铁素体和珠光体混合物，从而提高钢材的强度和韧性。在实际轧制中，由于钢种、使用要求、设备能力等各不相同，各种控制轧制可以单独应用，也可以把两种或三种控制工艺配合在一起使用。2轧制控制技术的发展

2.1 二次加热炉的技术进展加热炉的能源消耗占轧制工厂能耗的70%以上，加热炉是轧钢生产主要能源消耗大户。随着能源价格的不断上涨，围绕加热炉，主要是采用各种节能技术，实现控制加热。轧钢过程能耗的降低，除向铸轧一体化发展外，还应不断提高加热炉效率，降低能耗，降低有害物排放。在现阶段，一切节能的燃烧技术都将得到推广应用，如蓄热式加热炉的低氧燃烧技术等。在板坯加热炉和冷轧板连续退火炉上，节能型自身蓄热式燃烧器开发成功并得到了广泛应用。由于在排烟温1300℃下可将空气预热到1100℃，大型板坯加热炉可节能25%，连续退火炉用辐射管燃烧器可节能29%。为防止空气温度提高后NOX相应上升，开发成功低氧燃烧技术，即在空气预热温1150℃下，将氧浓度由15%降到2%后仍可稳定燃烧，NOX由750ppm 降到40ppm。在线数学模型在其中起到关键作用。加拿大IPSCO汽车

公司Alabama分厂自2001年起便致力于卷、板材的生产。发现在生产过程中，轧制生产线上的二次加热炉是提高产量的瓶颈。由于受到近年来市场需求量不断加大的驱使，工厂决定对现有二次加热炉进行调整，以减少坯料在加热炉内的滞留时间，从而提高生产效率。该公司开发一个完整的、用户界面友好的综合二次加热炉加热模型。这综合模型包包括六个子模型：热应力有限元分析模型、钢坯温度模型、炉温截面模型、微合金扩散模型、加热速度模型和滞留时间最优化模型。实际生产证明该模型成为对已有二次加热炉进行控制和调整的有力工具，可以有效地降低加热时间，大幅降低加热缺陷，提高加热炉生产效率，节约能源。

2.2 铸轧一体化技术——CASTRIP的技术发展在20世纪，钢铁领域最大的技术进步是连铸连轧技术的广泛应用，并产生了巨大的效益，但连铸与连轧在生产上是分开的，并没有合为一体。现代技术的进一步发展是将连铸与连轧完全合为一体，形成铸轧一体化技术，即CASTRIP技术。美国Indiana的Nucor钢铁公司建成世界上第一条商业化双辊浇铸超薄带钢生产线。与所有的双辊铸造设备一样，双辊浇铸带钢生产线运用两个反向旋转轧辊转动的方式从辊隙中得到连续钢板的两个独立壳层。图1即为Nucor钢铁公司的CASTRIP生产线的主要部件示意简图。钢包容量为110t，以满足传统大型中间包或者小型中间包和转换工件的要求。设计转换工件的目的在于减小钢水端头体积，同时也使金属工件在整个辊身长度方向上均匀分布。核心喷嘴位于两个轧辊的中间，侵入金属熔池当中，用于将液态金属分散到熔池中。