钢铁控制冷却技术的发展与应用

钢铁控制冷却技术的发展与应用

吴怡

材料成型及控制工程

【摘要】：阐述了控制冷却方式在钢铁生产中的应用与发展,分析了不同控制冷却方式的应用原理和优缺点,对不同冷却介质和喷流形式进行了研究和分析,并对常用控制方法的实现过程进行了描述。对新建钢铁生产线选择合适的控制冷却系统有一定帮助作用。

【关键词】控制冷却；冷却介质：喷流形式。

Abstract : Describes the controlled cooling mode application and development in the iron and steel production, analysis of different control cooling applications of the principles and advantages and disadvantages of different forms of media and jet cooling have been studied and analyzed, and the implementation process control methods were common described. For new steel production line to select the appropriate control of the cooling system have some help.

Key words : Controlled cooling; Cooling medium; Jet stream.

1引言

控制轧制冷却技术是近十多年来国内外性发展起来的轧钢新技术，已成功而广泛地应用于生产过程中，能明显改善钢材组织结构，提高钢材的强韧性和使用性能。通过控制工艺过程的影响因素能在一定条件下获得所需的组织结构及产品性能。

2.控制冷却

2.1控制冷却的原理

控制冷却技术是利用轧材余热进行热处理的技术，特别是对于热轧带钢生产，更是提高钢板综合性能的一种有效而又经济的生产方法，目前已成为钢板轧后冷却的主要发展模式。它通过合理控制轧后钢材的冷却工艺参数（开冷温度、终冷温度、冷却速率），为钢材相变作好组织准备，并通过控制相变过程的冷却速度，来提高和改善钢材的综合力学性能和使用性能。

控制冷却技术之所以受到重视，是因为它比离线再加热后对等轴奥氏体冷却能产生更大的强韧化效果，有更好的实际生产效果，并且在进一步细化铁素体晶粒的同时，使珠光体分布更加均匀，消除带状组织，形成细贝氏体组织。一般认为，控轧后快速冷却可增加钢板的强度而不损害脆性转变温度，并且还可以缩短热轧钢材的冷却时间，提高生产能力，减小内应力等。

在控制轧制与控制冷却工艺中，通过改变变形条件和冷却条件来获得需要的组织和性能。在不同冷却速度的情况下，发生不同类型的相变，获得不同的相变产物，产生相变强化。在控制轧制工艺中，轧制往往延伸到奥氏体未再结晶区，因而较大地促进了铁素体的形核，使铁素体的晶粒显著细化。如果在这个过程中进行加速冷却，可能产生贝氏体或者马氏体。组织的改变必然导致性能的变化。因而，利用控轧控冷技术，在不改变钢材成分的情况下，可以利用轧制工艺条件和冷却工艺的改变，提高钢材的质量，降低成本。

2.2控制冷却的特点

控轧控冷的工艺参数与普通热轧工艺相比具有如下特点：（1）控制钢坯加热温度；（2）控制最后几个轧制道次的轧制温度；（3）要求在奥氏体未再结晶区内给予足够的变形量；（4）要求控制轧后的钢材冷却速度、开冷温度、终冷温度等，以便保证获得必要的显微组织。（5）控制冷却可大幅度提高钢板的强度和改善钢板的韧性，并对节约能源有直接贡献。

2.3控制冷却的发展与应用

控制冷却技术是随着钢铁材料的性能的提高和新钢种开发的需要而产生的,并随之得到了持续的发展与应用。早在60年代后半期,控制冷却就在热带钢输出辊道上用于材质控制过程中。控制冷却技术在板带材钢种开发方面初露端倪则是在上世纪70年代中期用于开发制造管线原板的厚板领域。

2.3.1快速冷却

快速冷却技术在控制冷却技术出现以前,人们曾通过运用控制热轧条件(加热温度以及各轧制道次的轧制温度、压下量)为主的控制轧制技术并结合合金元素成分设计来生产强度和低温韧性均较高的板带材(如NbV系高强度管线钢用厚板的开发生产)。后来,发现这些技术已难以满足需要具有更高性能的钢铁产品的生产需要。随后,人们将提高钢板性能的研究开始转向控轧后再水冷,以获得控制冷却的DOI控制冷却制方式式及其制冷冷制优冷缺点方却式冷冷点却冷制却冷冷制效果。最后确认,通过控制冷却可在不破坏钢板韧性的情况下提高其强度,而且在同一强度下,则可实现低合金化高强度钢的生产技术。

作为控轧控冷技术的重要组成部分———快速冷却技术发展到现在,其实质是通过控制轧件的轧制温度、轧后冷却速率、轧件开冷温度和终冷温度来控制钢材的高温奥氏体组织形态以及组织形态演变过程,最终控制钢材的组织类型、形态及分布,以达到提高钢材组织和力学性能的目的。

2.3.2直接淬火技术

淬火技术从20世纪50年代以来,美国及日本钢铁公司采用加压淬火装置相继开发出600～1000MPa级的再加热淬火回火钢板,成为

生产调质型高强度的主要工艺。70年代末,人们尝试以再加热淬火的实用材料为基础,利用较为经济的直接淬火及回火工艺来开发生产高强度钢。直接淬火是钢板经精轧后进行相应地在线热处理,相对再加热淬火工艺,其特点为:①钢板经精轧后直接进入在线热处理设备,省去了再加热过程,使工序简化、生产流程紧凑、经济性好;②淬透性好,减少了合金元素的含量,同时可降低碳含量,钢材焊接性能好。

2.3.3国内发展应用情况

X65级管线钢的研制生产,并于1985年在鞍山钢铁公司(以下简称鞍钢)半连轧厂建成国内第一套水幕冷却装置。90年代,重庆钢铁公司(以下简称重钢)五厂的中厚板生产线上采用了可控水幕冷却装置。武汉钢铁公司(以下简称武钢)1700mm生产线(从日本引进)以及上海宝山钢铁公司(以下简称宝钢)2050mm(从德国引进)、1580mm(从日本引进)轧制生产线上都采用了U型管层流设备。随着国内对控制冷却技术认识的不断深入,在冷却设备、冷却方式等控制冷却技术方面取得了很大的进展。近年来,国内新上的板带材生产线如鞍钢2500mm、首都钢铁公司(以下简称首钢)中板厂等均配备了加速冷却设备。图1为国内开发的典型板带材控制冷却设备。