国内H型钢控轧控冷现状与发展

国内H型钢控轧控冷现

状与发展

集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]

国内H型钢控轧控冷现状与发展

摘要：简要介绍了国内H型钢生产工艺特点及其控轧控冷的现状，分析了对H型钢生产实行控轧控冷的可行性。

关健词：H型钢，控轧，控冷

1 前言

H型钢作为一种经济断面钢材问世已有几十年，现已广泛应用于高层建筑、桥梁、车辆、码头、电力、制造业等领域。与世界发展水平相比，我国H型钢生产起步较晚，从1998年马鞍山钢铁公司引进德国工艺技术与设备的大H型钢生产线投产以来，经过十多年时间的发展，已先后培育出马钢，莱钢、津西、日照、长治等H型钢主流生产企业，加快了我国H型钢生产的发展，为推动我国钢铁工业结构调整和钢材品种优化做出了重要贡献。

随着H型的广泛应用，对H型钢的力学性能要求也越来越高，从而引发了对H型钢控制轧制、控制冷却技术的研究。国外已有了相关的研究成果，并运用于生产，但技术仍未成熟①。而我国尽管近几年H型钢生产水平不断提高，为研究控轧控冷技术提供了平台，但认识较晚，正处于起步阶段，运用控轧控冷技术改善H型钢强度、韧性和焊接等性能的工艺还比较少。本文结合热轧工艺特点，分析了控轧控冷中需要注意的几个关键因素。

2 国内H型钢生产工艺特点

我国热轧H型钢工艺布置与产品规格相关，可以统分为大型和中小型。大型生产线比较常见是1－3－1串列式轧机布置和1－3串列式轧机布置，以马钢和莱钢为代表，生产工艺为连铸坯→加热炉→高压水除鳞→开坯机可逆轧制→热锯切头/尾→万能轧机可逆轧制→热锯切头尾及倍尺分段→冷床→矫直机→成排台架→冷锯切定尺→码垛机收集→打捆机包装→成品入库。

图1 莱钢热轧H型钢大型生产线工艺布置简图

1－步进式加热炉；2－高压水除磷装置；3－二辊可逆式开坯机；4－热锯(一)；5－万能精轧机；6－热锯(二)；7－冷床；8－矫直机；9－成排台架；10－冷锯；11－堆垛台架；12－改尺锯；13－打捆机；14－成品台架

中小型生产线则采用粗轧可逆开坯+精轧连轧布置，以津西中小型为代表，生产工艺为连铸坯→加热炉→高压水除鳞→开坯机可逆轧制→飞剪切头/尾→多列万能轧机连续轧制→冷床→矫直机→成排台架→冷锯切定尺→检查台架→码垛机收集→打捆机包装→成品入库。

图2 津西中小型H型钢生产线工艺布置简图（单线）

1－步进梁式加热炉；2－高压水除磷装置；3－开坯轧机；4－飞剪；5－精轧机组（10架）；6－步进齿条式冷床；7－十辊辊式矫直机；8－成排收集台架；9－倍尺固定锯；10－移动锯；11－定尺固定锯；12－检查台架；13－短尺收集台架；14－堆垛台架(12m×

2)；15－堆垛台架(18m×1)；16－打捆机；17－成品收集台架。

3 对控轧可行性分析

控制轧制（TMCP）技术的核心是晶粒细化和细晶强化，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧制原理是应用了奥氏体再结晶和未再结晶两方面理论，控制奥氏体再结晶的过程，利用固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化机理，使内部晶粒达到最大细化改变低温韧性，增加强度，提高焊接性能，是将相变与形变结合起来一种综合强化工艺。根据奥氏体发生塑性变形的条件控制轧制可分为三种类型。（1）再结晶型的控制轧制（2）未再结晶型控制轧制（3）两相区控制轧制。

H型钢控制轧制即对轧件温度和变形量进行控制，可以参考中板的低温控轧技术，但由于H型钢断面复杂，二者存在差异。

3.1控温轧制

按目前H型钢生产技术水平，控温轧制有两种。一种是利用连轧机轧件温降很小或升温的特点，降低开轧温度，使终轧温度与开轧温度相差不大，主要目的是节能，即低温轧制；另一种卢森堡阿尔贝德Differdange厂开发的TM-SC工艺（控轧-局部冷却工艺），不仅降低开轧温度，并且将终轧温度降至再结晶温度以下，除节能外，还能提高产品的力学性能。

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。该技术是降低轧钢系统工序能耗的重要节能措施，可减少燃料消耗；另外降低加热温度，钢坯加热时奥氏体晶粒尺寸大大减小了，低温轧制钢材的晶粒较细小，提高了产品力学性能。

从提高性能和减少能耗的的角度来讲，降低开轧温度对H型钢生产有利。但目前大、中小型热轧H型钢生产工艺普遍采用半连轧，异型坯和矩形坯需要开坯机经过5～9道次轧制后送入万能精轧机。由于开坯机轧制时为可逆轧制，虽然塑性变形功会转变为热而使轧件升温，但由于轧件散热面积大，可逆轧制时间长，散热较快，轧制过程中随着温度的降低，变形抗力和轧制功率增加，若轧制力不能满足要求，则对轧件宽展和延伸影响很大，同时也增加了下游万能轧机的负担。因此开坯温度与普通热轧型钢温度相同，定在1100～1200℃，低温轧制可行性不大。

大型生产线万能轧机也为可逆轧机，通常需要5～7道往复轧制。随着轧件长度增加，头尾部温度下降快，尤其腹板中存在轧辊冷却水，使得腹板温度较翼缘温度低。TM-SC工艺通过在轧机上安装水冷装置，对翼缘和腹板的过渡区实行优先局部冷却，消除温差，使H型钢横截面温度均匀，为轧后冷却提供条件。马钢大H型钢生产线根据自身工艺特点，率先在控温轧制工作方面做了一些研究，通过实践摸

索，对温度控制掌握了一些规程，为保证万能轧制顺利进行，进入万能轧机温度需要控制在950℃以上②。

与大型生产线相比，中小型生产线对实现控温轧制有优越性。中小型生产线精轧机组为连轧布置，H型钢轧制和长材控温轧理论相同，90﹪以上的塑性变形功都会转变为热而使轧件升温。低温轧制时，变形功及形变热随变形温度的降低而增加，轧件的温升比高温时显着，加之一般精轧时的轧制速度都比较高，来不及散热，变形热导致的温升将更加突出。故为在H型钢连轧机上实现控温轧制提供了条件。

3.2变形量控制

H型钢轧制变形量控制分为开坯和万能轧制的变形量控制。万能轧制变形量控制又包括腹板和翼缘的变形量控制。

开坯轧制与万能轧制变形量分配，从性能方面考虑希望万能轧制变形量增加，但为了保证开坯机能轧出合格的万能轧制坯料，又必须保证开坯机有一定的变形量。所以在保证万能轧制的总变形量达到60%以上的前提下，综合考虑二辊轧制的变形规律、待温时间和万能轧机的连轧次数等因素来分配万能轧机和开坯轧机的变形量。

万能轧制各道次的变形量分配主要考虑温度逐步降低以及道次变形量逐步减少，确定万能轧制各道次的变形量分配原则是保证单道次压下率不小于10%。

其次，H型钢万能轧制过程中，轧件翼缘和腹板的压下量不同，其变形过程不像板带一样采用单一的压下量，轧制时内部金属从翼缘流向腹板。压下量大的部位受到压下量小的部位牵制，若腹板压下量过大，则易出现腹板波纹质量缺陷，若翼缘压下量过大，则会出现轧卡事故。从现场生产情况来看，翼缘相对压下率约为腹板相对压下率的1.02～1.04倍较合适。

关于对变形量的控制，结果并不是唯一的，是否合理与温度、轧制力等条件有关，也与现场生产经验有关。

4 轧后控冷现状

轧后控冷是继控制轧制后进一步提高产品性能的一项技术，与棒线材控制冷却原理相同，对轧后的H型钢进行快速冷却使表面生成马氏体组织，在轧件中心冷却之前停止冷却，表面马氏体组织利用中心余热进行自回火。由于H型钢断面复杂，冷却工艺要求很高，需要保证终轧断面温度均匀并且冷却过程中冷却均匀。

H型钢万能精轧机终轧后轧件温度在850～900℃，若生产厂家提高产量，加快生产节奏，则终轧温度更高，现场通常采用空冷，由于无法快速冷却，残余应力得不到消除，上冷床后会出现腹板波纹、翼缘波纹、腹板偏心等缺陷，轧件的力学性能也偏低。且轧件下冷床后温度高于100℃，不能满足矫直工艺要求，即使高温矫直后，轧件在冷却过程中产生的内应力会使轧件重新发生弯曲。为了降低轧件温度，有些生产线在初建时考虑了冷却设施，如水冷和风冷，但实践证明这两种方法得不到预期效果。目前国内厂家已通过自主创新，不断摸索研究和实践，取得了一定成效③④。

莱钢中型厂H型钢生产线通过在成品孔型后设置在线控制冷却装置，对成品孔型轧出的轧件立即进行控制冷却。该装置分为摆动辊道和输出辊道，在H型钢腹板上下以及翼缘两边设立喷嘴，由高压水箱和高压风机将冷却水打散成水雾喷射到轧