國(guó)內(nèi)H型鋼控軋控冷現(xiàn)狀與發(fā)展

1、國(guó)內(nèi) H 型鋼控軋控冷現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要：簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi) H 型鋼生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及其控軋控冷的現(xiàn)狀，分析了對(duì) H 型鋼生產(chǎn)實(shí)行控軋控冷的可行性。關(guān)健詞： H 型鋼，控軋，控冷1 前言H 型鋼作為一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材問世已有幾十年，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高層建筑、橋梁、車輛、碼頭、 電力、制造業(yè)等領(lǐng)域。與世界發(fā)展水平相比，我國(guó)H 型鋼生產(chǎn)起步較晚，從 1998 年馬鞍山鋼鐵公司引進(jìn)德國(guó)工藝技術(shù)與設(shè)備的大 H 型鋼生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過十多年時(shí)間的發(fā)展，已先后培育出馬鋼， 萊鋼、津西、日照、長(zhǎng)治等 H型鋼主流生產(chǎn)企業(yè)，加快了我國(guó) H型鋼生產(chǎn)的發(fā)展，為推動(dòng)我國(guó)鋼鐵工 業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和鋼材品種優(yōu)化做出了重要貢獻(xiàn)。隨著H型的

2、廣泛應(yīng)用，對(duì) H型鋼的力學(xué)性能要求也越來(lái)越高，從而引發(fā)了對(duì)H型鋼控制軋制、控制冷卻技術(shù)的研究。國(guó)外已有了相關(guān)的研究成果，并運(yùn)用于生產(chǎn)，但技術(shù)仍未成熟。而我國(guó)盡管近幾年 H 型鋼生產(chǎn)水平不斷提高，為研究控軋控冷技術(shù)提供了平臺(tái)，但認(rèn)識(shí)較晚，正處于起步階段，運(yùn) 用控軋控冷技術(shù)改善 H型鋼強(qiáng)度、韌性和焊接等性能的工藝還比較少。本文結(jié)合熱軋工藝特點(diǎn)，分析 了控軋控冷中需要注意的幾個(gè)關(guān)鍵因素。2 國(guó)內(nèi) H 型鋼生產(chǎn)工藝特點(diǎn)我國(guó)熱軋H型鋼工藝布置與產(chǎn)品規(guī)格相關(guān)，可以統(tǒng)分為大型和中小型。大型生產(chǎn)線比較常見是1-3-1串列式軋機(jī)布置和 1 -3串列式軋機(jī)布置，以馬鋼和萊鋼為代表，生產(chǎn)工藝為連鑄坯t加熱爐 -高壓

3、水除鱗-開坯機(jī)可逆軋制-熱鋸切頭 /尾-萬(wàn)能軋機(jī)可逆軋制-熱鋸切頭尾及倍尺分段-冷床 t矯直機(jī)t成排臺(tái)架t冷鋸切定尺t碼垛機(jī)收集t打捆機(jī)包裝t成品入庫(kù)。圖 1 萊鋼熱軋 H 型鋼大型生產(chǎn)線工藝布置簡(jiǎn)圖1步進(jìn)式加熱爐； 2高壓水除磷裝置； 3二輥可逆式開坯機(jī)； 4熱鋸（一）；5萬(wàn)能精軋機(jī)； 6熱鋸（二） ； 7冷床； 8矯直機(jī)； 9成排臺(tái)架； 10冷鋸； 11堆垛臺(tái)架； 12改尺鋸； 13打捆機(jī)； 14成品臺(tái)架中小型生產(chǎn)線則采用粗軋可逆開坯+精軋連軋布置，以津西中小型為代表，生產(chǎn)工藝為連鑄坯T加熱爐T高壓水除鱗T開坯機(jī)可逆軋制T飛剪切頭/尾T多列萬(wàn)能軋機(jī)連續(xù)軋制T冷床T矯直機(jī)T成排臺(tái)架T冷鋸切定

4、尺T檢查臺(tái)架T碼垛機(jī)收集T打捆機(jī)包裝T成品入庫(kù)。圖2津西中小型H型鋼生產(chǎn)線工藝布置簡(jiǎn)圖（單線）1步進(jìn)梁式加熱爐； 2高壓水除磷裝置； 3開坯軋機(jī)； 4飛剪； 5精軋機(jī)組（ 10 架）； 6步進(jìn)齒條式冷床； 7十輥輥式矯直機(jī)； 8成排收集臺(tái)架；9 倍尺固定鋸；10 移動(dòng)鋸；11定尺固定鋸；12-檢查臺(tái)架；13短尺收集臺(tái)架；14 堆垛臺(tái)架（12mx 2） ; 15 堆垛臺(tái)架（18mX1） ； 16打捆機(jī)；17 成品收集臺(tái)架。3 對(duì)控軋可行性分析控制軋制（TMCP技術(shù)的核心是晶粒細(xì)化和細(xì)晶強(qiáng)化，用以提高鋼的強(qiáng)度和韌性的方法。控制軋 制原理是應(yīng)用了奧氏體再結(jié)晶和未再結(jié)晶兩方面理論，控制奧氏體再結(jié)晶的過

5、程，利用固溶強(qiáng)化、沉 淀強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和晶粒細(xì)化機(jī)理，使內(nèi)部晶粒達(dá)到最大細(xì)化改變低溫韌性，增加強(qiáng)度，提高焊接性 能，是將相變與形變結(jié)合起來(lái)一種綜合強(qiáng)化工藝。根據(jù)奧氏體發(fā)生塑性變形的條件控制軋制可分為三 種類型。（ 1）再結(jié)晶型的控制軋制（ 2）未再結(jié)晶型控制軋制（ 3）兩相區(qū)控制軋制。H型鋼控制軋制即對(duì)軋件溫度和變形量進(jìn)行控制，可以參考中板的低溫控軋技術(shù)，但由于H型鋼斷面復(fù)雜，二者存在差異。3.1 控溫軋制按目前 H 型鋼生產(chǎn)技術(shù)水平，控溫軋制有兩種。一種是利用連軋機(jī)軋件溫降很小或升溫的特點(diǎn)， 降低開軋溫度，使終軋溫度與開軋溫度相差不大，主要目的是節(jié)能，即低溫軋制；另一種盧森堡阿爾 貝德Dif

6、ferdange 廠開發(fā)的TM-SC工藝（控軋-局部冷卻工藝），不僅降低開軋溫度，并且將終軋溫 度降至再結(jié)晶溫度以下，除節(jié)能外，還能提高產(chǎn)品的力學(xué)性能。低溫軋制就是將鋼坯加熱到低于常規(guī)加熱溫度，在低于常規(guī)熱軋溫度下進(jìn)行的軋制。該技術(shù)是降 低軋鋼系統(tǒng)工序能耗的重要節(jié)能措施，可減少燃料消耗；另外降低加熱溫度，鋼坯加熱時(shí)奧氏體晶粒 尺寸大大減小了，低溫軋制鋼材的晶粒較細(xì)小，提高了產(chǎn)品力學(xué)性能。從提高性能和減少能耗的的角度來(lái)講，降低開軋溫度對(duì)H型鋼生產(chǎn)有利。但目前大、中小型熱軋H型鋼生產(chǎn)工藝普遍采用半連軋，異型坯和矩形坯需要開坯機(jī)經(jīng)過59道次軋制后送入萬(wàn)能精軋機(jī)。由于開坯機(jī)軋制時(shí)為可逆軋制，雖然塑性變

7、形功會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫管埣郎?，但由于軋件散熱面積大， 可逆軋制時(shí)間長(zhǎng)，散熱較快，軋制過程中隨著溫度的降低，變形抗力和軋制功率增加，若軋制力不能 滿足要求，則對(duì)軋件寬展和延伸影響很大，同時(shí)也增加了下游萬(wàn)能軋機(jī)的負(fù)擔(dān)。因此開坯溫度與普通 熱軋型鋼溫度相同，定在 11001200 C,低溫軋制可行性不大。大型生產(chǎn)線萬(wàn)能軋機(jī)也為可逆軋機(jī)，通常需要57 道往復(fù)軋制。隨著軋件長(zhǎng)度增加，頭尾部溫度下降快，尤其腹板中存在軋輥冷卻水，使得腹板溫度較翼緣溫度低。TM-SC工藝通過在軋機(jī)上安裝水冷裝置，對(duì)翼緣和腹板的過渡區(qū)實(shí)行優(yōu)先局部冷卻，消除溫差，使H型鋼橫截面溫度均勻，為軋后冷卻提供條件。馬鋼大 H 型鋼生產(chǎn)線根

8、據(jù)自身工藝特點(diǎn)，率先在控溫軋制工作方面做了一些研究，通 過實(shí)踐摸索，對(duì)溫度控制掌握了一些規(guī)程，為保證萬(wàn)能軋制順利進(jìn)行，進(jìn)入萬(wàn)能軋機(jī)溫度需要控制在 950 C以上。與大型生產(chǎn)線相比， 中小型生產(chǎn)線對(duì)實(shí)現(xiàn)控溫軋制有優(yōu)越性。 中小型生產(chǎn)線精軋機(jī)組為連軋布置， H型鋼軋制和長(zhǎng)材控溫軋理論相同，90 %以上的塑性變形功都會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫管埣郎?。低溫軋制時(shí)，變形功及形變熱隨變形溫度的降低而增加，軋件的溫升比高溫時(shí)顯著，加之一般精軋時(shí)的軋制速度都 比較高，來(lái)不及散熱，變形熱導(dǎo)致的溫升將更加突岀。故為在H型鋼連軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)控溫軋制提供了條件。3.2 變形量控制H 型鋼軋制變形量控制分為開坯和萬(wàn)能軋制的變形量控制

9、。萬(wàn)能軋制變形量控制又包括腹板和翼 緣的變形量控制。開坯軋制與萬(wàn)能軋制變形量分配，從性能方面考慮希望萬(wàn)能軋制變形量增加，但為了保證開坯機(jī) 能軋出合格的萬(wàn)能軋制坯料，又必須保證開坯機(jī)有一定的變形量。所以在保證萬(wàn)能軋制的總變形量達(dá) 到 60%以上的前提下，綜合考慮二輥軋制的變形規(guī)律、待溫時(shí)間和萬(wàn)能軋機(jī)的連軋次數(shù)等因素來(lái)分配 萬(wàn)能軋機(jī)和開坯軋機(jī)的變形量。萬(wàn)能軋制各道次的變形量分配主要考慮溫度逐步降低以及道次變形量逐步減少，確定萬(wàn)能軋制各 道次的變形量分配原則是保證單道次壓下率不小于10%。其次， H 型鋼萬(wàn)能軋制過程中，軋件翼緣和腹板的壓下量不同，其變形過程不像板帶一樣采用單 一的壓下量，軋制時(shí)內(nèi)部

10、金屬?gòu)囊砭壛飨蚋拱?。壓下量大的部位受到壓下量小的部位牽制，若腹板?下量過大，則易出現(xiàn)腹板波紋質(zhì)量缺陷，若翼緣壓下量過大，則會(huì)出現(xiàn)軋卡事故。從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況來(lái) 看，翼緣相對(duì)壓下率約為腹板相對(duì)壓下率的1.021.04倍較合適。關(guān)于對(duì)變形量的控制，結(jié)果并不是唯一的，是否合理與溫度、軋制力等條件有關(guān)，也與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn) 經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。4 軋后控冷現(xiàn)狀軋后控冷是繼控制軋制后進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能的一項(xiàng)技術(shù)，與棒線材控制冷卻原理相同，對(duì)軋后 的 H 型鋼進(jìn)行快速冷卻使表面生成馬氏體組織，在軋件中心冷卻之前停止冷卻，表面馬氏體組織利用 中心余熱進(jìn)行自回火。由于 H 型鋼斷面復(fù)雜，冷卻工藝要求很高，需要保證終軋斷面溫度均勻

11、并且冷 卻過程中冷卻均勻。H型鋼萬(wàn)能精軋機(jī)終軋后軋件溫度在850900 C,若生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)量，加快生產(chǎn)節(jié)奏，則終軋溫度更高， 現(xiàn)場(chǎng)通常采用空冷， 由于無(wú)法快速冷卻， 殘余應(yīng)力得不到消除， 上冷床后會(huì)出現(xiàn)腹板波紋、 翼緣波紋、腹板偏心等缺陷，軋件的力學(xué)性能也偏低。且軋件下冷床后溫度高于100 C,不能滿足矯直工藝要求，即使高溫矯直后，軋件在冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)使軋件重新發(fā)生彎曲。為了降低軋 件溫度，有些生產(chǎn)線在初建時(shí)考慮了冷卻設(shè)施，如水冷和風(fēng)冷，但實(shí)踐證明這兩種方法得不到預(yù)期效 果。目前國(guó)內(nèi)廠家已通過自主創(chuàng)新，不斷摸索研究和實(shí)踐，取得了一定成效 。萊鋼中型廠H型鋼生產(chǎn)線通過在成品孔型后設(shè)置

12、在線控制冷卻裝置，對(duì)成品孔型軋岀的軋件立即 進(jìn)行控制冷卻。該裝置分為擺動(dòng)輥道和輸出輥道，在 H 型鋼腹板上下以及翼緣兩邊設(shè)立噴嘴，由高壓 水箱和高壓風(fēng)機(jī)將冷卻水打散成水霧噴射到軋件上，加快冷卻效果，冷速最大可達(dá)100C /s，使軋件在精軋機(jī)后短時(shí)間內(nèi)大幅度降溫， 降低了上冷床溫度， 提高了冷床的生產(chǎn)能力， 并且提高了產(chǎn)品性能。日照 H 型鋼廠在冷床下采用噴霧冷卻設(shè)施，達(dá)到了生產(chǎn)效果。該噴嘴通過氣腔和水腔將水氣輸送 到水氣混合腔后由頂針向外散開成水霧均勻噴射在軋件上，軋件冷卻時(shí)間短，能保證所有規(guī)格下冷床 溫度下降到100 C,徹底解決冷床冷卻能力不足的問題。與國(guó)外技術(shù)相比，我國(guó)研究和實(shí)踐已顯落后

13、。國(guó)外已岀現(xiàn)軋后超快速冷卻技術(shù)，得到均勻的鐵素 體+珠光體組織，且晶粒較細(xì)，提高了產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度。5 結(jié)語(yǔ)目前國(guó)內(nèi)外H型鋼控軋控冷技術(shù)還沒有趨于成熟，但控軋控冷已成為國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的發(fā)展方向。我國(guó) H 型鋼生產(chǎn)已初具規(guī)模，現(xiàn)已有條件加快步伐開展這方面的研究。（1 ）發(fā)展近終形坯短流程技術(shù)，簡(jiǎn)稱CBP 技術(shù)。該技術(shù)以近終形連鑄坯為原料，用一架軋邊機(jī)代替原來(lái)的開坯機(jī)，軋制得到萬(wàn)能軋機(jī)需要的斷面尺寸。通過這種途徑可以降低軋制溫度，實(shí)現(xiàn)溫控 軋制。2）在軋線設(shè)立保溫罩，降低開坯溫度，對(duì)軋件溫度實(shí)行控制，研究低溫軋制的可行性(3)嘗試開發(fā)萬(wàn)能軋機(jī)機(jī)架間冷卻裝置，對(duì)翼緣中心表面及R 角冷卻，使軋件溫度均勻。(4)加強(qiáng)對(duì)精軋后冷卻技術(shù)的理論研究，在短時(shí)間降溫阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，使晶粒細(xì)化，均 勻提高產(chǎn)品強(qiáng)度，對(duì)內(nèi)部組織和力學(xué)性能實(shí)行控制。參考文獻(xiàn) :and1 CUI jian,YANG Wen-yuan.Slag Splashing Process for 300t BOF at BaosteelJ.IronSteel,1998,33(10):15182 錢健清，吳結(jié)才.控軋技術(shù)在H型鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用.鋼鐵，2003 , 38 ( 3): 212