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运用控轧控冷工艺提高钢板力学性能
高德红
　　摘要：结合马钢中板生产实际，对控轧控冷工艺中快速轧制，快速冷却，大压下量开坯，大压下率终轧及碳当量对温度控制的影响等主要方面进行了探讨，并得出适当的工艺参数，从而大大提高了钢板力学性能合格率。
　　关键词：中板；控轧控冷；力学性能
Improving the mechanical properties of plate by controlled rolling and controlled cooling

GAO De-hong
(Plate Plant,Maanshan Iron & Steel(Group)Co.,Maanshan 243011,China)
　　Abstract:Combining with practical plate production,the main aspect of controlled rolling and controlled cooling tech～nique,such as quickrolling and cooling,great amount of draught of roughing and finishing rolling,the influence of carbon equivalent on temperature control,etc.,are discussed,and the proper parameters are obtained.So,the percent of pass of plate mechanical properties is enhanced.
　　Key words:plate;controlled rolling and controlled cooling;mechanical properties
1 前言
　　钢材市场竞争日益激烈，需不断提高产品的实物质量，而控轧控冷是提高轧材质量的有效手段。控轧控冷工艺可概述为：快速轧制，快速冷却，大压下量开坯，大压下率终轧，分品种规格，按碳当量调节控轧控冷的温度。本文利用马钢中板厂现有的设备条件做了大量试验，研究出一套适于同类机组且行之有效的控轧控冷工艺，使产品性能的合格率得到了较大提高。现就中板轧制控轧控冷工艺中的几个方面进行探讨。
2 马钢中板厂轧机条件与冷却条件
　　马钢中板厂轧机参数见表1。　
表1　马钢中板厂轧机参数

参数
二辊粗轧机
四辊轧机
轧辊尺寸D×L/mm×mm
Φ980～Φ1100×2350
支撑辊Φ1100～Φ1200×2300
工作辊Φ650～Φ700×2450
轧辊最大开口度/mm
400
60(工作辊)
压
下
电
机
型号
ZZJ-812P
ZZJ-82
功率/kW
90
116
转速/r.min-1
660
460
主
传
电
机
型号
ZD250/120
ZDZSO/83
功率/kW
2500×2
2050×2
转速/r.min-1
0～40～80
0～60～120
最大扭矩/kN.m
1200.0
813.4

　　轧机冷却条件：喷淋式冷却，喷嘴布置形式为每排5个，共10排，冷却面积为11m×2m，冷却水压在0.2～0.7MPa，可调，冷却区传送钢板的辊道辊面线速度为1.86m/s。
3 快速轧制，快速冷却
　　控轧之所以强调快速轧制，是为了避免轧件奥氏体晶粒回复长大。快速冷却时的冷却速度，要保证钢板内外层冷却均匀，不产生马氏体〔1〕。在保证终冷温度的前提下，应尽量加大冷却速度，按现场测试，冷却速度应控制在10℃/s左右。
　　冷却速度越快，在其它条件基本不变的情况下，钢板强度明显提高，见表2。实质上冷却速度对钢板性能的影响是通过对晶粒度和夹杂物（碳、氮、硫化物等）存在的形式及分布特征的影响来起作用的。低碳低合金钢冷却第1阶段先从奥氏体析出铁素体，然后形成珠光体。冷却速度快，过冷度大，则铁素体晶粒多而细，珠光体也越细越分散；若冷却速度过快，甚至会形成不稳定的贝氏体组织。反之，若冷却速度太慢，则珠光体组织粗大。各种钢的冷却速度应根据其技术要求和奥氏体连续冷却转变曲线来决定。在实际生产中，根据本厂的设备条件和技术要求，摸索出一个比较适合的冷却速度控制范围，见表3。
表2　冷却速度对16Mng钢板强度的影响

序号
冷却速度/℃.s-1
化学成分/%
碳当量
s/MPa
b/MPa
C
Mn
Si
S
P
1
6
0.15
0.47
1.47
0.016
0.023
0.518
335
550
2
10
0.15
0.43
1.49
0.021
0.025
0.520
420
590
3
12
0.15
0.48
1.51
0.012
0.023
0.523
435
610

表3　冷却参数控制

钢种
冷却速度
/℃.s-1
终轧温度
/℃
终矫温度
/℃
碳结钢、低合金钢
8～12
700～720
600～650
16MnR、ZC
8～12
720～750
650～700
16Mng、20g
6～8
720～750
650～700

4　大压下量开坯，大压下率终轧
　　大压下量开坯，指在二辊粗轧机上尽可能减少多道次小压下量的情况，多用大压下量少道次来轧制，以给奥氏体再结晶提供足够的再结晶驱动力，为下一步控轧创造条件。大压下率终轧，指的是在终轧最后4道次，要求快速连续轧制，以实现累积压下率大于某个经验值，可极大地促进再结晶的完全和铁素体晶粒的均匀性，使强度和韧性均有明显改善〔2〕，以16Mn320锭轧制厚16mm、宽1800mm板为例，见表4。
表4　终轧末4道累积压下率对性能的影响

序号
化学成分/%
碳当量
末4道
累积
压下率
力学性能
C
Si
Mn
S
P
s/MPa
b/MPa
5/%
冷弯
常冲/J.mm-2
-20℃冲击/J
1
0.15
0.34
1.24
0.026
0.018
0.460
24.9
340
505
28
微裂
115
50
2
0.15
0.34
1.24
0.026
0.018
0.460
24.9
330
510
28
好
118
66
3
0.13
0.36
1.38
0.031
0.017
0.475
24.9
345
530
28
好
117
54
4
0.13
0.36
1.38
0.031
0.017
0.475
24.9
340
510
30
微裂
107
39
5
0.18
0.35
1.36
0.026
0.028
0.520
42.0
385
555
24
好
111
64
6
0.15
0.39
1.34
0.018
0.025
0.485
33.3
375
545
30
好
100
68
7
0.15
0.30
1.37
0.016
0.019
0.493
33.3
360
545
30
好
115
53
8
0.15
0.42
1.48
0.015
0.030
0.520
33.3
365
575
30
好
105
45
9
0.18
0.37
1.34
0.010
0.022
0.515
33.3
385
570
30
好
95
40
10
0.16
0.34
1.22
0.026
0.018
0.465
35.0
360
515
29
好
100
47
11
0.14
0.31
1.22
0.034
0.024
0.470
35.0
365
515
26
好
90
43

　　表中所示的化学成分相差不大，均符合内控标准，但由于序号1～4末4道累积压下率偏小，其强度指标不符合内控标准，冷弯也不合格，而其余的均合格。根据试验结果，可得出：碳素钢板末4道累积压下率为28%～35%,专用板末4道累积压下率为33%～38%。现推荐四辊轧机压下规程，见表5,此规程考虑了末4道累积压下率的要求。
表5　四辊轧机压下规程

40→10
40→12
50→14
50→16
50→18
50→20
序号
辊缝
/mm
序号
辊逢
/mm
序号
辊缝
/mm
序号
夏季辊缝
/mm
非夏季辊缝
/mm
序号
辊缝
/mm
备注
序号
辊缝
/mm
备注
1
29.0
1
30.0
1
41.0
1
41.0
41.0
1
42.0

1
42.0

2
24.0
2
25.0
2
35.5
2
36.0
34.0
2
36.0

2
36.0

3
19.5
3
21.0
3
31.0
3
36.0
28.0
3
36.0
夏季加用
3
36.0
夏季加用4
4
15.5
4
18.0
4
27.5
4
31.0
24.0
4
31.0
夏季加用
4
31.0
夏季加用
5
12.5
5
15.0
5
24.0
5
27.0
21.0
5
31.0

5
31.0

6
11.0
6
13.0
6
21.0
6
24.0
18.4
6
27.0

6
28.3

7
10.0
7
12.0
7
18.5
7
21.0
16.4
7
23.0

7
25.4

8
9.6
8
11.6
8
16.5
8
18.4
15.5
8
20.5

8
22.5

9
14.8
9
16.4

9
18.5

9
20.6

10
13.8
10
15.5

10
17.5

10
19.5

说明：（1）最后2道次压下量视具体钢温及压下负偏差控制水平来调整。
　　　（2）最后4道次累积压下率不得加大或减小。
5　按碳当量调节控轧控冷的温度
　　根据试验统计数据的结果，不同钢种的终轧温度控制范围。对应于相应的碳当量范围，见表6。
表6　根据碳当量进行控轧控冷

钢种
Q235
16Mn
16MnR
16Mng
20g
ZC
终轧温度/℃
860～900
840～860
840～860
860～880
860～880
860～900
终冷温度/℃
700～720
700～720
720～750
720～750
720～750
720～750
碳当量
0.200～0.290
0.475～0.520
0.465～0.490
0.500～0.550
0.223～0.280
0.465～0.504

　　碳是钢中不可缺少的强化元素，每增加0.1%C,s、b可分别提高28MPa和70MPa〔3〕，但对钢的韧性、塑性和焊接性能均不利。锰在低碳钢中对提高韧性是有利的，因为（1）锰降低了-的转变强度，增加了相变时的形核率，细化了铁素体和珠光体晶粒；（2）锰能扩大区（每增加1%Mn,Ar3点大约降低70℃，Ar1点降低50℃），使钢的热塑性加工温度范围扩大，有利于控制工艺的实施（增加低温区累积变形量和降低终轧温度，使铁素体晶粒进一步细化）；（3）在碳当量Ceq=%C+%Mn/4为常数时，增加Mn/C比，不仅能提高钢板韧性，而且能保证所需的强度。
　　碳当量对性能影响的基本规律是：随着碳当量的增加，强度增大，韧性减小。以20g为例，料形320锭轧厚18mm、宽1800mm板，其性能指标如表7。
表7　20g钢碳当量对钢板性能的影响

序号
化学成分/%
碳当量
力学性能
C
Si
Mn
S
P
s/MPa
b/MPa
5/%
冷弯(d=3a)
常冲/J
时冲/J1
1
0.10
0.20
0.49
0.034
0.014
0.223
275
400
27
好
78
68
2
0.16
0.21
0.44
0.029
0.016
0.270
280
440
30
好
48
38
3
0.16
0.21
0.44
0.029
0.016
0.270
290
445
29
好
49
37
4
0.18
0.23
0.52
0.031
0.016
0.305
295
460
28
好
47
33
5
0.18
0.23
0.52
0.031
0.016
0.305
295
465
25
好
41
30
6
0.18
0.23
0.52
0.031
0.016
0.305
290
465
26
好
40
29
7
0.18
0.23
0.52
0.031
0.016
0.305
290
460
26
好
46
31

　　当碳当量低于下限0.04时，将钢温降低10～30℃，同时将冷却温度向下移20℃。当碳当量高于上限0.04时，将钢温升高10～40℃，同时将终冷温度向上移10～30℃。
6　几个特殊问题的解决方法q

　　（1）高温季节的生产对策
　　夏季由于气温较高，钢板冷却速度慢，对于厚规格钢板，要想达到要求的终轧温度比较困难为此，采取了在四辊开始4道次平整和慢速轧制的方法来降低钢温，配合措施是加大四辊轧机轧辊和钢板上下表面冷却水量，这虽给奥氏体晶粒以回复长大的机会，但是，在后几道可进行弥补，即对最后4道次给予大的压下率，采取快速连续的轧制方法，实现累积压下的效果，得到的性能指标仍比较理想，基本上达到或超过内控标准。
　　（2）加热控制
　　为了实现快速轧制的要求，对于300锭、320锭，将加热炉的出钢温度控制在下限，一般为1230～1250℃，保证加热时间，加热速度一般为8min/cm。这样既可保证钢烧透，温度又不高，利于控制轧制中的温度，同时也使原始奥氏体晶粒不致过大，为下一步晶粒细化创造条件。
　　（3）冷却控制
　　运用堆垛缓冷来提高20g板的力学性能，表7中序号2,3进行了堆垛缓冷，无论强度、韧性指标均较好，超过了内控标准，且富余量大。由此可见，堆垛缓冷是提高锅炉板力学性能的有效方法之一。其理论依据是，钢经热变形后，内部组织存在位错等缺陷和残余应力，在堆垛缓冷过程中可以得到回复和松弛，同时还可以为氮和碳原子从固溶体中脱溶，形成各自的氮化物和碳化物，为时效提供条件。
7　结语
　　钢板的性能控制是需多个环节同时控制的工艺过程，加热需提供良好的组织晶粒状态；在轧制过程中，从奥氏体再结晶的动力原理出发，粗轧以大压下量，促进奥氏体再结晶，并在四辊再结晶完成的温控范围内给予连续的累积压下过程，以保证再结晶的完全和铁素体晶粒的细化，最后以适当的冷却速度来得到需要的细小而均匀的珠光体组织。当然，对于锅炉板，由于有时效性能的要求，如能再加上堆垛缓冷等技术来消除内部缺陷，将会进一步提高钢板的性能质量。
作者简介：高德红（1966～），男（汉族）安徽人，工程师，车间副主任。
作者单位:马鞍山钢铁股份有限公司中板厂，安徽 马鞍山 243011
参考文献
　　〔1〕李世俊．轧钢技术国内外情况〔M〕．北京：冶金工业出版社，1990.
　　〔2〕宋维锡．金属学〔M〕．北京：冶金工业出版社，1980．
　　〔3〕贺毓辛．现代轧制理论〔M〕．
北京：冶金工业出版社，1993.