低碳鋼低溫軋制工藝實驗研究

魏 兵，韓 斌，楊 奕，譚 文，汪水澤，劉 洋

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北 武漢，430080）

據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國冶金產(chǎn)品的成本構成中，能源費用占產(chǎn)品成本構成的32%［1］?，F(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)，從連鑄到精軋成品過程中，大部分能量消耗在鋼坯再加熱過程中，即加熱能耗占工序總能耗的70%～80%（冷坯加熱），而用于軋制的能耗僅占20%～30%。

傳統(tǒng)的熱軋生產(chǎn)工藝是將鋼坯加熱到Ac3線以上的奧氏體區(qū)，然后在高溫奧氏體再結晶區(qū)進行軋制，板坯加熱溫度一般為1250℃，終軋溫度在Ac3以上，這是占主導地位的常規(guī)熱軋生產(chǎn)工藝［2］。本文所采用的熱軋低溫軋制技術有別于傳統(tǒng)的熱軋生產(chǎn)工藝，其板坯加熱溫度低于傳統(tǒng)熱軋生產(chǎn)工藝的加熱溫度，目的是為了大幅度降低坯料加熱所消耗的燃料，是一種節(jié)能型的軋制技術。通過降低加熱溫度，金屬的燒損也明顯減少［3－4］。在保證熱軋帶鋼力學性能的前提下，適當降低精軋開軋溫度，可明顯減緩精軋區(qū)氧化鐵皮的形成，從而獲得表面質量良好的熱軋帶鋼［5］。因此，低溫軋制技術是一項既可降低生產(chǎn)成本又可提高熱軋帶鋼產(chǎn)品質量的生產(chǎn)工藝技術，但也存在如下缺點［6］：①加大了軋材的變形抗力，從而增大了軋制力和軋制功率；②降低了軋材塑性，對軋制設備提出了更高的要求；③有時需降低道次壓下量，增加軋制道次。本文開展低碳鋼的低溫軋制試驗，并采用力學模型對某鋼廠熱連軋軋機能力進行校核，以期為熱連軋產(chǎn)線的低溫軋制工藝提供參考。

1 低溫軋制試驗

1.1 試驗材料

試驗用鋼取自真空爐冶煉的低碳鋼，其化學成分如表1所示。試樣鋼尺寸為150mm×120 mm×38mm的試樣。

表1 實驗鋼種化學成分（wB／%）Table1 Chemical compositions of steel

1.2 實驗工藝

試樣鋼經(jīng)中試加熱爐分別加熱至1200、1170、1150℃（相應編為1＃、2＃、3＃試樣），加熱時間120min，在直徑為800mm的二輥實驗軋機上軋制7道次，模擬精軋，終軋溫度為860℃，軋制完后經(jīng)層流冷卻至650℃。軋制工藝如圖1所示。

圖1 低碳鋼軋制工藝示意圖Fig.1 Rolling technology of low carbon steel

將軋后低碳鋼分別取樣，制作標準拉伸試樣和金相試樣，其中拉伸試樣的標距為15mm，依據(jù)GB／T228.1—2010測定其力學性能；金相試樣經(jīng)粗磨、精磨及拋光，用4%的硝酸酒精腐蝕，在光學顯微鏡下觀察其金相組織。

2 實驗結果

2.1 微觀組織

圖2所示為試樣在不同溫度下軋制后的微觀組織照片。由圖2中可知，1＃、2＃、3＃試樣的微觀組織都是較細小的等軸鐵素體＋極少量珠光體（F＋P），晶粒的平均直徑分別為12.1、11.5、10.8 μm，這主要是因為加熱溫度下降，使低碳鋼較小的原始晶粒度在軋制中遺傳的結果。因此，在終軋溫度860℃不變的條件下，開軋溫度的降低（從1200℃降至1150℃）對低碳鋼的微觀組織沒有明顯的影響，但是鐵素體晶粒的直徑減小了1.3 μm。

2.2 力學性能

1＃、2＃、3＃試樣低溫軋制后的力學性能如表2所示。從表2中可知，加熱溫度從1200℃降至1150℃，軋后試樣的屈服強度提高了9MPa，抗拉強度提高了6MPa，延伸率下降了1.5個百分點，但力學性能仍滿足JIS G 3131—2010標準的要求（Rm≥270MPa，A50≥31%）。試樣力學性能的變化主要是由于晶粒的直徑減小引起的。

3 軋機能力校核

在工業(yè)生產(chǎn)中應用低溫軋制工藝技術，首先須考慮低溫軋制條件下軋制設備的安全性，因此須結合現(xiàn)場軋制工藝來校核軋機的能力。選取加熱溫度為1170℃，采用表3所示的低溫軋制工藝參數(shù)進行軋制，并利用采里科夫公式對低碳鋼軋制時軋機能力進行模擬計算。

粗軋、精軋各道次所需軋制力和軋制功率計算結果如圖3所示。從圖3中可以看出，低碳鋼的RT2溫度從1065℃降至1030℃時，精軋的軋制力變化較小，精軋軋制功率增加了300～1200 kW，但是距額定功率還有較大的空間，表明加熱溫度還可以繼續(xù)下降。通過進一步的計算可知，在保證終軋溫度的前提下，對應RT2溫度降低30℃，軋制速率需提高1.0～2.0m／s，相對應的F3、F4機架的功率將達到7000～8000kW。因此，針對低碳鋼，RT2溫度繼續(xù)降至1020℃時，設備能力仍可滿足低溫軋制的要求。

表2 低溫軋制后低碳鋼的力學性能Table2 Properties of low carbon steel at low temperature rolling

表3 軋制工藝參數(shù)Table3 Rolling process parameters

圖3 粗軋機、精軋機能力校核Fig.3 Checking of roughing and finishing roll

4 結論

（1）在保證終軋溫度不變的前提下，加熱溫度從1200℃降至1150℃，低碳鋼的微觀組織都是鐵素體和珠光體，鐵素體的晶粒直徑減小了1.3 μm；試樣的屈服強度提高了9MPa，抗拉強度提高了6MPa，延伸率下降了1.5個百分點，材料力學性能滿足標準的要求。

（2）利用力能參數(shù)模型進行低溫軋制時軋機能力校核計算，對于低碳鋼，加熱溫度從1230℃降至1170℃，粗軋機、精軋機能夠滿足低溫軋制的要求。

［1］中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會.中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展報告［R］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012：215－233.

［2］徐光，張丕軍.金屬低溫變形理論與技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：1－40.

［3］李小玉.低溫軋制技術及應用［J］.軋鋼，1998，6（S）：13－18.

［4］王捷.低溫軋制技術與節(jié)能［J］.中國冶金，1997（6）：18－23.

［5］黃傳清，陳建榮，黃夏蘭，等.寶鋼2050mm熱連軋低溫軋制技術應用簡析［J］.寶鋼技術，1999（1）：13－21.

［6］完衛(wèi)國，李祥才.棒線材低溫軋制技術發(fā)展［J］.中國冶金，2005（1）：11－16.