梅鋼1 780 mm熱軋低溫軋制工藝探討

王寧寧

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，江蘇 南京210039）

1 前言

軋后冷卻是熱軋帶鋼生產(chǎn)的重要工藝手段，通過(guò)提高軋后冷卻速度，可以抑制熱軋后變形奧氏體的再結(jié)晶，防止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，從而在后續(xù)的相變過(guò)程中細(xì)化鐵素體晶粒，低成本實(shí)現(xiàn)材料的細(xì)晶強(qiáng)化?？焖倮鋮s是新一代TMCP（控制軋制與控制）的代表性技術(shù)，利用快冷可以抑制C、N化物的析出，使其在較低溫度下在鐵素體相變中或鐵素體區(qū)析出，從而細(xì)化析出粒子，增加析出粒子數(shù)量，在同樣的合金含量下，可以低成本提高析出強(qiáng)化效果。對(duì)于相變強(qiáng)化，通過(guò)快速冷卻，可以抑制較高溫度下發(fā)生的相變，促進(jìn)較低溫度下發(fā)生的中溫或低溫相變，低成本地實(shí)現(xiàn)材料的相變強(qiáng)化。在此背景下，快速冷卻技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)充分利用了細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等綜合強(qiáng)化手段，進(jìn)一步挖掘鋼鐵材料潛能，采用節(jié)約型的合金成分設(shè)計(jì)，以較低成本實(shí)現(xiàn)高性能鋼鐵材料的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)［1-3］。隨著熱軋技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代TMCP技術(shù)也廣泛運(yùn)用到熱連軋實(shí)際中。梅鋼熱軋自2012年1 780產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)以來(lái)，不斷研究與運(yùn)用TMCP技術(shù)，主要是針對(duì)一些合金鋼如汽車(chē)結(jié)構(gòu)鋼等，采用低溫終軋和低溫卷取工藝，通過(guò)細(xì)化晶粒提高帶鋼力學(xué)性能。國(guó)內(nèi)在低溫終軋和低溫卷取工藝方面也進(jìn)行了大量的研究［4］，除了帶來(lái)明顯的合金減量化、性能提升以外，還面臨著一些軋制負(fù)荷偏大、板形不良、軋制穩(wěn)定性差等問(wèn)題。目前，一些同類(lèi)熱連軋廠基本不采用此類(lèi)工藝生產(chǎn)。本文針對(duì)熱軋采用低溫終軋和低溫卷取工藝后，對(duì)軋制速度、軋制負(fù)荷以及帶鋼板形等方面都存在不同程度的影響進(jìn)行了研究，找出不同工藝條件下熱軋生產(chǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而制定適合熱軋穩(wěn)定生產(chǎn)的工藝制度。

2 不同工藝條件下優(yōu)缺點(diǎn)及影響因素

2.1 化學(xué)成分差異

采用低溫終軋、低溫卷取工藝，以達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度，即采用低合金含量的出鋼記號(hào)配合低溫終軋和低溫卷取工藝，以達(dá)到高一級(jí)別強(qiáng)度性能要求。例如，鋼種QStE420TM采用高溫終軋和高溫卷取工藝時(shí)采用的出鋼記號(hào)為IU5843A1，而采用低溫終軋和低溫卷取工藝時(shí)的出鋼記號(hào)為DT5854A1，兩個(gè)出鋼記號(hào)的成分差異見(jiàn)表1。

表1 QStE420TM出鋼記號(hào)成分對(duì)比%

通過(guò)兩個(gè)化學(xué)成分對(duì)比，兩個(gè)出鋼記號(hào)合金成本相差50元/t左右。

2.2 軋制速度影響

為了達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化作用，降低精軋終軋溫度可以起到低溫大壓下的作用，從而提高帶鋼性能。但終軋溫度降低后，在其他條件不變的情況下，精軋軋制速度降低，從而導(dǎo)致精軋純軋時(shí)間的加長(zhǎng)。以3.0 mm×1 250 mm規(guī)格的QStE420TM鋼為例，對(duì)比不同終軋溫度的精軋軋制速度與純軋時(shí)間情況，結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)表2的數(shù)據(jù)可以看出，不同終軋溫度條件下精軋軋制速度不同，造成精軋純軋時(shí)間相差較大。測(cè)算兩個(gè)不同終軋溫度情況下的小時(shí)產(chǎn)量相差9.4%（間隙時(shí)間按40 s測(cè)算），其他條件不變的情況下，低終軋溫度生產(chǎn)的燃耗將比終軋溫度高9.4%，影響成本6.4元/t。

表2 厚規(guī)格不同終軋溫度目標(biāo)值精軋軋制速度對(duì)比

而薄規(guī)格終軋溫度難以達(dá)到，不同的終軋溫度對(duì)精軋軋制速度影響不大，對(duì)精軋純軋時(shí)間也無(wú)影響。以2.0 mm×1 250 mm規(guī)格的QStE420TM鋼為例，對(duì)比不同終軋溫度的精軋軋制速度與純軋時(shí)間情況，結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)表3對(duì)比分析得知，薄規(guī)格由于終軋溫度難以達(dá)到，不同的終軋溫度精軋軋制速度基本相同，精軋純軋時(shí)間相差無(wú)幾，對(duì)熱軋燃耗也基本無(wú)影響。

表3 薄規(guī)格不同終軋溫度目標(biāo)值精軋軋制速度對(duì)比

2.3 軋制負(fù)荷影響

采用低溫終軋工藝后，由于精軋速度降低，精軋純軋時(shí)間加長(zhǎng)，造成精軋中尾部溫降加大，精軋軋制負(fù)荷增加。以3.0 mm×1 250 mm規(guī)格的QStE420TM鋼為例，對(duì)比不同終軋溫度的精軋軋制負(fù)荷情況，結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)表4數(shù)據(jù)分析可以看出，精軋由于純軋時(shí)間加長(zhǎng)，精軋機(jī)耗電增加，測(cè)算低溫終軋較高溫終軋精軋電耗增加5.5（kW·h）/t，增加成本3.8元/t。

表4 不同終軋溫度目標(biāo)值精軋軋制負(fù)荷對(duì)比

2.4 板形影響

目前精軋出口檢測(cè)到的板形和最終板形不同的問(wèn)題較為突出。精軋出后檢測(cè)到板形良好的帶鋼，在下游工序進(jìn)行縱向分條時(shí)，經(jīng)常發(fā)生各分條彎曲變形，給用戶(hù)帶來(lái)較大損失。熱軋帶鋼軋后無(wú)在線(xiàn)板形檢測(cè)手段，也增加了板形控制的難度。浪形缺陷實(shí)際上是帶鋼應(yīng)力分布不均的外在表現(xiàn)形式，通過(guò)分析帶鋼軋制方向的應(yīng)力在帶鋼橫向的分布演變規(guī)律，可將帶鋼軋后浪形演變規(guī)律的研究進(jìn)行量化。當(dāng)前減小殘余應(yīng)力的技術(shù)主要有邊部遮擋、后段冷卻、稀疏冷卻、兩段式冷卻等。但在冷卻工藝確定的條件下，除邊部遮擋外的其他方法對(duì)帶鋼性能的影響較大，且實(shí)際生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量有要求，不能無(wú)限制使用這些方法進(jìn)行試驗(yàn)研究。因此，了解熱軋帶鋼軋后冷卻過(guò)程中的浪形演變規(guī)律以及各種工藝手段，對(duì)于解決軋后冷卻浪形問(wèn)題的有效性，是目前各鋼鐵企業(yè)迫切需要的。

采用低溫卷取工藝，如卷取目標(biāo)溫度在500～540℃，帶鋼內(nèi)應(yīng)力加大，開(kāi)卷后帶鋼易產(chǎn)生邊浪缺陷。通過(guò)低溫卷取和高溫卷取兩種板形對(duì)比，高溫卷取后的開(kāi)卷板形明顯好于低溫卷取后的板形。

2.4.1 橫向卷取溫度差異

對(duì)比高溫卷取和低溫卷取后帶鋼中部與邊部溫度差，如圖1、圖2所示。從圖1可以看出，高溫卷取帶鋼邊部溫度與中部溫度差50～60℃，而圖2中顯示低溫卷取帶鋼邊部溫度與中部溫度差在80～100℃。由于帶鋼寬度方向上的差異，必然造成帶鋼寬度方向上的受力不均，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于起浪的臨界值時(shí)，帶鋼開(kāi)卷或縱切后必然產(chǎn)生浪形缺陷。

圖1 高溫卷取帶鋼橫斷面溫度

圖2 低溫卷取帶鋼橫斷面溫度

2.4.2 橫向組織差異

采用低溫卷取溫度后，由于帶鋼橫向溫度差較大，造成帶鋼邊部和中部的金相組織有一定差異，低溫卷取后帶鋼的金相組織見(jiàn)圖3。帶鋼邊部和中部金相組織的差異，造成邊部和中部體積有差異，極可能造成帶鋼內(nèi)應(yīng)力的加大，從而使得帶鋼產(chǎn)生浪形缺陷。

低溫卷取邊部與中部組織的情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，邊部組織主要由鐵素體與珠光體組成，晶粒度為11.5級(jí)。而中部組織雖然和邊部相同，但晶粒度為10.5級(jí)，明顯小于邊部組織。

2.4.3 板形矯直

針對(duì)采用低溫終軋和低溫卷取工藝后帶鋼易產(chǎn)生浪形的問(wèn)題，熱軋軋線(xiàn)目前沒(méi)有良好的手段去解決，只有通過(guò)平整線(xiàn)消除板形缺陷。目前，低溫終軋和低溫卷取的所有鋼卷全部上平整消除浪形，測(cè)算成本增加50元/t左右。

圖3 帶鋼金相組織

3 結(jié)論

3.1 由于薄規(guī)格軋制過(guò)程中終軋溫度較低，且均采用上平整消除板形不良的工藝，具備低溫終軋和低溫卷取的條件，故成品厚度≤2.0 mm的產(chǎn)品（主要是低合金鋼）可以采用低溫軋制工藝實(shí)現(xiàn)合金降本的目的。

3.2 對(duì)于常規(guī)規(guī)格，采用低溫軋制工藝對(duì)熱軋軋制節(jié)奏和質(zhì)量均產(chǎn)生影響，通過(guò)對(duì)成本進(jìn)行測(cè)算，熱軋成本的增加要大于合金成本的降低，故不建議采用低溫軋制。

3.3 針對(duì)低合金鋼開(kāi)卷后的浪形問(wèn)題，除了由于帶鋼寬度方向上溫度不均造成的內(nèi)應(yīng)力之外，邊部和中部的組織差異也是造成內(nèi)應(yīng)力差異的一個(gè)重要因素，故各鋼種卷取溫度的合理設(shè)定對(duì)帶鋼的浪形缺陷也可以改善。