中厚板的控制轧制与控制冷却工艺

中厚板的控制轧制与控制冷却工艺孙洪亮（材料成型及控制工程，1233010149）【摘要】近三十年以来，控制轧制和控制冷却技术在国外得到了迅速的发展，各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以利用，明显的改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为了节约能耗、简化生产工艺和开发钢材新品种创造了有力条件。

目前国内外大多数宽厚板厂均采用控制轧制和控制冷却工艺,生产具有高强度、高韧性、良好焊接性的优质钢板。

控制轧制和控制冷却工艺的开发与理论研究进一步揭示了热变形过程中变形和冷却工艺参数与钢材的组织变化、相关规律以及钢材性能之间的内在关系，充实和形成了钢材热变形条件下的物理冶金工程理论，为制定合理的热轧生产工艺提供理论依据。

关键词:宽厚板厂，控制轧制，控制冷却【关键词】控制轧制；控制冷却；冷却段长度In the controlled rolling and controlled cooling technology of plate Abstract：For nearly 30 years, controlled rolling and controlled cooling technology obtained the rapid development in foreign countries, and countries successively carried out various theoretical research and applied technology research, and tries to use in the production of steel rolling, the obvious improve and enhance the tenacity of steel and the use of performance, in order to save energy consumption, simplify production process and development of new steel varieties created favourable conditions. Most lenient plate factory at home and abroad adopt controlled rolling and controlled cooling technology, production has high strength, high toughness and good weldability of high qualified steel plate. Controlled rolling and controlledcooling technology development and theory research of further reveals that the thermal deformation in the process of deformation and cooling process parameters and the change of the organization of the steel, the relevant laws and the internal relations between steel performance, enrich and formed steel thermal deformation under the condition of physical metallurgy engineering theory, to provide theoretical basis for reasonable hot-rolling process. Keywords: generous plate factory, controlled rolling and controlled coolingKey Words:Control rolling; Controlled cooling; Cooling length1引言近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高，除了具有高强度外，还要有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。

目前世界上许多国家都利用控轧和控冷工艺生产高寒地区使用的输油、输气管道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板，以及造船板、桥梁钢板、压力容器用钢板等。

控制轧制工艺的机理和特点：控制轧制工艺是指钢坯在稳定的奥氏体区域（Ar3）或在亚稳定区域（Ar3～Ar1）内进行轧制，然后空冷或控制冷却速度，以获得铁素体与珠光体组织，某些情况下可获得贝氏体组织。

现代控制轧制工艺应用了奥氏体的再结晶和未再结晶两方面的理论，通过降低板坯的加热温度、控制变形量和终轧温度，充分利用固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化机理，使钢板内部晶粒达到最大细化从而改变低温韧性，增加强度，提高焊接性能和成型性能。

所以说，控制轧制工艺实际上是将形变与相变结合起来的一种综合强化工艺。

2文献综述2.1控制冷却系统的分类2.1.1冷却方式按冷却方式的不同,加速冷却可以归纳为三种类型。

（1）同时冷却方式。

即钢板进入冷却装置后，同时向钢板全长喷水使钢板达到规定的温度。

为了避免因辊道与钢板下表面的长时间接触造成冷却不均，冷却装置所在辊道具有摆动功能。

冷却装置的长度比最大的控冷轧件长度略长。

同时冷却方式可减少钢板头尾温差。

（2）连续冷却方式。

即钢板在通过控制冷却装置的过程中，边前进，边冷却，使之从头至尾渐次达到规定的终冷温度。

这是目前世界上采用最多的冷却方式。

（3）兼容冷却方式。

当钢板较厚较短时，可采用同时冷却方式；当钢板较长时，可采用连续冷却方式。

2.1.2冷却状态冷却状态是指钢板在控制冷却是否处于压力结束状态。

钢板在辊压状态下称为约束型冷却，反之，称为非约束型冷却。

约束型冷却装置主要用于直接淬火处理。

通过改善冷却均匀性，一些新建的控制冷却装置实现了在非约束型冷却方式下对钢板的直接淬火处理。

2.1.3喷水方式按喷水方式主要可以将冷却系统分为：层流、水幕、高压喷嘴、气水冷却等方式。

主要特点比较如下：高压喷嘴（MLPIC）特点：高密度、高压力的冷却水可连续到达钢板表面并形成紊流，水压可高达5bar，冷却水渗透性高，适合汽膜较厚的情况；冷却速度调节范围较宽，可用于加速冷却和直接淬火。

耗水量大，对水质要求高，喷嘴易堵塞。

集管层流冷却特点：水流为层流状，钢板冷却均匀，可冷却厚度20～50mm厚的钢板；需要的冷却区长，不易实现高冷速，不适合直接淬火冷却，对水质要求较高。

水幕冷却特点：水流为层流状，没有相邻水柱在冲击钢板时形成的干扰；冷却效率最高，对水质要求不严，冷却速度调节范围小，对需低速冷却的厚钢板不适用。

气水冷却（ADCO）特点：采用压缩空气使水雾化，钢板冷却均匀，冷却速度调节范围最宽。

设备管线复杂，噪声大。

2.2冷却装置与矫直机的关系（1）紧凑式。

控制冷却装置与热矫直机紧靠布置，同步操作，适合于厂房受限制的旧厂改造。

（2）分离式。

控制冷却的钢板完全离开控制冷却设备后再进入矫直机。

矫直速度和冷却装置内钢板移动速度一般均为0~2.5m/s。

两者工艺速度存在同步的条件，但也存在不利的影响。

冷却段钢板的速度根据钢种和规格确定。

而矫直速度还应参照板形情况。

薄规格钢板冷却时移动速度一般较快。

如果钢板强度高，钢板与矫直辊间的接触面减小，摩擦力小，矫直速度高时可能出现打滑。

2.3确定冷却装置位置的因素（1）冷却装置应靠近轧机。

轧件在轧机中结束变形后，将产生晶粒组织的回复和静态再结晶。

以C含量（质量分数）0.2%，变形量30%的钢为例，950℃时变形完成后的第10s，60%的奥氏体晶粒发生了再结晶。

钢板终轧至冷却开始的时间不宜超过20s。

（2）避开易受到冷却水及蒸汽的干扰工艺仪表。

为测厚仪、测宽仪、板形仪、钢板平面形状测量仪、镰刀弯测量仪留出安装位置。

（3）控制轧制中交叉轧制必要的辊道长度。

（4）应考虑矫直机对控制冷却装置位置的影响。

有少部分厂将矫直机设置在控制冷却装置前。

还有一些在控制冷却装置前设预矫直机，在控制冷却装置后再设矫直机。

其目的是保证钢板进入控制冷却段时具有平直的板形，也因为高强度钢板在冷却后很难再进行矫直。

在冷却装置前设置（预）矫直机将拉大了主轧线的设备间距，同时增加了钢板终轧至开始控制冷却的时间，会降低了控轧控冷的效果。

（5）采取同时冷却方式时，钢板完全进入冷却段后才开始喷水冷却，冷却装置更易于靠近轧机布置；采取连续冷却方式时，钢板应以冷却速度进入冷却段，冷却装置和轧机之间应留出钢板减速需要的辊道长度。

2.4 控轧控冷工艺对宽厚板工厂设备的要求控制轧制的显著特点是超低温轧制和高的轧制负荷，因而对轧机设备提出了极高的要求。

对于5m级宽厚板轧机，最大轧制压力应达100MN。

为了确保成品钢板的厚度精度、低平凸度、良好的平直度，轧机的刚性系数应达10kN/mm，支承辊直径达2000～2400mm，同时应采用工作辊弯辊等平直度控制手段。

为了确保控制轧制所需的大轧制力矩,轧机主传动电机功率应达2×10000 kW (上、下单独传动),允许最大过载力矩达2×4000kNm，电机转速0～60/120 r/min,最大轧制速度达6.5～7m/s。

经控制冷却后的钢板温度低于600℃，高牌号管线钢低于500℃，因而对加速冷却装置、热矫直机的能力及钢板平直度确保功能提出了很高的要求。

为了使冷却后的钢板在长度、宽度方向上温度均匀，国外加速冷却装置及相关计算机控制系统均有特殊控制功能。

为了保证钢板热矫直后具有良好平直度,国外出现了最大矫直力达40000kN等级的强力热矫直机，矫直辊辊缝调节采用全液压方式且具有动态调整功能，上辊组具有整体前后、左右倾斜功能及整体正弯、负弯功能，以消除钢板的单边浪、双边浪及中浪。

随着控轧控冷技术的发展，经控轧控冷工艺生产的钢板强度将进一步提高。

国外许多宽厚板厂已完成X100管线钢制造技术的开发及焊管试验，现具备小批量供货能力。

这对剪切线设备提出了新的要求。

国外出现了可剪切钢板强度达1200MPa(厚度≤40mm)的强力三曲轴(或二曲轴)滚切式剪切机，此类设备适应了控轧控冷技术的发展。

控轧控冷工艺复杂，各类工艺参数控制精度要求极高。

从加热至热矫直机(即:轧制线)，至少必须由两级计算机(L1、L2)实施生产工艺过程全自动控制，同时必须设置大量的钢板位置检测仪表及测温仪表。

国外大多数宽厚板厂均采用四级计算机控制。