國內H型鋼控軋控冷現(xiàn)狀與發(fā)展

1、國內H型鋼控軋控冷現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要：簡要介紹了國內 H 型鋼生產工藝特點及其控軋控冷的現(xiàn)狀， 分析了對 H 型鋼生產實行控軋控冷的可行性。 關健詞： H 型鋼，控軋，控冷1 前言H型鋼作為一種經(jīng)濟斷面鋼材問世已有幾十年，現(xiàn)已廣泛應用于高層建筑、 橋梁、車輛、碼頭、電力、制造業(yè)等領域。與世界發(fā)展水平相比，我國 H 型鋼 生產起步較晚，從1998年馬鞍山鋼鐵公司引進德國工藝技術與設備的大 H型鋼 生產線投產以來，經(jīng)過十多年時間的發(fā)展，已先后培育出馬鋼，萊鋼、津西、 日照、長治等 H 型鋼主流生產企業(yè)，加快了我國 H 型鋼生產的發(fā)展，為推動我 國鋼鐵工業(yè)結構調整和鋼材品種優(yōu)化做出了重要貢獻。隨著H型

2、的廣泛應用，對 H型鋼的力學性能要求也越來越高，從而引發(fā)了對 H 型鋼控制軋制、控制冷卻技術的研究。國外已有了相關的研究成果，并運 用于生產，但技術仍未成熟 。而我國盡管近幾年 H型鋼生產水平不斷提高，為 研究控軋控冷技術提供了平臺，但認識較晚，正處于起步階段，運用控軋控冷 技術改善 H 型鋼強度、韌性和焊接等性能的工藝還比較少。本文結合熱軋工藝 特點，分析了控軋控冷中需要注意的幾個關鍵因素。2 國內 H 型鋼生產工藝特點我國熱軋 H 型鋼工藝布置與產品規(guī)格相關，可以統(tǒng)分為大型和中小型。大 型生產線比較常見是 131 串列式軋機布置和 13串列式軋機布置，以馬鋼 和萊鋼為代表，生產工藝為連鑄坯

3、t加熱爐t高壓水除鱗t幵坯機可逆軋制t 熱鋸切頭/尾t萬能軋機可逆軋制T熱鋸切頭尾及倍尺分段t冷床t矯直機t 成排臺架t冷鋸切定尺T碼垛機收集t打捆機包裝t成品入庫。圖1萊鋼熱軋H型鋼大型生產線工藝布置簡圖1步進式加熱爐； 2高壓水除磷裝置； 3二輥可逆式開坯機； 4熱鋸（一）；5萬能精軋機； 6熱鋸（二） ； 7冷床； 8矯直機；9成排臺架； 10冷鋸； 11堆垛臺架； 12改尺鋸； 13打捆機； 14成品臺架中小型生產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，生產工藝為連鑄坯T加熱爐T高壓水除鱗T幵坯機可逆軋制T飛剪切頭/尾T多列萬能軋機連續(xù)軋制T冷床T矯直機T成排臺架T

4、冷鋸切定尺T檢查臺架 I碼垛機收集I打捆機包裝I成品入庫。圖 2 津西中小型 H 型鋼生產線工藝布置簡圖（單線）1步進梁式加熱爐； 2高壓水除磷裝置； 3開坯軋機； 4飛剪； 5精軋機組（ 10 架）；6步進齒條式冷床； 7十輥輥式矯直機；8成排收集臺架；9 倍尺固定鋸；10 移動鋸；11定尺固定鋸；12-檢查臺架；13短尺收集臺架；14 堆垛臺架（12mx 2） ; 15 堆垛臺架（18mX1） ； 16打捆機；17 成品收集臺架。3 對控軋可行性分析控制軋制（TMCP技術的核心是晶粒細化和細晶強化，用以提高鋼的強度和韌性的方法?？刂栖堉圃硎菓昧藠W氏體再結晶和未再結晶兩方面理論， 控制奧

5、氏體再結晶的過程，利用固溶強化、沉淀強化、位錯強化和晶粒細化機 理，使內部晶粒達到最大細化改變低溫韌性，增加強度，提高焊接性能，是將 相變與形變結合起來一種綜合強化工藝。 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）再結晶型的控制軋制 （ 2）未再結晶型控制軋制 （ 3） 兩相區(qū)控制軋制。H型鋼控制軋制即對軋件溫度和變形量進行控制，可以參考中板的低溫控軋技術，但由于H型鋼斷面復雜，二者存在差異。3.1 控溫軋制按目前H型鋼生產技術水平，控溫軋制有兩種。一種是利用連軋機軋件溫 降很小或升溫的特點，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

6、盧森堡阿爾貝德 Differdange 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晶溫度以下，除節(jié)能外，還能提高產品的力學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 行的軋制。 該技術是降低軋鋼系統(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，鋼坯加熱時奧氏體晶粒尺寸大大減小了，低溫軋制鋼材的 晶粒較細小，提高了產品力學性能。從提高性能和減少能耗的的角度來講，降低開軋溫度對H 型鋼生產有利。但目前大、中小型熱軋 H 型鋼生產工藝普遍采用半連軋，異型坯和矩形坯需要 幵坯機經(jīng)過59道次軋制后送入萬能精

7、軋機。 由于幵坯機軋制時為可逆軋制， 雖然塑性變形功會轉變?yōu)闊岫管埣郎?，但由于軋件散熱面積大，可逆軋制 時間長，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，則對軋件寬展和延伸影響很大，同時也增加了下游萬 能軋機的負擔。因此幵坯溫度與普通熱軋型鋼溫度相同，定在110 01200C,低溫軋制可行性不大。大型生產線萬能軋機也為可逆軋機，通常需要5 7 道往復軋制。隨著軋件長度增加，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工藝通過在軋機上安裝水冷裝置，對翼緣和腹板的過渡 區(qū)實行優(yōu)先局部冷卻，消除溫差，使 H 型鋼橫截

8、面溫度均勻，為軋后冷卻提供 條件。馬鋼大 H 型鋼生產線根據(jù)自身工藝特點，率先在控溫軋制工作方面做了 一些研究，通過實踐摸索，對溫度控制掌握了一些規(guī)程，為保證萬能軋制順利 進行，進入萬能軋機溫度需要控制在 950 C以上。與大型生產線相比，中小型生產線對實現(xiàn)控溫軋制有優(yōu)越性。中小型生產線精軋機組為連軋布置，H型鋼軋制和長材控溫軋理論相同，90%以上的塑性 變形功都會轉變?yōu)闊岫管埣郎?。低溫軋制時，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顯著，加之一般精軋時的軋制速度都比較 高，來不及散熱，變形熱導致的溫升將更加突出。故為在H 型鋼連軋機上實現(xiàn)控溫軋制提供了條件。3.2 變形量

9、控制H型鋼軋制變形量控制分為幵坯和萬能軋制的變形量控制。萬能軋制變形量控制又包括腹板和翼緣的變形量控制。開坯軋制與萬能軋制變形量分配， 從性能方面考慮希望萬能軋制變形量增 加，但為了保證開坯機能軋出合格的萬能軋制坯料，又必須保證開坯機有一定 的變形量。所以在保證萬能軋制的總變形量達到60%以上的前提下，綜合考慮二輥軋制的變形規(guī)律、 待溫時間和萬能軋機的連軋次數(shù)等因素來分配萬能軋機 和開坯軋機的變形量。萬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型鋼萬能軋制過程中，軋件翼緣和腹板的壓下量不同，

10、其變形過程不像板帶一樣采用單一的壓下量，軋制時內部金屬從翼緣流向腹板。壓下量 大的部位受到壓下量小的部位牽制，若腹板壓下量過大，則易出現(xiàn)腹板波紋質 量缺陷，若翼緣壓下量過大，則會出現(xiàn)軋卡事故。從現(xiàn)場生產情況來看，翼緣 相對壓下率約為腹板相對壓下率的 1.021.04倍較合適。關于對變形量的控制，結果并不是唯一的，是否合理與溫度、軋制力等條 件有關，也與現(xiàn)場生產經(jīng)驗有關。4 軋后控冷現(xiàn)狀軋后控冷是繼控制軋制后進一步提高產品性能的一項技術， 與棒線材控制 冷卻原理相同，對軋后的 H 型鋼進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行自回火。由于H 型

11、鋼斷面復雜，冷卻工藝要求很高，需要保證終軋斷面溫度均勻并且冷卻過程中 冷卻均勻。H型鋼萬能精軋機終軋后軋件溫度在 850900 C,若生產廠家提高產量， 加快生產節(jié)奏，則終軋溫度更高，現(xiàn)場通常采用空冷，由于無法快速冷卻，殘 余應力得不到消除，上冷床后會出現(xiàn)腹板波紋、翼緣波紋、腹板偏心等缺陷， 軋件的力學性能也偏低。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生的內應力會使軋件重新發(fā)生彎 曲。為了降低軋件溫度， 有些生產線在初建時考慮了冷卻設施， 如水冷和風冷， 但實踐證明這兩種方法得不到預期效果。目前國內廠家已通過自主創(chuàng)新，不斷 摸索研

12、究和實踐，取得了一定成效 。萊鋼中型廠H型鋼生產線通過在成品孔型后設置在線控制冷卻裝置，對成品孔型軋出的軋件立即進行控制冷卻。該裝置分為擺動輥道和輸出輥道，在H型鋼腹板上下以及翼緣兩邊設立噴嘴， 由高壓水箱和高壓風機將冷卻水打散成 水霧噴射到軋件上，加快冷卻效果，冷速最大可達 100C/s ，使軋件在精軋機 后短時間內大幅度降溫，降低了上冷床溫度，提高了冷床的生產能力，并且提 高了產品性能。日照H型鋼廠在冷床下采用噴霧冷卻設施，達到了生產效果。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，軋件冷卻時間短，能保證所有規(guī)格下冷床溫度下降到100C，徹底解決冷床

13、冷卻能力不足的問題。與國外技術相比，我國研究和實踐已顯落后。國外已出現(xiàn)軋后超快速冷卻 技術，得到均勻的鐵素體 +珠光體組織，且晶粒較細，提高了產品的屈服強度。5 結語目前國內外 H 型鋼控軋控冷技術還沒有趨于成熟，但控軋控冷已成為國內外公認的發(fā)展方向。我國 H 型鋼生產已初具規(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，簡稱 CBP技術。該技術以近終形連鑄坯 為原料，用一架軋邊機代替原來的開坯機， 軋制得到萬能軋機需要的斷面尺寸。 通過這種途徑可以降低軋制溫度，實現(xiàn)溫控軋制。（ 2）在軋線設立保溫罩，降低開坯溫度，對軋件溫度實行控制，研究低 溫軋制的可行性。（3）嘗試開發(fā)萬能軋機機架間冷卻裝置，對翼緣中心表面及R 角冷卻，使軋件溫度均勻。（ 4）加強對精軋后冷卻技術的理論研究，在短時間降溫阻礙奧氏體晶粒 長大，使晶粒細化，均勻提高產品強度，對內部組織和力學性能實行控制。 參考文獻 :1 CUI jian,YANG Wen-yuan.Slag Splashing Process for 300t BOF atBaosteelJ.lr on and Steel,1998,33（10）:15182 錢健清，吳結才.控軋技術在H型鋼生產中的應用.鋼鐵，2003, 38 （3）