现代厚板生产线控制轧制的研究与应用

李广军

【摘　要】　介绍了控制轧制的种类和适应钢种,阐述了热机轧制的生产方式及应用。

【关键词】　控制轧制　温控轧制　热机轧制

1　前言

控制轧制由于具有提高钢材强度的同时提高钢材低温韧性和充分发挥铌、钒、钛等微合金元素的作用,从而节约合金、简化生产工序和节约能源消耗,因此已成为现代厚板生产研究、应用的核心技术。

2　控制轧制的分类及适合的钢种

2. 1　控温轧制

控温轧制即完全再结晶型控制轧制工艺。全部变形在奥氏体再结晶区进行,终轧温度不低于奥氏体再结晶温度的下限,道次变形量不低于奥氏体再结晶的临界变形量。在生产中根据板坯出炉温度在轧制过程中合理分配道次变形量和轧制中的待温以控制终轧温度。

2. 2　热机轧制

热机轧制是在热变形过程中将热处理和机械处理相结合的工艺,它以再结晶、相变和沉淀等冶金工艺为基础,在规定的变形和温度条件下完成固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化等硬化处理,以保证使轧制状态钢板的各种性能达到最佳化。主要用于生产要求屈服强度高、韧性好和可焊性强的钢板。

热机轧制根据其工艺过程可分为两阶段轧制和三阶段轧制(甚至四阶段) 。

2. 2. 1　两阶段控制轧制

两阶段轧制控制是完全再结晶型与未再结晶型配合的轧制工艺,即在完全再结晶区进行一定道次的变形,在部分再结晶区进行待温或快速冷却,而在奥氏体的未结晶区继续轧制一定道次,并在未结晶区结束轧制。

在完全再结晶区域的轧制,变形温度比较高,一般在1000℃以上,轧后中间轧件的温度必须高于950℃以确保奥氏体的完全再结晶;道次变形量要根据不同温度下的再结晶临界变形量来确定,道次变形量必须大于奥氏体的临界变形量,总变形量为60～80 ( (甚至更高) 。这个阶段主要利用静态再结晶过程细化晶粒,即钢板经多道次轧制变形和多次再结晶达到细化奥氏体晶粒的目的。为了避免在部分再结晶区轧制时,得到的奥氏体晶粒不均和出现混晶现象,在这一区域内应进行待温或快冷,而不进行变形,在未结晶区轧制中不发生奥氏体再结晶过程。变形主要使奥氏体晶粒拉长、压扁,并在晶粒中形成变形带,这些因素阻碍铁素体晶粒长大,使相变后的铁素体晶粒细小均匀以提高钢板的屈服强度和韧性。同时由于变形和不发生再结晶而引起的大量位错等缺陷,发生沉淀强化作用,提高了钢板的强度。未再结晶区轧制时,加大道次变形量,可以增多奥氏体晶粒中滑移带和位错密度及增大有效晶界面积,为铁素体相变形核创造有利条件,使韧性提高,脆性转变温度下降,总变形量为60%～70%。

两阶段轧制工艺在国内、外厚板生产中已得到广泛应用。

2. 2. 2　三阶段控制轧制

三阶段控制轧制是完全再结晶型、未再结晶型及奥氏体与铁素体两相区轧制相配合的轧制工艺,即在奥氏体完全再结晶区轧制一定道次;接近部分再结晶区温度时进行待温或快冷,进入未再结晶区温度后继续轧制;当钢板温度已经达到奥氏体和铁素体(γ+α)两相区时再轧制一定道次,达到一定变形量和终轧温度结束轧制。

三阶段轧制工艺在具有两阶段轧制工艺特点的基础上,通过一定时间的待温,在钢板温度达到部分奥氏体已发生相变即奥氏体和铁素体(γ +α)两相区进行轧制,通过位错强化和晶粒细化使钢板强度进一步提高,同时降低脆性转变温度。在(γ +α)两相区时轧制的钢板强度变化和韧性变化取决于轧制温度和变形量的相互影响结果: (γ+α)两相区的轧制温度越低,越有利于提高强度,压下量越大越有利于提高韧性;但变形量超过一定值时,强度就会下降,同样低温区轧制会使钢板韧性下降。因而在(γ+α)两相区选择合理的变形量和轧制温度,才能取得较合理的综合性能。

三阶段轧制工艺在法国敦刻尔克、Longwy、日本福山、德国米尔海姆、迪林根等厂家得到应用。

2. 3　适合的钢种

2. 3. 1　控温轧制

控温轧制用于生产低牌号的造船板,一般的结构钢等钢种。

2. 3. 2　两阶段轧制

两阶段轧制主要用于生产高牌号的造船板(AH32、AH36、EH36等) 、管线钢(X60等) ;按用户要求也可生产部分结构板、压力容器板等。

2. 3. 3　三阶段轧制

三阶段轧制主要用于生产具有高抗拉强度、高延伸度及DWTT满足用户要求的管线用钢(X65、X70、X80) ,海上平台用的厚壁立管用钢等。

另外,有些用于极地条件下或抗酸性用途的管线用钢需要四阶段轧制工艺生产。

3　生产方式

3. 1　生产方式

由于热机轧制涉及多阶段轧制及相应的轧件控温冷却阶段,造成轧制道次增多、中间冷却过程中有空载时间,使轧机产量降低,因此如何减少中间冷却过程中的空载时间,以达到最佳生产从而减少影响轧机产量,成为设计和生产考虑的重点。

(1) 为了消除(或减少)空载时间,单机架有以下四种生产方式:

A、用提升装置将中间板移走。采用这种方法易使坯料冷却不均匀,经热机处理的钢板必须与普通板混合进行轧制。

B、轧机前后辊道的有足够冷却位置,可进行多块板交叉轧制。

C、在入口辊道的前方布置一个有多个中间冷却位置的侧移辊道车(如德国米尔海姆厂)

D、在机架前和/或后布置平行辊道(如德国llsenburg厂)

(2)为了消除(或减少)空载时间,双机架有以下三种生产方式

A、粗轧和精轧之间辊道有足够冷却位置,可实行多块板交叉轧制。

B、在粗轧和精轧机架中间设置平行辊道,通过2个横移设施与主辊道相连(如美国的共和国钢公司—加兹登,伯利恒—伯恩斯。德国汉堡)

C、在粗轧和精轧机架之间设置2台冷床(如俄罗斯的伊里奇—日丹诺夫)

3. 2　生产方式比较(如表1所示)

注:方式1是指粗轧机轧制第1、2阶段,精轧机轧制第3阶段方式2是指粗轧机轧制第1阶段,精轧机轧制第2、3阶段

4　结束语

现代宽厚板生产线根据生产钢种、产品比例、设备配置的不同选择合适的控制轧制工艺和生产方式,控制轧制尤其在热机轧制工艺的广泛应用已成为现代化厚板生产的发展方向。