关键词：高速线材；加热温度；控轧控冷；
我国新型工业化的发展，钢铁材料产业充当着非常重要的地位，线材生产是钢铁轧制生产的一项重要内容，线材产品的质量和性能与其生产设备和生产工艺有着密切的关系，其中控制轧制和控制冷却技术对高速线材生产有着较大的影响。轧机的设备组成不同，生产工艺的不同，其产出的线材性能也就不同。
一、控轧控冷技术的研究现状
我国在线材生产过程中，控轧控冷技术有着非常重要的作用，钢材强度、韧度等性能是通过添加一些添加剂在一定温度下控制得到的。将钢材中奥氏体向铁素体发生转变，使钢材的组织发生大规模的相变，从而使强度发生大幅度的变化。而控制轧制就是通过控制热轧钢材时的温度和压力等条件达到最佳值，从而热轧钢材省略热处理的过程并且能达到与正火相同的组织结构。因此轧制钢材可以通过强化压下和控制冷却等技术来提高钢材的性能，达到或超过有热处理钢材的性能。控制冷却就是指在控制轧制后，为了弥补单一控制技术不能使相变组织细微化的不足，在奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度快速冷却，以此获得更高的强度。为了获得所需要的组织和性能，可以利用控制轧制过程中线材热轧后的余热，用一定的生产工艺控制线材的冷却速度。我国的轧制工艺有很大进步和发展，但是高速线材生产中控轧控冷技术的改进、完善、提高、更专业提出了更高的要求。当今的高线厂生产中设备及工艺存在着很多问题，钢材的产量低，钢材性能差，合格率不到95%。
二、控制轧制
控制轧制广义地解释为从轧前的加热到最终轧制道次为止的整个轧制过程的控制,即通过全部热轧条件的最优化,人为地调整奥氏体的状态,使其在后续的冷却过程中相变为期望的细晶组织,以得到良好的强度和韧性的加工过程,其操作如图1所示。
图1各种轧制程序的模式
线材的控制轧制可以减少脱碳,控制晶粒尺寸,改善钢的冷变形性能,控制抗拉强度及显微组织,取消热处理,减少氧化铁皮。控制轧制技术的工艺要求:(1)低温变形可以导致晶粒细化,因此尽可能降低加热温度,细化开轧前的奥氏体晶粒,一般线材加热温度为1 000--1 150℃;(2)调整变形温度是控制高温奥氏体的重要手段,线材轧制多为全部机架连续轧制,因此调整空延时间余地很小,最好采用机架间水冷;(3)在中间温度区(900℃以上)的轧制道次实现最优化,通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化;(4)加大奥氏体未再结晶区的累积压下量,增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。根据变形温度的不同,控制轧制工艺可分为3个阶段；1)再结晶区变形。又称为Ⅰ型控制轧制或常规轧制,轧制温度大于950℃,这种类型是在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制,一般温度较高,在1 000℃以上。奥氏体晶粒因重复发生静态再结晶而细化,奥氏体细化导致铁素体细化,晶粒细化有某一极限值(10-20μm)。2)未再结晶区变形。又称为Ⅱ型控制轧制或常化轧制,轧制温度为950℃～Ar3,在此区间轧制时钢不发生奥氏体再结晶现象,塑性变形使奥氏体晶粒拉长,晶粒内部出现大量变形带、孪晶和位错,增加形核点,促进奥氏体边界及晶粒内部的形核率和形核速度,可以获得细小均匀块状铁素体晶粒(5-10μm)。3)(γ+α)两相区变形。又称为Ⅲ型控制轧制或热机轧制,轧制温度小于Ar3,奥氏体产生加工硬化,铁素体产生亚结构,亚结构使强度提高,脆性转变温度降低,晶粒细化(3-5μm)。摩根型精轧机为顶角45°V型结构,由辊箱、废料防护罩和传动箱组成,传动箱通过串联连接的方式连接在驱动电机上,两根传动轴接近底面基础,机组重心下降,增加了机组的稳定性。轧辊箱包括轧辊、导卫和相关的电气元件、油/气润滑、冷却水和液压系统,在机架间设水冷导卫装置,将控制轧制技术引入设备整体设计,增大了轧机轧制能力。
三、高速线材控轧控冷设备及方法
1.高线生产设备及工艺方面存在着不同的问题，影响线材的生产，导致钢材产量低，性能差等问题，最后浪费材料，造成成本高。因此对于研究高线生产设备及工艺有很重要的意义。高线轧后生产线主要分为五个区：水冷区、成圈区、散卷控冷区、散卷收集区、PF线及精整区。水冷区主要是由精轧机组前、后水冷装置构成的，也就是水冷箱和水冷段。精轧机组前的水冷箱主要是用来恒温轧制，用来预先调节线材精轧形变引起的温升，精轧后的水冷段可以将线材控制在30~60℃。此次冷却主要是为了控制线材组织转变，改进线材的性能。不同的钢材种类，钢材的规格决定着精轧机组进口温度，钢材的性能和轧制速度则是由于出口温度决定。出口设置高温计连接控制阀，主动控制出水温度。线材水冷工艺程序要求冷却幅度大、精度高，调整操作方便。（1）成圈区的主要设备主要包括夹送辊、成圈器和现场操作箱等。处于水冷段和吐丝机之间夹送辊主要是用来夹送水冷后的线材。对于不同的线材，选用不同的夹送方式以及合理的夹送长度。吐丝机则是为了线圈运送到运输机。（2）散卷控冷输送区主要是由风冷辊道、冷却风机、保温罩盖等组成。将吐丝机处形成的线卷运到集卷筒入口的传动装置止，并且使线材以散卷状态连续通风进行控制冷却是风冷段的主要功能。
2.控制轧制的主要方法：（1）两阶段控制轧制。两阶段控制轧制就是完全再结晶型与未再结晶型配合的轧制工艺，在完全再结晶区轧制时，钢材一般要在1000℃以上才能发生变形，为了完全奥氏体化，再结晶钢材温度必须大于950℃；也就是要在没有完全结晶时进行一定的轧制，并在未再结晶区进行快速冷却，继续进行轧制。此方法轧制的钢材可以使铁素体相变形核创造条件，使韧性提高，脆性转变温度下降。（2）三阶段控制轧制。三阶段控制轧制是一种完全再结晶型、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。（3）低温精轧技术。低温轧制技术就是轧出产品前最后几道次的形变发生在正火轧制工艺或热机轧制工艺对应的温度范围内。控制轧制后的控制冷却过程主要分为一次冷却、二次冷却、三次冷却等阶段。其主要冷却方式有;1）喷水冷却：水以一定压力连续从喷嘴喷出水流，水流稳定不间断的连续喷流的冷却方法就是喷流冷却。这种冷却方式的不足之处在于冷却范围不大，水压要求高。2）雾化冷却：水和加压的空气一起从喷嘴中喷出形成雾状流，利用雾状流冷却的方法就是雾化冷却。这种冷却范围大，可以解决喷水冷却方式的不足，但是这种方式需要特殊的设备。3）层流冷却：喷流出的水若流速较低时可以保持平滑的层流状态，这样的冷却能力比喷流冷却高。4）浸水冷却：将钢材直接浸入在冷却水中冷却，但是这种冷却方式不易控制，造成钢材质量问题。5）管内流水冷却：水在水冷器的管内平行板之间流动可以进行冷却钢材。
3.线材的控轧控冷生产工艺流程：一方面热连铸坯到热坯输送提升，另一方面是冷连铸坯到冷坯上料，二者可以通过轨道输送放到加热炉中加热，利用高压水降磷，之后用粗轧机轧制，转换1#飞剪切头到中轧机轧制后，转换2#飞剪切头后用预精轧轧机轧制，预水冷后转换3#飞剪切头后用无扭精轧机轧制，最后水冷，线材初步成型，进行后续的生产施工。
总之，线材产品的质量和性能与其生产设备和生产工艺有着密切的关系，高速线材是轧钢中的一类，对高速线材的生产设备及生产工艺进行研究和设计，能够很好利用控轧控冷技术提高线材的质量，降低线材成本，提高成材率，对现代钢铁工业的发展和需求有着重要意义。
参考文献：
[1]周东波.高速线材生产中的控轧控冷技术.2016.
[2]李鹏.控轧控冷工艺对低碳铌微合金钢组织和性能的影响.2017.
论文作者:蔡宏伟
论文发表刊物:《科技新时代》2018年4期
论文发表时间:2018/7/2
标签：线材论文; 奥氏体论文; 晶粒论文; 钢材论文; 水冷论文; 温度论文; 结晶论文; 《科技新时代》2018年4期论文;