高速线材生产中的控轧控冷技术分析

刘宝中

（河北钢铁集团承钢有限公司建材经营经营中心，河北 承德 067002）

随着科学技术的不断发展，过去一直强调钢产量，钢产量是一个国家工业发展的基础。现在许多行业对钢材综合性能质量的要求越来越高，而且要求方向也越来越多。高速线材生产中的控轧控冷技术能够生产出更多满足建筑需要的材质。控轧控冷技术可以根据要求设置钢材生产时的各种参数，像出炉温度，轧制温度，轧后冷却温度，轧制速度、生产材料添加比例等，以此达到提高钢材的质量、强度、硬度和钢材的韧性等指标。尤其是一些特殊材料的钢材，更是需要严格控制生产过程中的各种参数，以满足特殊行业中对钢材的需求。

1 轧后控制冷却技术概述

轧钢是本世纪五六十年代研制的一种生产钢材的技术，大概在六十年代，国外的发达国家出现了一些新技术就是无扭轧制技术，这一技术的出现使得生产线上的钢材生产速度大大提升。生产提速后，单盘卷重就会随之增加，这一增加使得吐丝机的高速生产和大卷重不能很好的匹配，纯机械生产的生产线上，前后设备速度无法匹配的话，就会产生生产上的矛盾问题。这些问题也会直接影响轧钢的速度和生产质量，在速度上，一方面是轧钢的生产设备互相之间的矛盾，有些设备出钢速度快，而后续的生产跟不上就会导致整个生产线的速度迟缓。质量问题主要是轧钢速度快直接导致设备的温度提升过快，有时候温度能够达到一千摄氏度以上。所以会导致一些化学现象出现，像氧化铁皮增多、钢的韧性不好等问题。

产线技术人员为了改善线材轧制技术，可以采用控制出钢时的温度，在出钢时把温度冷却下来，以此提高钢材的韧性，并通过钢材快速冷却的方法提高钢材的综合性能等。通过改进这一技术，也可以称之为线控技术，或者是线热处理。顾名思义就是对钢材生产线上的热量，温度进行控制以达到提高钢材自身性能的技术。随着社会的发展，有许多行业对钢材的需求越来越高，很多行业的需求也是多种多样，因此，根据需求对钢材的生产进行控制是很有必要的。钢材的生产也直接带动了其它行业的飞速发展，如果没有原材料的提供，很多桥梁建筑、房屋建筑等得不到发展。现代的线热技术主要有两种，一种是水冷，一种是风冷。这种技术还可以达到节约原材料、节约能源的好处，也更适合时代的发展。

2 控轧控冷技术的研究现状

在线材生产过程中，要注重控轧控冷技术的合理运用，并且通过将添加剂控制在特定温度下，从而使得强度、韧性等功能得到全面的发挥，如果想要强度发生很大程度的变化，就需要在制作过程中，通过奥氏体向铁素体发生转变的方法，使得钢材的组织可以大范围的相变，组织结构的情况是必须在温度和压力达到最佳比的情况下才能变化，要显示的温度和压力达到最佳，需要通过合理的控制热轧钢材。所以说如果想要得到较好的热处理钢材，必须要通过强化和控制冷却等技术来使钢材性能得到全面的发挥。为了获得更高的综合钢材性能质量，可以通过控制冷却的技术，是奥氏体向铁素体相变的温度区域，可以快速的冷却。而用特定的生产技术，可以是线材的冷却速度得到控制，从而利用控制加热过程中线材加热后的余热的方法，使得所需要的组织和性能达到应有的标准。通过一些实践的例子证明强度和韧性是可以通过控制轧制的方法而有所提升的，另外，这种工艺还可以使使用范围大大增加，使用寿命变得更长，而生产工艺的过程也变得更加简单。

1960年左右，世界上多个国家和地区提升钢材强度技术，从而生产大直线管制钢材的技术就是通过从单纯的轧制钢材的过程中添加一些微量元素而达到的。1970年初，需要经过控制轧制过程后在采用冷却的方法通过控制，从而发挥最佳的效果，如此一来便可以满足社会快速发展对于低碳化钢铁的需求越来越多，而且线材组织要求越来越精细的生产需求。20世纪80年代左右，开发出了全世界最初始的控冷设备和技术。而在1920年到1960年前后，随着英国制造厚板的控轧控冷技术的发展，欧洲，美国和日本当地也逐步研发了这些技术。

与此同时，我国的轧制工艺在高速线材生产中，通过控轧控冷技术的不断改进，以及向逐步完善，更加专业的方向发展的趋势，我国的轧制工艺取得了巨大的进步以及提升。

3 当下常用的控轧控冷工艺

控轧控冷技术在高速线材生产中得到了广泛应用，优势非常明显，其中包括产品性能的优化，作业效率的提升，事故风险的管控，以及对节约能源的好处等多个方面，常见的控轧控冷技术工艺有两种，一种是通过轧制操作工艺，经过再结晶区和未完全结晶区，然后重新进行混合，也就是完全与未完全再结晶的结合轧制二阶段轧制工艺。这种轧制工艺可以降低脆性的转变温度，还有助于减少铁素体晶粒，以及优化钢材的韧性。而另一种则是三阶段轧制工艺，是在完成二阶段的过程后，通过对于奥氏体以及铁素体相结合的方式在进行轧制，从而获得的晶粒更加细小。在进行三阶段轧制时，必须要精确的控制各个阶段的温度，从而减少由于温度过高，而使钢材的韧性达不到要求的问题。

在日常所采用的控制冷却通常包括一次冷却、二次冷却和三次冷却三个重要的环节。奥氏体变形为铁素体或者渗碳体的过程，就是一次冷却所需要完成的任务，再进行一次冷却的过程中，通常采取水冷装置的高速冷却方法为基础，从而控制温度可以达到轧制温度。二次冷却要紧跟着一次冷却的完成进行，在用于冷却的方式中，可以选择风冷、空冷等多个形式，通常采取的是通过相变过程中的冷却和温度达到理想的性能。等到相变工作完成后，紧接着可以进行三次冷却，通常采取PF线空冷的方法。

4 高速线材控轧控冷工艺分析

4.1 控制轧制和控制冷却的含义

控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控制轧制钢的性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。

控制冷却是指通过控制热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物的析出行为以及相变后钢的组织和性能等。

4.2 控制轧制的主要方法

（1）两阶段控制轧制。这种轧制工艺的工作原理是通过将完全再结晶型和未完全再结晶型相互配合的过程。在工作时，应该现在再结晶区压制，完成后进行未完全结晶区的操作。采取这种压制工艺可以使得钢材的脆性转变温度变得更低，而且韧性能够得到提高，而且还可以促进钢材向铁素体相变形核的转变。

（2）三阶段控制轧制。这种工艺在实现两阶段控制轧制的基础上，使完全再结晶型配合位在结晶型轧制。另外还可以使得奥氏体以及铁素体两相区的轧制工作顺利完成。

4.3 控制冷却

（1）一次冷却。一次冷却是为了使热变形后到奥氏体状态得到良好的控制，并且防止析出更多的奥氏体晶体的碳化物。另外还可以使变形产生的位置错乱得到控制，并且过冷度逐渐加大相变温度降低，为了更好地达到相变做好强有力的基础。另外，一次冷却是奥氏体通过增加温度转变为铁素体的温度Ar3，或者将二次碳化物分解出温度在A C范围内的过程。

（2）二次冷却。热轧钢材有奥氏体逐渐在相片过程中，通过控制相变冷却的开始，温度相变，速度和停止冷却的温度等参数控制好，下面过长后，就可以析出铁素体或者碳化物，而这就是二次冷却的过程，一般可以是相变产物的形态，以及结构达到相应的程度。

（3）三次冷却。经过三次冷却，可以是相变之后的温度达到室温的温度区间。一般在相变后形成铁素体和珠光体的途径是通过空冷，使冷却均匀化。另外，是沉淀强化的过程是一半，在固溶铁素体中的过饱和，碳化物逐渐变得冷却的过程中解析出的而一些微合金通过吸附也可以达到沉淀强化的效果。为了防止一些微合金在冷却后洗出碳化物还保持碳化物固溶的状态，应该在相变之后就可采用快冷的工艺，从而达到固溶强化的功效。线材生产质量控制的重中之重是控制好轧后温度和冷却的速度。要严格控制好冷却过程中各个阶段的冷却速度和相变温度，从而使线材产品的性能达到最佳，而且使氧化烧损的部分达到最佳。

5 结语

应用控轧控冷技术可以获得理想的组织和性能的钢材，但在实际操作中会受到多种控制因素的限制，特别是冷却控制，在充分考虑相关因素的前提下，要不断加强技术创新与实践，在不断的摸索中提升控轧控冷效果，使其更好服务于高速线材生产，生产出更多满足高端客户需求的钢材，提升企业的经济效益。