棒线材控制轧制和控制冷却技术的研究及应用

棒线材控制轧制和控制冷却技术的研究及应用

张国伟 吕文君 冶忠录

青海西钢新材料有限公司 青海 西宁 810005

摘 要：近些年，随着控制轧制、冷却及热处理等控制技能的技术创新，钢材综合力学能力不断提升，生产成本逐渐降低，对企业经济效益提升有很大帮助。基于此，文章对新时期控制轧制和控制冷却技术概念和要点进行阐述，并介绍其在棒线材生产中的实际应用，以期达到提质增效、广泛应用的目的，促进钢材市场繁荣发展。

关键词：棒线材；控制轧制；控制冷却技术；实际应用

在棒线材生产过程中，控制轧制和冷却技术提升钢材硬度，改善钢材韧性和塑性，提高钢材质量的关键工序，在我国钢材产能不断增强环境中，钢材原材料价格逐渐上涨，企业为提高市场竞争力，积极优化和改进棒线材控制轧制和控制冷却技术，在轧制环节，对硬件整体做出调整，把控成品质量，在冷却环节，改善钢材性能，以满足市场多样化需求，提高市场份额。

1 控制轧制和控制冷却技术

1.1 控制轧制技术

控制轧制技术，就是在控制过程中对加热温度、轧制温度、道次压下量等热轧条件和人工操作进行优化，对后续冷却环节进行控制，最终实现晶体的理想构建，其核心是压下和温度协调控制，具体技术原理是，在较低范围利用低温杂质使得铁素体晶粒细化，烙铁素体内容相同^[1]。新一代控制轧制技术，其载体为自动化控制系统，实现了轧机与冷却技术的有机结合，可以在任何轧制道次对钢材进行温度调整，对轧制过程和中奥氏体晶粒尺寸、微合金元素固溶和析出进行控制，在实际工业生产中具有十分明显的优势，具体内容如下：（1）有助于提高表面细晶产品质量，可以借助控制轧制道次过程中的奥氏体结晶、相变、逆相变等行为，细化钢板表层晶粒，继而扩大钢板延性破坏区厚度，提升止裂性能；同时，在轧制水冷条件下，在奥氏体温变形、返温、再结晶工艺流程汇总，应用低碳微合金成分体系，能够显著提升奥氏体结晶率和细化程度^[2]。（2）改善轧制变形渗透性能，钢材表面温度不高，变形抵抗力强，在轧制负荷条件下，表层金属很难发生形变，在这种情况下对轧制道次进行高强度冷却，可以使得轧件产生厚向大温度梯度，促进金属内部形变渗透。

1.2 控制冷却技术

控制冷却技术的核心是相变强化和晶粒细化，也就是说在完成控制轧制工艺后，对奥氏体、铁体素等进行快速冷却，使得相变温度得到一定阶段，实现相变组的细化，并且，在冷却过程中，还能提高钢材强度和韧性，以获得更高综合力学性能的钢材^[3]。在棒线体生产过程中，控制冷却技术包括三个热处理阶段，淬火阶段——回火阶段——自然冷却阶段，在表面换热时进行快速冷却，冷却水会直接接触钢材表面，并在表面蒸腾汽化形成一层气膜，使得钢板温度和组织性能均匀。

2 棒线材控制轧制和控制冷却技术在生产中的应用

2.1 控制轧制在棒线材生产中应用

在棒线材控制轧制工艺过程中，其变形工艺参数调整难度较大，控制和实践的地方较多，需要经过多次调整和改变，以获得最佳变形参数适应实际轧制需求，从而达到降低成本，改善性能，提高产量的目的^[4]。从参数控制方面看，在低温轧制技术中，为得到更加均匀的细晶组织，不仅要严格控制轧制温度，还要把控好低温轧制下的形变率，将两道次低温轧制断面压缩率控制在24%至31%，四道次断面率控制在46%至57%。在棒线材生产过程中借助自动化生产技术和设备，包括PLC监控控制系统、计算机设备，并严格调整各项产品工艺参数，如棒线材温度、水箱设置、棒线材直径、轧制速度等，能显著提升钢材低温韧性和机械性能（抗拉强度、屈服强度、变形性能等）。从温度控制方面看，在小型棒线材轧制过程中，一般通过控制轧机温度来管控温度，以满足变形条件，生产出韧性较好的钢材，并且还要做好脱碳简化和消热处理，尤其是一些非调制钢材，必须严格温度控制和冷却过程，才能制成一些高标准的元件。从变形制度方面看，其本质的奥氏体结晶与晶体成长过程，奥氏体转变为铁素体的过程中会产生大量变形较大的奥氏体，对其进行晶体化处理后会得到细小铁素体晶粒，在进入二段变形制度后，会继续结晶，这种工艺可以在奥氏体结晶过程中复制出对应晶体，对这些晶体进行共同轧制。

2.2 控制冷却技术在棒线材生产中应用

在棒线材生产过程中，控制冷却技术的作用是改善钢材组织力学性能、表面铁皮生成量，使轧制产品从高温状态转变为常温状态，是十分关键的工艺技术。控制冷却技术包括一次冷却、二次冷却和三次冷却三个阶段，是在控制轧制后对热轧钢材进行冷却参数控制，调控钢材组织性能，进一步提高钢材强度和韧性，为后续工艺开展奠定基础^[5-6]。钢材控制冷却技术热处理阶段有三个，在淬火阶段，棒线材从轧机中转移至冷却水箱中，得到表面淬火组织；在回火阶段，棒线材离开水箱后，表面与内部温度形成较大差异，内部热量迅速扩散至表面，其表面淬火组织自动得到回火处理；在自然冷却阶段，主要在冷床上完成。在实际应用过程中，不同钢种，其转变温度、时间和特征各不相同，需要积极改进相关技术，优化钢材及生产工艺原料成分、冷却制度等，显著提高带肋钢筋强度、塑性、抗震和焊接性能，为企业和社会创造巨大经济效益。如新一代TMCP工艺，能够控制网状碳化物的数量、大小、形状、分布和组织性能等均匀程度，延长轴承钢疲劳寿命，其中，Φ40至Φ60mm热轧轴承钢≤2.0级合格率为96.7%，Φ40mm以下合格率为100%，目前已经广泛应用于兴澄、宝钢特钢、石钢等公司。

3 控制轧制与控制冷却技术自动化

在棒线材的控制轧制与控制冷却技术自动化应用中，其自动化设备主要包括控制器、控制阀、测量元件变送器等，在实际工作中，系统会预先设定一个控制轧制和控制冷却工艺参数，并对其进行偏差检测，确定偏差值；检测结束后，由控制器将检测结果输入至控制阀单元，在这一单元综合考量控制通道特性、时间常数、放大系数等，选择适宜操纵变量，以实现自动控制。在自动化实施应用过程中，可以直接测量相关工艺参数，并将其作为被动变量输出，当被动变量进入测量元件变送器后，可自动测量和调节控制该工艺参数，对检测偏差值、给定工艺参数和最终测量值进行比对，以此为依据，自动调整控制轧制与控制冷却工艺参数，确保其处于预定参数区间内，形成一个自动循环的自动控制系统，实现自动化生产。

4 结束语

综上所述，控制轧制和控制冷却技术是棒线材生产发展中极为关键的内容，也是目前钢材领域管控的重点，对控制轧制和控制冷却技术进行创新和优化，准确把握其技术要点，能够实现钢材生产成本的降低、减少合金元素用量，节省资源和能源，还能实现钢材性能的全面提升。因此，相关人员和企业应当加强技术研究和应用，根据不同钢种做出具体分析，以满足实际施工要求，取得显著成效。

参考文献

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[3]王辉. TMCP新技术助力钢企绿色转型——记2017年度国家科技进步奖二等奖项目"热轧板带钢新一代控轧控冷技术及应用"[J]. 中国科技奖励, 2018, (001):65-67.

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