梅钢1 780 mm热轧低温轧制工艺探讨

王宁宁

（上海梅山钢铁股份有限公司热轧厂，江苏 南京210039）

1 前言

轧后冷却是热轧带钢生产的重要工艺手段，通过提高轧后冷却速度，可以抑制热轧后变形奥氏体的再结晶，防止奥氏体晶粒长大，从而在后续的相变过程中细化铁素体晶粒，低成本实现材料的细晶强化。快速冷却是新一代TMCP（控制轧制与控制）的代表性技术，利用快冷可以抑制C、N化物的析出，使其在较低温度下在铁素体相变中或铁素体区析出，从而细化析出粒子，增加析出粒子数量，在同样的合金含量下，可以低成本提高析出强化效果。对于相变强化，通过快速冷却，可以抑制较高温度下发生的相变，促进较低温度下发生的中温或低温相变，低成本地实现材料的相变强化。在此背景下，快速冷却技术得到广泛应用。该技术充分利用了细晶强化、析出强化、相变强化、固溶强化等综合强化手段，进一步挖掘钢铁材料潜能，采用节约型的合金成分设计，以较低成本实现高性能钢铁材料的开发生产［1-3］。随着热轧技术的不断发展，新一代TMCP技术也广泛运用到热连轧实际中。梅钢热轧自2012年1 780产线投产以来，不断研究与运用TMCP技术，主要是针对一些合金钢如汽车结构钢等，采用低温终轧和低温卷取工艺，通过细化晶粒提高带钢力学性能。国内在低温终轧和低温卷取工艺方面也进行了大量的研究［4］，除了带来明显的合金减量化、性能提升以外，还面临着一些轧制负荷偏大、板形不良、轧制稳定性差等问题。目前，一些同类热连轧厂基本不采用此类工艺生产。本文针对热轧采用低温终轧和低温卷取工艺后，对轧制速度、轧制负荷以及带钢板形等方面都存在不同程度的影响进行了研究，找出不同工艺条件下热轧生产的优缺点，从而制定适合热轧稳定生产的工艺制度。

2 不同工艺条件下优缺点及影响因素

2.1 化学成分差异

采用低温终轧、低温卷取工艺，以达到细晶强化作用，提高强度，即采用低合金含量的出钢记号配合低温终轧和低温卷取工艺，以达到高一级别强度性能要求。例如，钢种QStE420TM采用高温终轧和高温卷取工艺时采用的出钢记号为IU5843A1，而采用低温终轧和低温卷取工艺时的出钢记号为DT5854A1，两个出钢记号的成分差异见表1。

表1 QStE420TM出钢记号成分对比%

通过两个化学成分对比，两个出钢记号合金成本相差50元/t左右。

2.2 轧制速度影响

为了达到细晶强化作用，降低精轧终轧温度可以起到低温大压下的作用，从而提高带钢性能。但终轧温度降低后，在其他条件不变的情况下，精轧轧制速度降低，从而导致精轧纯轧时间的加长。以3.0 mm×1 250 mm规格的QStE420TM钢为例，对比不同终轧温度的精轧轧制速度与纯轧时间情况，结果见表2。通过表2的数据可以看出，不同终轧温度条件下精轧轧制速度不同，造成精轧纯轧时间相差较大。测算两个不同终轧温度情况下的小时产量相差9.4%（间隙时间按40 s测算），其他条件不变的情况下，低终轧温度生产的燃耗将比终轧温度高9.4%，影响成本6.4元/t。

表2 厚规格不同终轧温度目标值精轧轧制速度对比

而薄规格终轧温度难以达到，不同的终轧温度对精轧轧制速度影响不大，对精轧纯轧时间也无影响。以2.0 mm×1 250 mm规格的QStE420TM钢为例，对比不同终轧温度的精轧轧制速度与纯轧时间情况，结果见表3。通过表3对比分析得知，薄规格由于终轧温度难以达到，不同的终轧温度精轧轧制速度基本相同，精轧纯轧时间相差无几，对热轧燃耗也基本无影响。

表3 薄规格不同终轧温度目标值精轧轧制速度对比

2.3 轧制负荷影响

采用低温终轧工艺后，由于精轧速度降低，精轧纯轧时间加长，造成精轧中尾部温降加大，精轧轧制负荷增加。以3.0 mm×1 250 mm规格的QStE420TM钢为例，对比不同终轧温度的精轧轧制负荷情况，结果见表4。通过表4数据分析可以看出，精轧由于纯轧时间加长，精轧机耗电增加，测算低温终轧较高温终轧精轧电耗增加5.5（kW·h）/t，增加成本3.8元/t。

表4 不同终轧温度目标值精轧轧制负荷对比

2.4 板形影响

目前精轧出口检测到的板形和最终板形不同的问题较为突出。精轧出后检测到板形良好的带钢，在下游工序进行纵向分条时，经常发生各分条弯曲变形，给用户带来较大损失。热轧带钢轧后无在线板形检测手段，也增加了板形控制的难度。浪形缺陷实际上是带钢应力分布不均的外在表现形式，通过分析带钢轧制方向的应力在带钢横向的分布演变规律，可将带钢轧后浪形演变规律的研究进行量化。当前减小残余应力的技术主要有边部遮挡、后段冷却、稀疏冷却、两段式冷却等。但在冷却工艺确定的条件下，除边部遮挡外的其他方法对带钢性能的影响较大，且实际生产对产品产量和质量有要求，不能无限制使用这些方法进行试验研究。因此，了解热轧带钢轧后冷却过程中的浪形演变规律以及各种工艺手段，对于解决轧后冷却浪形问题的有效性，是目前各钢铁企业迫切需要的。

采用低温卷取工艺，如卷取目标温度在500～540℃，带钢内应力加大，开卷后带钢易产生边浪缺陷。通过低温卷取和高温卷取两种板形对比，高温卷取后的开卷板形明显好于低温卷取后的板形。

2.4.1 横向卷取温度差异

对比高温卷取和低温卷取后带钢中部与边部温度差，如图1、图2所示。从图1可以看出，高温卷取带钢边部温度与中部温度差50～60℃，而图2中显示低温卷取带钢边部温度与中部温度差在80～100℃。由于带钢宽度方向上的差异，必然造成带钢宽度方向上的受力不均，从而产生内应力，当内应力大于起浪的临界值时，带钢开卷或纵切后必然产生浪形缺陷。

图1 高温卷取带钢横断面温度

图2 低温卷取带钢横断面温度

2.4.2 横向组织差异

采用低温卷取温度后，由于带钢横向温度差较大，造成带钢边部和中部的金相组织有一定差异，低温卷取后带钢的金相组织见图3。带钢边部和中部金相组织的差异，造成边部和中部体积有差异，极可能造成带钢内应力的加大，从而使得带钢产生浪形缺陷。

低温卷取边部与中部组织的情况对比发现，边部组织主要由铁素体与珠光体组成，晶粒度为11.5级。而中部组织虽然和边部相同，但晶粒度为10.5级，明显小于边部组织。

2.4.3 板形矫直

针对采用低温终轧和低温卷取工艺后带钢易产生浪形的问题，热轧轧线目前没有良好的手段去解决，只有通过平整线消除板形缺陷。目前，低温终轧和低温卷取的所有钢卷全部上平整消除浪形，测算成本增加50元/t左右。

图3 带钢金相组织

3 结论

3.1 由于薄规格轧制过程中终轧温度较低，且均采用上平整消除板形不良的工艺，具备低温终轧和低温卷取的条件，故成品厚度≤2.0 mm的产品（主要是低合金钢）可以采用低温轧制工艺实现合金降本的目的。

3.2 对于常规规格，采用低温轧制工艺对热轧轧制节奏和质量均产生影响，通过对成本进行测算，热轧成本的增加要大于合金成本的降低，故不建议采用低温轧制。

3.3 针对低合金钢开卷后的浪形问题，除了由于带钢宽度方向上温度不均造成的内应力之外，边部和中部的组织差异也是造成内应力差异的一个重要因素，故各钢种卷取温度的合理设定对带钢的浪形缺陷也可以改善。