迅速发展的控制轧制技术

控制轧制（TMCP）技术是取代离线热处理生产高性能钢材的一种生产技术，它的核心包括：

1、控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度；

2、轧制变形量的控制；

3、钢材的成分设计和调整。

由于不通过热处理炉离线处理即可生产高性能钢材，既为开发新品种增加了途径，又减少热处理设备投资，大幅度减少热处理能耗，且可节约合金资源，是具有高度实用价值的新技术。

控制轧制技术不仅适用于板材，特别是中厚钢板，而且也广泛用于棒材和钢筋生产。

一、中厚钢板的控制轧制

中厚钢板的控制轧制是通过控制轧制温度、冷却工艺、变形量控制以及钢材成分调整来控制相变过程以及钢材的组织类型、形态和分布以提高钢材的力学性能和研究开发新的品种。

实现控制轧制的前提条件之一，就是有良好的冷却系统，我国在“七五”期间就有工厂进行开发，“九五”后期和“十五”期间有不少工厂按设了选进冷却系统，简要情况列表如下。

目前普遍采用的是控制终轧温度和轧制后冷却速度，为了控制钢板冷却的均匀性，有些冷却系统配备了宽度遮蔽装置，辊道加速控制、快速开闭控制阀、自动设定和自适应控制等先进的技术和装备，实现了控制冷却系统的自动控制，提高了温度的控制精度以达到所需材料组织及性能预期目的。

舞钢、鞍钢厚板厂赞美正是采用TMCP工艺，生产出X70宽厚钢板用于制造大口径的输气管道，舞钢生产厚度50mm以下，屈服强度490MPa、590MPa级的超低碳贝氏体钢板，替代日本进口钢材。

国外在新建和改造厚板轧机中除温度控制外，还注重采用强力轧机，这既是适应控温轧制的需要，也为了加大单次压下量，以得到细晶粒组织，德国迪林根公司在改造其现有轧机时，除将原有4320mm厚板轧机更新为4800mm轧机外，在此轧机前增设一台5500mm厚板轧机，这是一台强力轧机，支持辊直径达2400mm，最大轧制压力为10800t，轧机用两台10900kW交流马达传动。德国西马克.德马克公司为瑞典钢铁公司更新厚板轧机时，最大轧制压力也达10000t。我国首钢等公司在更新3500mm轧机时，也实现了7000t轧制力，2×7000kW主电机水平，轧机机架刚度达10700kN / mm。宝钢正在建设的5000mm厚板轧机轧制力达100MN，电机功率为2×10000kW。

首钢中厚板轧机经更新改造后，由于装备了强力轧机和控制冷却系统，使厚板产品晶粒度由改造前的7～8级提高到12级，其中Q345D强度，延伸率和冲击韧性可满足高强钢板D36、E36，甚至D40、E40的要求。

在前述基础上国内厚板厂也加强了钢材成分设计和调整的开发研究，主要是通过适当降低碳含量，添加一些数量的Nb、V、Ti等微合金元素利用TMCP技术，进一步开发了不同钢材级别、不同使用性能的新品种，如已经生产出性能优良、含微合金元素总量小于0.03％ 460MPa级的细晶粒钢，晶粒尺寸从空冷条件下的20～30μm减少到加速冷却条件下的10μm。并且可以较好地抑制钢板的带状组织、以Q345D钢板组织为例，带状组织由改造前的3～5级降至1.5级以下，部分钢板完全消除了带状组织。

二、热轧带钢的控制轧制

过去热轧带钢的温度控制主要在于精轧机后设置层流冷却控制带钢冷却速度和卷取前的带钢温度，近年来新的发展一是铁素体轧制，二是精轧机架间冷却水控制。

1、铁素体轧制。铁素体轧制即是使带钢在精轧机轧制时呈铁素体的组织，这样做的好处是：

① 避免在Y→ α 两相区轧制，使轧制变形均匀，板形良好，力学性能均匀；

② 通过低温轧制，使钢材性能得到提高，可以少加或不加合金元素得到高强度、高性能钢材；

③ 氧化铁质量减少，工作辊磨损小，钢带表面质量提高；

④ 铁素体轧制配合良好的工艺润滑，可显著提高板材的深冲性能。

实现体素体轧制的途径在于粗轧和精轧机架之间要有强力的冷却系统，使中间带坯在进入精轧机组前温度要降到Ar3以下（通常约在830～860℃），精轧终了温了温度在750～810℃，卷取温度在650℃以上。

该技术在薄板连铸连轧生产线上，特别是生产超薄规格带钢时十分有利。

2、精确控制终轧温度。为精确控制终轧温度，在精轧机组后部机架间设有带钢水幕冷却装置，采用计算机控制，可使带钢的终轧温度精度大幅度提高，测量长度的95.4％可达到±13℃。在我国太原钢铁公司1549mm热轧带钢机的现代化改造中采用了此项技术，实践效果良好。

三、棒、线材的控制轧制

棒线材控制的基本原理和操作手段均和前述板带材控制轧制基本相同，它不仅可以简化工序，减少离线作业，还可以节约合金用量，用控制金属组织转变的办法开发性能优异的新产品。如利用纯净的低碳钢在奥氏体的非再结晶区保持温度施加一定的变形可以得到超细晶精钢材，替代目前靠微合金化生产的钢筋。它可使调质钢、碳钢免去常化处理，可使齿轮钢免于退火处理，可降低齿轮钢、调质钢、弹簧钢、冷镦钢球化处理后的硬度等。还在实际生产中运用于钢筋回火索氏处理，不锈钢散卷固溶处理等。

下面拟以安阳钢铁公司高速线材轧机利用控制轧制工艺和平铌微合金化HRB-400钢筋生产实践为例进行说明：

① 低温加热、控温轧制：传统工艺钢坯在出加热炉时温度为1200～1250℃，新工艺120×120mm方的20MnSiNb连铸坯加热到1000～1120℃出钢，高压水除鳞后约在950℃左右开轧，粗、中轧12道坎，预精轧4道次，压下率约为85％，经水冷及均温后轧件在910℃左右进入精轧机组，再经水冷段及均温段后，轧件温度为900℃时进入两机架终轧机组。

② 控制冷却：经减定径机组后的水冷段及均温段后，盘条温度约920℃时进入吐丝机，在斯太尔摩冷却线上采用延迟性冷却，保温罩全开，风机全关。经过斯太摩尔冷却线后盘条于600℃左右集卷。

③ 成分调节：高等级钢筋要求高屈服强度、高延伸率及良好的焊接性能，采用添加铌微合金工艺及控轧控冷技术，通过细晶强化、沉淀强化来提高屈服强度，改善韧性，同时低的碳当量有利于保证焊接性能，钢筋化学成分控制为：0.21％C，0.55％Si，1.42％Mn，0.021％Nb，碳当量为0.45％，屈服强度为453～598MPa，延伸率为25％～35.8％，强屈比为1.19～1.51，均超过GB1499 - 98中对HRB400的要求，其中Ø6mm、Ø8mm两种规格钢筋达到HRB500的水平。

④ 组织性控制：盘条组织均为铁素体＋珠光体，铁素体平均晶粒度大于9.5级。为减少氧化铁皮量及减轻轧后晶粒涨大的趋势， 吐丝温度应控制在950℃以下。为得到铁体＋珠体组织，冷却速度应控制在4℃/s以下，添加铌元素有两个作用，一是阻止奥氏体晶粒长大，二是仰制奥氏体再结晶，为使铌能充分溶解（[Nb]<0.1%细的奥氏体粗化温度为1050～1100℃），又要尽可能获得较小的奥氏体原始晶粒，需选择合适的加热温度。

以上实便说明采用铌微合金化和控轧控冷工艺生产HRB400钢筋是完全可行的，并有可能开发制成HRB500。

四、展望

1、控制轧制是一项简化工序、减少离线作业，节约能源、提高金属回收率，节约合金用量、用控制金属组织转变的办法开发性能优异新产品的先进技术，意义重大，应该迅速推广使用。

2、控制轧制是一项系统工程，不仅需要有可精确控制的冷却系统，还需要有适应控制轧制的强力轧机，强力矫直机等设备，以及注意调节化学成分等，在今后新建轧机和改造现有轧机时都应为实行控制轧制创造必要的条件。

3、控制轧制不仅在前述板、带材和棒线材生产中有效，也应在型材、管材等领域进行开发研究，取得经验后推广。