超快冷技术在碳锰钢中的应用.docx

超快冷技术在碳锰钢中的应用由于先进钢铁材料开发的需要，控制冷却技术已由传统的对轧后钢板开始冷却温度和终止冷却温度的控制转向对板带整个冷却过程的控制，其实质是通过对轧后板带冷却过程的温度控制，达到对板带冷却过程中相变及组织形态的控制。超快速冷却（UltraFastCooling），简称UFC，是近年来国际上发展起来的一项用于控制带钢冷却的新技术。配合其它一些先进钢铁材料的轧制新技术，如铁素体区轧制双相钢、相变诱导塑性钢的轧制以及薄板坯连铸连轧（CSP）等，在轧制生产过程中可以实现快速、准确的温度控制以获得相应的相变组织。本篇介绍了热轧超快冷装置的技术原理、布置方式及冷却特点，分析了前置式超快冷技术对碳锰钢的影响，以及攀钢在工业生产低成本Q345热轧钢板中取得的效果。1超快速冷却技术的原理及特点1.1层流冷却的原理冷却水落到热钢板表面上以后，立刻沸腾汽化，在冷却水与钢板的界面上生成一层汽膜。由于汽膜与钢板之间的换热系数远小于水与钢板之间的换热系数，所以汽膜的存在影响了换热效率，使进一步提高冷却速度受到限制。目前广泛使用的管层流和水幕冷却装置，是使冷却水在高位水箱产生的压力作用下自然流出，形成连续水流并连续稳定地落到钢板上后，动量转化为冲击力，击破钢板与冷却水之间的汽膜，提高冷却效率。这种冷却方式的问题是，无论是管层流还是水幕，其击破汽膜的范围都是很有限的，仅限于在连续水流正下方的局部区域内，离开这个区域，在钢板和冷却水之间的界面上仍然有大面积的汽膜存在。1.2超快速冷却的原理为了进一步提高冷却效率，比利时CRM研究所设计的UFC冷却装置要点是减小每个出水口的孔径，加密出水口，增加水的压力，保证小流量的水流也能有足够的能量和冲击力，能够大面积地击破汽膜。这样，在单位时间内有更多的新水直接作用于钢板表面，大幅度提高换热效率，实现超快速冷却。1.3超快速冷却装置的特点对于传统流程热轧生产线，根据生产节奏以及产品开发的需要，UFC可用于铁素体区轧制时中间坯的快速冷却，以及结合普通层流冷却，用于轧后冷却的前置式或后置式的组合冷却，以满足产品开发的需要。1）中间坯的超快速冷却，布置在粗轧机和精轧机之间，控制精轧入口温度。根据铁素体轧制的要求，粗轧出口温度一般在920以上，其精轧入口温度一般在800-850左右。中间坯依靠空冷自然冷却所需时间较长，影响生产节奏，配置方式可以减少轧件进精轧前的待温时间，降低精轧入口温度，为实现微合金钢的控轧、超细晶粒钢的低温大压下、以及铁素体区轧制提供了保证。2）前置式：布置在精轧机和层流冷却之间，目的是使轧后迅速冷却，降低相变温度，促进铁素体晶粒细化，改变碳化物（渗碳体）的尺寸和分布，在相对较高的卷取温度下，提高钢板的强度，同时可以降低微合金元素在高温转变时的析出，增加析出强化效果，也可以利用超快冷快速进入铁素体区，以缩短开发DP和TRIP等钢种所需的冷却系统的长度。3）后置式：布置在卷取机和层流冷却之间，用于控制铁素体（贝氏体）转变量，通过冷速较低的层流冷却实现部分奥氏体向铁素体的相变，并由后置UFC进一步抑制高温区的铁素体相变，使残余奥氏体向非平衡相（贝氏体、马氏体）转变，通过卷取温度的控制，实现DP、TRIP钢的经济生产。2前置式超快冷对碳锰钢的影响分析该装置由上下喷水系统、冷却设备保护装置、喷水系统结构支架、倾翻机构、水系统配管、阀组控制设备以及相应的检测仪表、电控设备组成。主要技术参数如下：采用高密度扁平喷射冷却装置，总水量最大为2500m3/h，水压为0.3-0.7MPa，设计冷却速度为10-400/s。热轧后，采用超快冷技术，保持变形后的奥氏体不变直到动态相变点，通过提高过冷度（TAe3-Ar3）来增加铁素体的形核率，以及抑制冷却过程中奥氏体晶粒或铁素体晶粒的长大，从而细化铁素体晶粒。通过化学成分设计（降低碳、锰含量）或轧制工艺控制（细化奥氏体晶粒尺寸）使钢的CCT曲线1向左上角移动成为曲线2，当卷取温度为CT1或CT2时采用UFC工艺都可以得到较为细小的铁素体珠光体组织。若与控制轧制相结合，提高中间坯厚度和F4-F6精轧机的压下量，利用形变诱导相变和铁素体的动态再结晶原理，增加形核点，对细化晶粒的作用将更加明显。所以，充分发挥超快冷的工艺优势，可以降低钢种成分中合金元素的加入量，有利于降低碳锰钢（如Q235、Q345）的生产成本。3工业应用效果3.1技术要求根据前述分析，前置式超快冷通过增加铁素体的形核率、抑制冷却过程中奥氏体晶粒或铁素体晶粒的长大，从而达到细化铁素体晶粒的目的，若与控制轧制相结合，效果会更加明显。攀钢利用超快冷装置进行了低成本Q345热轧钢板的工业试验。试验钢的Mn含量由原来的平均1.15%左右降低到0.80%，其它仍按GB/T1591-2008执行。热轧的中间坯厚度为36-40mm，终轧温度范围为830-870，超快冷终冷温度范围为650-750，卷取温度范围为560-620，冷却模式采用超快冷+前段层流冷却，超快冷装置的水压为0.4-0.6MPa。3.2化学成分试验钢的化学成分满足GB/T1591-2008的要求，其中化学成分中的锰含量比原工艺生产的Q345热轧钢板有大幅度的降低，平均下降0.47%左右。3.3力学性能和工艺性能采用超快冷工艺生产的Q345热轧钢板，其屈服强度、抗拉强度和延伸率均满足标准要求，且性能波动范围较小，合格率达100%，宽冷弯和系列低温冲击试验远高于国家标准规定的指标，且试验温度达到-40时均未出现明显的脆性转变。3.4用户使用情况目前，攀钢已采用前置式超快冷装置生产低成本Q345热轧钢板8万余吨，主要用于冲制汽车纵梁加强盒和备胎升降机支架等零件。从现场跟踪情况来看，冲压工艺稳定，表面质量正常，没有出现开裂及其它异常现象，表明采用超快冷工艺生产的低成本Q345热轧钢板完全满足用户的使用要求。4结论1）超快冷工艺是一种快速冷却能力极强的新型控制冷却装置，其原理新颖，装置独特，冷却效率比传