国内H型钢控轧控冷现状与发展

1、国内 H 型钢控轧控冷现状与发展摘 要：简要介绍了国内 H 型钢生产工艺特点及其控轧控冷的现状，分析了对 H 型钢生产实行控轧控冷的可行 性。关健词： H 型钢，控轧，控冷1 前言H 型钢作为一种经济断面钢材问世已有几十年，现已广泛应用于高层建筑、桥梁、车辆、码头、电力、制造业等领域。与世界发展水平相比，我国H型钢生产起步较晚，从1998年马鞍山钢铁公司引进德国工艺技术与设备的大H型钢生产线投产以来，经过十多年时间的发展，已先后培育岀马钢，为推动我国钢铁工莱钢、津西、日照、长治等 H 型钢主流生产企业，加快了我国 H 型钢生产的发展， 业结构调整和钢材品种优化做岀了重要贡献。H 型钢控制轧制、

2、控。而我国尽管近随着H型的广泛应用，对 H型钢的力学性能要求也越来越高，从而引发了对 制冷却技术的研究。国外已有了相关的研究成果，并运用于生产，但技术仍未成熟 几年 H 型钢生产水平不断提高，为研究控轧控冷技术提供了平台，但认识较晚，正处于起步阶段，运 用控轧控冷技术改善 H型钢强度、韧性和焊接等性能的工艺还比较少。本文结合热轧工艺特点，分析 了控轧控冷中需要注意的几个关键因素。2 国内 H 型钢生产工艺特点我国热轧 H 型钢工艺布置与产品规格相关，可以统分为大型和中小型。大型生产线比较常见是-3-1串列式轧机布置和 1 -3串列式轧机布置，以马钢和莱钢为代表，生产工艺为连铸坯T加热炉 f高压

3、水除鳞f开坯机可逆轧制f热锯切头/尾f万能轧机可逆轧制f热锯切头尾及倍尺分段f冷床f矫直机f成排台架f冷锯切定尺f码垛机收集f打捆机包装f成品入库。图 1 莱钢热轧 H 型钢大型生产线工艺布置简图11步进式加热炉； 2高压水除磷装置； 3二辊可逆式开坯机； 4热锯（一）； 5万能精轧机； 6热锯（二）； 7冷床； 8矫直机； 9成排台架； 10冷锯； 11堆垛台架； 12改尺锯； 13打捆机； 14成品台架中小型生产线则采用粗轧可逆开坯+精轧连轧布置，以津西中小型为代表，生产工艺为连铸坯f加热炉f高压水除鳞f开坯机可逆轧制f飞剪切头/尾f多列万能轧机连续轧制f冷床f矫直机f成排台架f冷锯切定尺

4、f检查台架f码垛机收集f打捆机包装f成品入库。图2津西中小型H型钢生产线工艺布置简图（单线）1步进梁式加热炉； 2 高压水除磷装置； 3开坯轧机； 4飞剪； 5精轧机组（ 10架）； 6步进齿条式冷床； 7 十辊辊式矫直机； 8成排收集台架；9 倍尺固定锯；10 移动锯；11定尺固定锯；12-检查台架；13短尺收集台架；14 堆垛台架（12mx 2） ; 15 堆垛台架（18mx1） ； 16打捆机；17 成品收集台架。3 对控轧可行性分析控制轧制（TMCP技术的核心是晶粒细化和细晶强化，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧 制原理是应用了奥氏体再结晶和未再结晶两方面理论，控制奥氏体再结晶的过

5、程，利用固溶强化、沉 淀强化、位错强化和晶粒细化机理，使内部晶粒达到最大细化改变低温韧性，增加强度，提高焊接性 能，是将相变与形变结合起来一种综合强化工艺。根据奥氏体发生塑性变形的条件控制轧制可分为三 种类型。（ 1）再结晶型的控制轧制（ 2）未再结晶型控制轧制（ 3）两相区控制轧制。H型钢H 型钢控制轧制即对轧件温度和变形量进行控制，可以参考中板的低温控轧技术，但由于 断面复杂，二者存在差异。3.1 控温轧制按目前H型钢生产技术水平，控温轧制有两种。一种是利用连轧机轧件温降很小或升温的特点， 降低开轧温度，使终轧温度与开轧温度相差不大，主要目的是节能，即低温轧制；另一种卢森堡阿尔 贝德Dif

6、ferdange 厂开发的TM-SC工艺（控轧-局部冷却工艺），不仅降低开轧温度，并且将终轧温 度降至再结晶温度以下，除节能外，还能提高产品的力学性能。低温轧制就是将钢坯加热到低于常规加热温度，在低于常规热轧温度下进行的轧制。该技术是降 低轧钢系统工序能耗的重要节能措施，可减少燃料消耗；另外降低加热温度，钢坯加热时奥氏体晶粒 尺寸大大减小了，低温轧制钢材的晶粒较细小，提高了产品力学性能。从提高性能和减少能耗的的角度来讲，降低开轧温度对H型钢生产有利。但目前大、中小型热轧H型钢生产工艺普遍采用半连轧，异型坯和矩形坯需要开坯机经过59道次轧制后送入万能精轧机。由于开坯机轧制时为可逆轧制，虽然塑性变

7、形功会转变为热而使轧件升温，但由于轧件散热面积大， 可逆轧制时间长，散热较快，轧制过程中随着温度的降低，变形抗力和轧制功率增加，若轧制力不能 满足要求，则对轧件宽展和延伸影响很大，同时也增加了下游万能轧机的负担。因此开坯温度与普通 热轧型钢温度相同，定在11001200 C，低温轧制可行性不大。大型生产线万能轧机也为可逆轧机，通常需要57 道往复轧制。随着轧件长度增加，头尾部温度下降快，尤其腹板中存在轧辊冷却水，使得腹板温度较翼缘温度低。TM-SC工艺通过在轧机上安装水冷装置，对翼缘和腹板的过渡区实行优先局部冷却，消除温差，使H型钢横截面温度均匀，为轧后冷却提供条件。马钢大 H 型钢生产线根据

8、自身工艺特点，率先在控温轧制工作方面做了一些研究，通 过实践摸索，对温度控制掌握了一些规程，为保证万能轧制顺利进行，进入万能轧机温度需要控制在 950 C以上。与大型生产线相比， 中小型生产线对实现控温轧制有优越性。 中小型生产线精轧机组为连轧布置， H型钢轧制和长材控温轧理论相同，90 %以上的塑性变形功都会转变为热而使轧件升温。低温轧制时,变形功及形变热随变形温度的降低而增加，轧件的温升比高温时显着，加之一般精轧时的轧制速度都 比较高，来不及散热，变形热导致的温升将更加突岀。故为在H型钢连轧机上实现控温轧制提供了条件。3.2 变形量控制H 型钢轧制变形量控制分为开坯和万能轧制的变形量控制。

9、万能轧制变形量控制又包括腹板和翼 缘的变形量控制。开坯轧制与万能轧制变形量分配，从性能方面考虑希望万能轧制变形量增加，但为了保证开坯机 能轧岀合格的万能轧制坯料，又必须保证开坯机有一定的变形量。所以在保证万能轧制的总变形量达 到 60%以上的前提下，综合考虑二辊轧制的变形规律、待温时间和万能轧机的连轧次数等因素来分配 万能轧机和开坯轧机的变形量。万能轧制各道次的变形量分配主要考虑温度逐步降低以及道次变形量逐步减少，确定万能轧制各 道次的变形量分配原则是保证单道次压下率不小于10%。其次， H 型钢万能轧制过程中，轧件翼缘和腹板的压下量不同，其变形过程不像板带一样采用单 一的压下量，轧制时内部金

10、属从翼缘流向腹板。压下量大的部位受到压下量小的部位牵制，若腹板压 下量过大，则易岀现腹板波纹质量缺陷，若翼缘压下量过大，则会岀现轧卡事故。从现场生产情况来 看，翼缘相对压下率约为腹板相对压下率的 1.02 1.04 倍较合适。关于对变形量的控制，结果并不是唯一的，是否合理与温度、轧制力等条件有关，也与现场生产 经验有关。4 轧后控冷现状轧后控冷是继控制轧制后进一步提高产品性能的一项技术，与棒线材控制冷却原理相同，对轧后 的 H 型钢进行快速冷却使表面生成马氏体组织，在轧件中心冷却之前停止冷却，表面马氏体组织利用 中心余热进行自回火。由于 H 型钢断面复杂，冷却工艺要求很高，需要保证终轧断面温度

11、均匀并且冷 却过程中冷却均匀。H型钢万能精轧机终轧后轧件温度在850900 C,若生产厂家提高产量，加快生产节奏，则终轧温度更高， 现场通常采用空冷， 由于无法快速冷却， 残余应力得不到消除， 上冷床后会出现腹板波纹、 翼缘波纹、腹板偏心等缺陷，轧件的力学性能也偏低。且轧件下冷床后温度高于100 C,不能满足矫直工艺要求，即使高温矫直后，轧件在冷却过程中产生的内应力会使轧件重新发生弯曲。为了降低轧 件温度，有些生产线在初建时考虑了冷却设施，如水冷和风冷，但实践证明这两种方法得不到预期效 果。目前国内厂家已通过自主创新，不断摸索研究和实践，取得了一定成效。莱钢中型厂H型钢生产线通过在成品孔型后设

12、置在线控制冷却装置，对成品孔型轧岀的轧件立即 进行控制冷却。该装置分为摆动辊道和输出辊道，在 H 型钢腹板上下以及翼缘两边设立喷嘴，由高压 水箱和高压风机将冷却水打散成水雾喷射到轧件上，加快冷却效果，冷速最大可达100C /S，使轧件在精轧机后短时间内大幅度降温， 降低了上冷床温度， 提高了冷床的生产能力， 并且提高了产品性能。日照 H 型钢厂在冷床下采用喷雾冷却设施，达到了生产效果。该喷嘴通过气腔和水腔将水气输送 到水气混合腔后由顶针向外散开成水雾均匀喷射在轧件上，轧件冷却时间短，能保证所有规格下冷床 温度下降到100 C，彻底解决冷床冷却能力不足的问题。与国外技术相比，我国研究和实践已显落

13、后。国外已岀现轧后超快速冷却技术，得到均匀的铁素 体+珠光体组织，且晶粒较细，提高了产品的屈服强度。5 结语目前国内外H型钢控轧控冷技术还没有趋于成熟，但控轧控冷已成为国内外公认的发展方向。我国 H 型钢生产已初具规模，现已有条件加快步伐开展这方面的研究。（1） 发展近终形坯短流程技术，简称CBP 技术。该技术以近终形连铸坯为原料，用一架轧边机 代替原来的开坯机，轧制得到万能轧机需要的断面尺寸。通过这种途径可以降低轧制温度，实现温控 轧制。（2）在轧线设立保温罩，降低开坯温度，对轧件温度实行控制，研究低温轧制的可行性。（3）尝试开发万能轧机机架间冷却装置，对翼缘中心表面及R 角冷却，使轧件温度均匀。（4）加强对精轧后冷却技术的理论研究，在短时间降温阻碍奥氏体晶粒长大，使晶粒细化，均 匀提高产品强度，对内部组织和力学性能实行控制。参考文献 :1 CUIjian,YANG Wen-yuan.Slag Splashing Process for 300t BOF at BaosteelJ.IronSteel,1998,33(10):1518234and钱健清，吴结才.控轧技术在H型钢生产中的应用.钢铁，2003 , 38 （ 3