薄带钢高精度轧制和热处理工艺与装备技术研发

康茂林

[摘 要]轧制产品尺寸精度的提高会产生巨大的经济效益。钢材应用部门连续化自动化作业的迅猛发展，除要求钢材的性能均匀一致外，还要求钢材尺寸精度的提高。板带材主要用于冲制各种零部件，因此要求厚度精度高，板形平直，以利于提高冲模寿命和冲压件的精度。板带材除对厚度和板形精度要求高外，由于板带要进行涂镀深加工，因而对钢板表面粗糙度也有特殊的要求。高精度棒、线、型材和管材可以减少加工件切削量。因此，轧制产品的高精度比是轧制技术发展的重要趋势之一。本文介绍了热轧除鳞技术、无头轧制等高精度轧制技术。

[关键词]薄板坯；高精度；除磷技术；无头轧制

中图分类号：TG335.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0023-01

1 薄板坯连铸连轧中的除鳞技术

1.1 达涅利公司开发的板坯除鳞技术

图1为达涅利公司分析氧化铁皮在轧钢过程各个阶段的生长情况。

达涅利公司的观点是，在隧道炉内形成的主要是由Fe3O4組成的一次氧化铁皮，可以由粗轧机前的主辊轧机入口侧的除鳞机消除；在立辊与粗轧机以及保温输送辊道与精轧机的除鳞机之间，仍会产生大量的二次氧化铁皮，其成分主要是Fe3O4和Fe2O3，可以由精轧机前的除鳞机消除；在精轧机除鳞箱到精轧终轧机架之间形成的三次氧化铁皮中FeO含量高，比较容易清除。在此区段，带钢的表面会被压入的氧化铁皮损坏，而且精轧机的3架工作辊也会因它带来的磨损而被损坏。

由图1可知在不同的轧制阶段，氧化铁皮的组成比例和种类情况。为了避免压入氧化铁皮的缺陷，达涅利公司在其薄板坯连铸连轧项目中采用了如下措施。

（1）限制中间坯厚度

如果最后一个精轧机架的出口处条件（带钢温度、厚度和轧制速度）不变，中间坯越薄，在除鳞箱和F1之间以及在精轧机架间用的时间就越少。因此，在达涅利公司的工艺技术中设置了粗轧机，其在美国的北极星钢厂甚至有两台粗轧的串列轧制一般可使板坯厚度从90mm减少到35mm。作为一个实例，表1中列出了1.4mm厚的带钢在精轧机的停留时间（计算用的中间坯厚度为50mm和32mm）。

由表1知，用32mm厚的中间坯代替50mm厚的中间坯，大大缩短了板坯在除鳞箱和机架F1之间的停留时间，可避免高温坯氧化铁皮的快速增长。

（2）高速轧制。按照输出辊道上带钢的输出极限，在精轧机上进行高速轧制，减缓氧化铁皮的增长。

（3）精轧机机架间冷却。在前3个精轧机机架间设有带钢冷却系统以控制终轧温度，避免因轧制速度的变化造成氧化铁皮的增加。

（4）设置除鳞系统和在线工作辊清洗系统。轧机配有下列系统：①隧道式加热炉之前的旋转式除鳞机。②粗轧机前的除鳞机。③精轧机前的除鳞机。④为精轧机工作辊清洗的抗粘辊系统。

（5）装备抗氧化铁皮粘辊系统ROLLSTAR该系统（辊面、温度控制和除鳞系统）是一种包括工作辊清洗系统在内的工作辊冷却装置。采用高压水喷淋，既可延长精轧机工作辊的寿命，又可提高带钢表面质量。由于温度和机械疲劳同时造成的工作辊表面裂纹会导致氧化铁皮的积累，这些氧化铁皮粘在辊上然后传到并压在带钢表面上，这种现象叫做黏辊。因为氧化铁皮会扩大工作辊表面的裂纹，使工作辊寿命大为缩短。为了避免氧化铁皮在工作辊表面的积累，就要在轧机机架内装入除鳞头。这些除鳞头在两块坯之间的间隙时间内定期使用，用高压低流喷淋装置清洗工作辊表面。通过工作辊移辊装置的轴向运动，可以改进清洗操作。

1.2 西马克公司的除鳞技术

西马克公司针对薄板坯连铸连轧氧化铁皮难于清除的问题，也开发研制了新型除鳞机。该型除鳞机的喷嘴是固定的，水流从一定的角度喷射到板坯表面。为了防止水在板坯表面残留，降低板坯温度，在除鳞机内部水流反射面的上方安装集水管，收集残留的水。除鳞水压较高，通常为35MPa，最高可达44MPa。

2 在常规热连轧线上的无头轧制技术

在现有常规热连轧线上，在粗轧与精轧之间将粗轧后的中间带坯在数秒钟之内快速连接起来，在精轧连轧机组实现无头轧制，经层流冷却线后的飞剪切断，由卷取机卷成热卷。其设备主要有：在粗轧与精轧之间设置热卷箱、切头剪、中间板坯连接装置及卷取机前的飞剪。

（1）无头轧制板带的精度和成材率

无头轧制的效果，可从板厚精度、温度精度和成材率等方面来考察。在厚度命中率上，无头轧制无论是1.2mm还是1.0mm都超过了9%。这是因为常规轧制中由于穿带造成的板厚波动在无头轧制中大幅度降低；在成材率方面，无头轧制提高超过1%；在精轧出口温度和卷取温度命中率方面，无头轧制两者的精度都上升了2%以上。这是因为板带的形状稳定、温度容易降低的原头部以1000m/min以上的高速穿带。

例如，无头轧制中从1.2mm变更板厚轧制0.9mm带材时的厚度变化，除首块钢头部外，全长板带的厚度精度在±30μm以内；F7出口板形仪的实测平坦度表明，首块钢头部为1%，之后通过板形反馈控制变为0.3%，此后由于实现了稳定轧制，可保证全长的平坦度。

（2）无头轧制板带的品种和性能

为发挥无头轧制技术的优势，进行了大量的新产品开发工作，其中包括生产优质极薄热轧带钢和连接冷轧工序生产各种优质薄带钢等。采用无头轧制技术，将常规的最小板厚1.2mm扩大至0.8mm，并且可轧制诸如1.2mm×1500mm的宽幅薄材。极薄热轧带钢尺寸精度优于传统热轧带钢，材料特性与传统产品相当，但组织性能均匀性和稳定性明显优于传统产品，是适应轻量化、节能减排趋势的新产品。

在无头轧制极薄带材时，首块钢头部和末块钢尾部厚度定为常规轧制最小厚度1.2mm，中间实施极薄规格轧制。对于轧制中变更板厚的前后2块钢，设定最优轧制规程，变更各机架辊缝和轧辊速度。采用分散控制的高响应张力控制技术可在0.5s左右的短时间内稳定地进行轧制中变更板厚的技术。

关于极薄热轧带钢的力学性能，1.0mm极薄热轧带钢的Re和Rm波动很小，1.0mmRTCH钢的伸长率平均为36.5%，与JIS标准相比有较大幅度提高，可用于深冲成形，纵断面全部为微细的热轧组织，无异常晶粒。另外，采用无头热轧技术在铁素体区轧制的结果表明，沿带钢全长实施稳定、充分的润滑，此热轧板经冷轧退火后，呈现极高的r值，平均达3.0。

关于极薄热轧带钢的涂装性，1.0mm极薄热轧带钢具有与热轧厚板和热轧酸洗板相同的剥离性能，可作涂装用。极薄热轧带钢目前主要用于圆管或方管、各种形状的槽形材等，最终用途为房顶支柱，以及水管、家具管等管类，其他用途仍在开发中。

3 结语

随着国民经济和相关行业发展的拉动，板带钢发展的速度和规模已经从数量上适应了需求，甚至出现了供大于求。当今板带材生产企业竞争的焦点将集中在提高产品质量和档次，扩大品种规格，降低成本和消耗，提升产品的附加值和生产线的综合竞争能力上。轧制新技术的应用极大促进了汽车板之类的高附加值产品的开发和研制。

参考文献

[1] 高精度轧制技术[M].冶金工业出版社，黄庆学，梁爱生著，2002.

[2] 无头轧制技术的发展与应用[J].张晓力，付成安.河北冶金.2012（04）.