低碳钢低温轧制工艺实验研究

魏 兵，韩 斌，杨 奕，谭 文，汪水泽，刘 洋

（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北 武汉，430080）

据中国钢铁工业协会统计，我国冶金产品的成本构成中，能源费用占产品成本构成的32%［1］。现代钢铁生产，从连铸到精轧成品过程中，大部分能量消耗在钢坯再加热过程中，即加热能耗占工序总能耗的70%～80%（冷坯加热），而用于轧制的能耗仅占20%～30%。

传统的热轧生产工艺是将钢坯加热到Ac3线以上的奥氏体区，然后在高温奥氏体再结晶区进行轧制，板坯加热温度一般为1250℃，终轧温度在Ac3以上，这是占主导地位的常规热轧生产工艺［2］。本文所采用的热轧低温轧制技术有别于传统的热轧生产工艺，其板坯加热温度低于传统热轧生产工艺的加热温度，目的是为了大幅度降低坯料加热所消耗的燃料，是一种节能型的轧制技术。通过降低加热温度，金属的烧损也明显减少［3－4］。在保证热轧带钢力学性能的前提下，适当降低精轧开轧温度，可明显减缓精轧区氧化铁皮的形成，从而获得表面质量良好的热轧带钢［5］。因此，低温轧制技术是一项既可降低生产成本又可提高热轧带钢产品质量的生产工艺技术，但也存在如下缺点［6］：①加大了轧材的变形抗力，从而增大了轧制力和轧制功率；②降低了轧材塑性，对轧制设备提出了更高的要求；③有时需降低道次压下量，增加轧制道次。本文开展低碳钢的低温轧制试验，并采用力学模型对某钢厂热连轧轧机能力进行校核，以期为热连轧产线的低温轧制工艺提供参考。

1 低温轧制试验

1.1 试验材料

试验用钢取自真空炉冶炼的低碳钢，其化学成分如表1所示。试样钢尺寸为150mm×120 mm×38mm的试样。

表1 实验钢种化学成分（wB／%）Table1 Chemical compositions of steel

1.2 实验工艺

试样钢经中试加热炉分别加热至1200、1170、1150℃（相应编为1＃、2＃、3＃试样），加热时间120min，在直径为800mm的二辊实验轧机上轧制7道次，模拟精轧，终轧温度为860℃，轧制完后经层流冷却至650℃。轧制工艺如图1所示。

图1 低碳钢轧制工艺示意图Fig.1 Rolling technology of low carbon steel

将轧后低碳钢分别取样，制作标准拉伸试样和金相试样，其中拉伸试样的标距为15mm，依据GB／T228.1—2010测定其力学性能；金相试样经粗磨、精磨及抛光，用4%的硝酸酒精腐蚀，在光学显微镜下观察其金相组织。

2 实验结果

2.1 微观组织

图2所示为试样在不同温度下轧制后的微观组织照片。由图2中可知，1＃、2＃、3＃试样的微观组织都是较细小的等轴铁素体＋极少量珠光体（F＋P），晶粒的平均直径分别为12.1、11.5、10.8 μm，这主要是因为加热温度下降，使低碳钢较小的原始晶粒度在轧制中遗传的结果。因此，在终轧温度860℃不变的条件下，开轧温度的降低（从1200℃降至1150℃）对低碳钢的微观组织没有明显的影响，但是铁素体晶粒的直径减小了1.3 μm。

2.2 力学性能

1＃、2＃、3＃试样低温轧制后的力学性能如表2所示。从表2中可知，加热温度从1200℃降至1150℃，轧后试样的屈服强度提高了9MPa，抗拉强度提高了6MPa，延伸率下降了1.5个百分点，但力学性能仍满足JIS G 3131—2010标准的要求（Rm≥270MPa，A50≥31%）。试样力学性能的变化主要是由于晶粒的直径减小引起的。

3 轧机能力校核

在工业生产中应用低温轧制工艺技术，首先须考虑低温轧制条件下轧制设备的安全性，因此须结合现场轧制工艺来校核轧机的能力。选取加热温度为1170℃，采用表3所示的低温轧制工艺参数进行轧制，并利用采里科夫公式对低碳钢轧制时轧机能力进行模拟计算。

粗轧、精轧各道次所需轧制力和轧制功率计算结果如图3所示。从图3中可以看出，低碳钢的RT2温度从1065℃降至1030℃时，精轧的轧制力变化较小，精轧轧制功率增加了300～1200 kW，但是距额定功率还有较大的空间，表明加热温度还可以继续下降。通过进一步的计算可知，在保证终轧温度的前提下，对应RT2温度降低30℃，轧制速率需提高1.0～2.0m／s，相对应的F3、F4机架的功率将达到7000～8000kW。因此，针对低碳钢，RT2温度继续降至1020℃时，设备能力仍可满足低温轧制的要求。

表2 低温轧制后低碳钢的力学性能Table2 Properties of low carbon steel at low temperature rolling

表3 轧制工艺参数Table3 Rolling process parameters

图3 粗轧机、精轧机能力校核Fig.3 Checking of roughing and finishing roll

4 结论

（1）在保证终轧温度不变的前提下，加热温度从1200℃降至1150℃，低碳钢的微观组织都是铁素体和珠光体，铁素体的晶粒直径减小了1.3 μm；试样的屈服强度提高了9MPa，抗拉强度提高了6MPa，延伸率下降了1.5个百分点，材料力学性能满足标准的要求。

（2）利用力能参数模型进行低温轧制时轧机能力校核计算，对于低碳钢，加热温度从1230℃降至1170℃，粗轧机、精轧机能够满足低温轧制的要求。

［1］中国钢铁工业协会.中国钢铁工业发展报告［R］.北京：冶金工业出版社，2012：215－233.

［2］徐光，张丕军.金属低温变形理论与技术［M］.北京：冶金工业出版社，2007：1－40.

［3］李小玉.低温轧制技术及应用［J］.轧钢，1998，6（S）：13－18.

［4］王捷.低温轧制技术与节能［J］.中国冶金，1997（6）：18－23.

［5］黄传清，陈建荣，黄夏兰，等.宝钢2050mm热连轧低温轧制技术应用简析［J］.宝钢技术，1999（1）：13－21.

［6］完卫国，李祥才.棒线材低温轧制技术发展［J］.中国冶金，2005（1）：11－16.