热轧钢实现减量化节约化生产的重要进展

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我国国民经济持续高速发展，使钢铁的需求量和生产量迅速上升，造成钢铁企业成为能耗和排放大户，其中，量大面广的热轧结构钢生产更是首当其冲。如何减少对合金元素的依赖和资源的消耗，减轻环境负荷，使有限资源得到合理利用，达到提高产品性能、节约能源与资源的目的，是当前热轧钢生产技术必须解决的一个重要问题。

对于热轧钢来说，绝大多数钢铁材料在轧后冷却过程中均发生复杂的相变，冷却过程的控制可以在很大范围内改变钢铁材料的组织和性能。这是钢铁材料区别于其它金属材料的一个重要特点。然而，轧后冷却技术的发展相对落后于轧机，使得钢铁材料的潜力未能得到充分的挖掘。

近期，东北大学联合钢铁企业自主开发出热轧带钢和中厚板生产线的轧后超快速冷却装置(UFC)，它是在传统的控轧控冷(TMCP)技术上发展起来的新一代TMCP技术。与原有技术相比，新技术可对热轧钢板进行高效率、高均匀性的冷却，对3mm厚钢板的冷却速度可达400K/s以上;对50mm厚中厚板的冷却速度可超过50K/s，并可避免因冷却不均匀而产生的残余应力。

采用这种UFC技术可使奥氏体/铁素体相变在更大过冷度条件下发生，不仅可提高铁素体晶核率，而且使得碳和其它合金元素在相变过程中的扩散受到抑制从而形成晶格切变型块状铁素体甚至贝氏体型。这种铁素体中存在过饱和的碳和其它合金元素，它们仅在γ/α界面处进行短程扩散而富集在母相奥氏体之中，因此具有提高钢材的强韧性并降低屈强比的潜力。另外，与常规TMCP技术相比，采用UFC技术可以将奥氏体向铁素体的相变控制在更低温度区间，有利于更好地细化晶粒。对低级别热轧钢Q235采用这种新技术生产，可使铁素体晶粒由ASTM10级细化至ASTM11.5级，使Q235级别的热轧板带和中厚板强度提升80～100MPa，稳定升级为Q345级别的产品。与传统Q345产品相比，Mn含量可降低40%以上，用户钢材使用量可减少10%以上，有效实现了减量化、节约化的目标。

与传统TMCP工艺相比，采用UFC技术的一个突出优点是，它可以在很大程度上减少微合金元素在奥氏体相中的析出，同时抑制已形成析出相的粗化。传统TMCP工艺的主要目的是促进微合金元素在奥氏体中发生应变诱导析出，这一过程发生在较高温度区间，沉淀相尺寸一般在20～40nm;而UFC技术所导致的γ→α相变过程沉淀析出发生在更低温度区间，沉淀相尺寸在1～10nm之间，这样可使沉淀强化效果提高3倍以上。基于这个原理，采用UFC技术以后，X70管线钢在大幅降低Mo，Ni和V等合金元素用量的前提下，产品合格率比常规TMCP工艺提高一倍以上；30mm厚Q550D钢板，在省去原有钢中Mo和Ni的条件下，屈服强度可超过600MPa，抗拉强度超过725MPa，-20℃冲击功由原来有时不足47J稳定提高到200J左右。