控轧控冷提升轧钢性能

热处理老马

郑州瑞鑫热处理技术有限公司位于郑州市高新技术开发区，是一家专业热处理工艺研发公司，拥有热处理行业高级技术人才数名，在美国、日本和国内高端热处理技术行业服务多年，独有的热处理技术和冷却设备代表了国内外热处理行业的最高水平。公司经过多年研发，生产了一系列环保型金属热处理高效辅助材料，如无机淬火介质、无机淬火发黑介质、无机高分子高合金淬火介质、锻轧钢余热高性能冷却介质、环保防锈液切削液等。
公司研制的系列无机水溶性淬火液属环保热处理冷却产品，介质具有比较理想的冷却特性。主要用途就是替代水、油、空气、铅浴、硝盐等传统淬火介质，解决碳钢、特钢、合金钢、合金铸铁、有色金属等材料在热处理工艺环节里经常遇到的油淬不硬、淬硬层浅、水淬易裂、硬度不均匀、淬火组织和机械性能不达标等热处理众多热处理难题。
水基类淬火液使用简单，成本低廉，使用温度范围可以扩大至-5℃到60℃，最高可以应用到80℃并且淬火性能优良。是目前应用最广的环保热处理冷却产品，淬火液由多种环保材料组合加工生成，在室温下与水完全相溶，使用过程中不燃烧、无烟尘、无有害气体排放、不老化、对设备无腐蚀、产品化学稳定性高。广泛应用于轧钢厂、锻造厂、热处理加工、机械制造、矿山耐磨产品等企业热处理工序淬火作业以及在线控冷处理。
企业理念：用国际最先进的节能环保热处理技术和热处理相关产品，优先提供于敢于实践，勇于创新的企业，从而获得高品质的产品，为国家高端制造贡献一份力量。
企业经营目标：在生产过程中，用最简便的操作，最环保的产品，最低廉的价格，最短暂的时间，达到最高效益。
公司经过多年研制的锻轧钢余热水溶性淬火液属环保高性能热处理冷却产品，具有比较理想的冷却特性。主要用途就是在锻轧钢生产线或者在工厂热处理线取代传统替代水、盐水、油类、危险化学淬火介质等做为环保控冷介质，解决碳钢、特钢以及合金钢等金属材料在余温控冷环节里经常遇到的淬硬层浅、变形开裂、软点多、硬度不均匀、组织不合格和机械性能不达标等众多难题。
本介质为环保产品，由多种环保材料组合加工生成，在室温下与水完全相溶，外形无色至淡黄色透明，无臭、不燃、不爆、不含重金属等有害致病物质。使用过程中不燃烧、无烟尘、无有害气体排放、不老化、对设备无腐蚀、产品冷速可调，化学稳定性高。广泛应用于轧钢厂、锻造厂、热处理加工厂，机械制造、矿山耐磨产品等企业热处理工序淬火作业以及在线控冷处理。通过在生产线余温控冷阶段应用本介质，首先能获得高而均匀的表面硬度和理想的淬硬层深度，组织金相、机械性能等都优于传统水冷产品。。
在钢铁企业里，本介质也可应用于特钢厂棒线、型线、高线、板材等锻轧余热控冷处理和银亮材、调质钢、模具钢、以及钢厂热处理车间，经过处理的工件，稳定性好，晶粒度细化明显，介质冷却产品和水冷条件相比较，金属抗拉性能高50--100兆帕以上，晶粒度高0.5到1级以上，屈服强度和冲击韧性同步提高，很多情况下，可以保证国标材料性能要求的同时降低材料合金添加量从而降低企业成本，循环冷却用水不需要添加其他水处理剂就能长期使用，不老化、不变质，减少水资源浪费，只需定期维护，降低企业排污费用。
淬火介质常规比重为24波美度，介质与水的配比为1:3至1:5，检测温度在15-20摄氏度。


螺纹钢行业现状与项目介绍
螺纹钢是建筑行业用量最大的钢材产品，每年保守用量在3亿吨以上，其力学性能直接决定建筑结构的安全性和耐久性。为提高我国建筑安全标准，2018年国家重新颁布热轧螺纹钢国标，要求各项性能指标和金相指标满足国标要求，热轧螺纹钢化学成分品控由厂家自行把握。微合金弱穿水强化、控轧控冷强穿水化强化，冷轧强化依旧是生产螺纹钢的主流工艺。
第一种依靠微合金轧后弱穿水（或者不穿水）技术生产的螺纹钢，是大部分大型钢企的生产工艺，质量稳定，是重点项目首选材料。缺点是仅仅依靠添加昂贵合金（钒氮合金、钛、铌等，最主要添加成分为钒氮合金）来提升产品质量满足国标，导致生产成本最高，国际市场竞争力弱。
第二种螺纹钢生产工艺是尽量降低合金添加量降低成本，热轧后通过强穿水控冷强化提升产品机械性能的生产工艺，是大部分钢企的生产模式。强穿水控冷工艺生产成本最低，难度系数较大。生产中经常出现马氏体、贝氏体环导致宏观金相、弯曲、焊接、拉伸等性能不合格，放置过程中出现时效性能不稳定，不符合国标螺纹钢上市标准。造成不合格原因第一：水高温冷却（190--210℃/S）性能有不均匀、冷速慢等缺陷，冷却时间短了性能不达标，冷却时间长，非常容易低于材料MS点，表面产生环状组织，自回火温度返温不足，环状组织没有得到消除，造成组织不稳定，其他检测项目都受影响。而我们的快冷介质高温冷速（260-290℃/S）快，不需要改变材料组织金相，依靠高温快冷细化组织晶粒度提升性能，出水温度高，自回火温度达到700-800度以上，不会有不良组织发生，性能也能保证，另外介质具有防锈性能，也能保证材料3个月不生锈，做到生产安全，使用安全。
第三种为冷轧螺纹钢，该工艺对螺纹钢基础材料成分要求不一，这里不做赘述。
第四种为高性能精轧螺纹钢，适合于国家大型工程，如大型水电大坝、核电站建设、超大型建筑桥梁等，此类螺纹钢牌号越高，含碳量也就越高，实际操作中，轧钢厂都是依靠一次、两次高压穿水实现的螺纹钢高性能，此类材料不需要焊接，用专业螺纹接头连接，屈服强度500到900MPa，也可以称为超级螺纹钢了，这个品种螺纹钢可以通过余温淬回火的方法生产，性能非常稳定。
性能强化方法和技改方案
众所周知，金属材料性能强化一共有四种工艺，分别为固溶强化、加工硬化、细晶强化、第二相强化。针对钢企普通热轧抗震螺纹钢、高线、中低碳钢板、结构件等材料，如果在制造过程中需要提升材料性能，降低合金添加成本，目前国内外很多企业都在用细晶强化的工艺，但因为种种原因，技术应用参差不齐，材料过冷度以及冷却介质能力问题，国内很多企业控冷工艺不健全，条件也不具备，导致金属性能成本过高（大多数企业控冷不合格，一直沿用添加合金的办法提升性能），性能不稳定。
通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上通过细化晶粒以提高材料强度。通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化。晶粒越细小，位错集群中位错个数越小，应力集中越小，材料的强度越高；细晶强化的强化规律，晶界越多，晶粒越细，根据霍尔-配奇关系式，晶粒的平均值越小，材料的屈服强度就越高。
细化晶粒的方法:增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。
通过多年控冷技术研究，对于普通3级抗震螺纹钢生产降本增效，我们既定工艺为通过大幅细化晶粒提升性能。针对大多数螺纹钢、带钢、钢板等轧钢生产线，因为原有设备投资较大 ，大规模改造设备成本太高，改造时间长，会影响到钢厂的正常生产。我公司技术人员对这个项目进行了严谨探讨和论证，并且和钢厂设备技术人员进行了沟通，充分了解了钢厂对这个工艺项目改造的最现实的需求。确定采用下面这个方案进行技术推广。
1、利用轧钢余温进行无机控冷介质的在线应用。用生产线现有的泵、通水管道及压力泵进行循环控冷介质使用。首先把轧线穿水控冷用的冷却循环水，更换成我公司MEQ-6H控冷介质，介质与水按照比例添加到大水池内，采用原来的设备进行介质喷淋控冷作业，喷水压力按照原有标准即可满足穿介质使用要求。
我们工艺属于高温精准控冷，通过一次0.5秒到1.3秒介质控冷，可以细化钢材的内部组织晶粒度0.5到1级以上，有效增加钢材机械性能指标，抗拉强度和屈服强度同步上升50Mpa----30Mpa以上，控冷温度高不会出现封闭环等不良组织，截面硬度均匀。在满足国标的情况下，减少原材料合金添加量，通过快冷达到细化晶粒的目的，在满足钢材性能要求的情况下，可以逐步减少原材料合金添加量，有效降低钢厂生产成本,如含锰量从1.4%降低到1.1%左右，钒氮合金添加量可以降低0.01-0.02，如果我们合理应用先进技术，降本效果非常显著，对于大型钢企来讲，每年可节约的生产成本将非常可观。  本项目应用场景广泛，带钢、工字钢、工程结构钢、非调质钢等生产线都可以应用。