摘 要：文章介紹了熱軋超快冷技術(shù)的原理，對(duì)國內(nèi)外超快冷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后對(duì)超快冷技術(shù)的發(fā)展提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：超快冷技術(shù)；熱軋帶鋼；熱軋

中圖分類號(hào)：TG335.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0013-03

熱軋粗軋后對(duì)鋼板的冷卻方式或速度的不同會(huì)影響最終產(chǎn)品組織性能，因此隨著對(duì)新鋼種的需求以及軋制技術(shù)的改革引起了人們對(duì)于熱軋后冷卻處理的要求日益增加。近年來，超快速冷卻（Ultra FastCooling），簡(jiǎn)稱UFC，是近年來國際上發(fā)展起來的一項(xiàng)用于控制帶鋼冷卻的新技術(shù)，配合其它一些先進(jìn)鋼鐵材料的軋制新技術(shù)，如鐵素體區(qū)軋制雙相鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼的軋制以及薄板坯連鑄連軋（CSP）等，在軋制生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的溫度控制以獲得相應(yīng)的相變組織，而獲得所需要的強(qiáng)度性能和較好的塑性變形能力。

其特點(diǎn)有：①位置變換性強(qiáng)，可根據(jù)不同需求改變其出現(xiàn)在機(jī)架間的順序。②有效降低冷卻時(shí)產(chǎn)生的水霧對(duì)冷卻速度的影響。③冷卻速度大。④增加冷卻水接觸冷卻效率。⑤水量大，占地面積較小。

1 超快冷技術(shù)的原及熱軋線上位置

冷卻水落到熱鋼板表面上以后，立刻沸騰汽化，在冷卻水與鋼板的界面上生成一層汽膜。由于汽膜與鋼板之間的換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于水與鋼板之間的換熱系數(shù)，所以汽膜的存在影響了熱交換效率，使進(jìn)一步提高冷卻速度受到限制。因而提高冷卻速度的一項(xiàng)措施，就是設(shè)法打破冷卻水與鋼板之間的汽膜，使更多的新水能夠直接作用于鋼板表面。

目前廣為使用的管層流和水幕冷卻裝置，是使冷卻水在高位水箱產(chǎn)生的壓力作用下自然流出，形成連續(xù)水流。水流連續(xù)穩(wěn)定地落到鋼板上后，動(dòng)量轉(zhuǎn)化為沖擊力，擊破鋼板與冷卻水之間的汽膜，提高冷卻效率，如圖1所示。這種冷卻方式的問題是無論管層流還是水幕，其擊破汽膜的范圍都是很有限的，僅限于在連續(xù)水流正下方的局部區(qū)域內(nèi)，離開這個(gè)區(qū)域，在鋼板和冷卻水之間的界面上仍然有大面積的汽膜存在。如何大面積的擊破汽膜，是提高冷卻效率的一個(gè)關(guān)鍵問題。

因此可以從以下方面考慮提高冷卻速度：①適當(dāng)增加下沖高度，提高水的壓力，加大沖擊力沖破汽膜。②增加水流密度，減小單位孔徑，提高單位時(shí)間內(nèi)鋼板與水接觸面積。③增大水霧散逸速度，減小汽膜影響。

為了實(shí)現(xiàn)這一目的，比利時(shí)的CRM研究所設(shè)計(jì)了一種新型的冷卻裝置，其要點(diǎn)是：減小每個(gè)出水口的孔徑，加密出水口，增加水的壓力，保證小流量的水流也能有足夠的能量和沖擊力，能夠大面積地?fù)羝破ぃㄈ鐖D1所示）。這樣，在單位時(shí)間內(nèi)有更多的新水直接作用于鋼板表面，大幅度提高換熱效率，實(shí)現(xiàn)超快速冷卻。

根據(jù)不同熱軋帶鋼需要的冷卻溫度不同的影響，UFC裝置在熱軋生產(chǎn)線上有四個(gè)位置，如圖2（a）、（b）、（c）、（d）所示。

①布置在精軋機(jī)和層冷之間（熱軋前冷）：如圖2（a）所示，使熱軋帶鋼在軋后迅速冷卻，降低相變溫度，快速得到細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼材綜合性能，不需要添加任何合金元素，較以前添加合金元素以達(dá)到所需強(qiáng)度的方法更經(jīng)濟(jì)，實(shí)用性更強(qiáng)。適用于開發(fā)生產(chǎn)高強(qiáng)度雙向鋼、TRIP鋼等。

②布置在層冷和卷取機(jī)之間（熱軋后冷）：如圖2（b）所示，通過層冷控制鐵素體轉(zhuǎn)變量，由于層冷冷卻速度較慢，使得部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，達(dá)到所需奧氏體含量后，由于UFC冷卻速度較快，將會(huì)抑制高溫區(qū)鐵素體相變，使殘余奧氏體向非平衡相（貝氏體、馬氏體）轉(zhuǎn)變，通過卷曲的溫度控制，實(shí)現(xiàn)TRIP鋼的生產(chǎn)。

③布置在保溫輥道和精軋機(jī)之間：如圖2（c）所示，用于生產(chǎn)要求精軋溫度較低的超級(jí)鋼、高級(jí)別管線鋼的生產(chǎn)。采用UFC裝置可以降低熱軋帶鋼表面與內(nèi)部溫差，加速冷卻減小待溫時(shí)間。

④布置在保溫輥道和粗軋機(jī)之間：原理同3，如圖2（d）所示，由于粗軋出口溫度和精軋入口溫度差在70～120 ℃左右，中間坯依靠自然空冷所需時(shí)間較長(zhǎng)，容易降低生產(chǎn)效率，故采用此方法，幫助中間坯減少待溫時(shí)間，加快生產(chǎn)節(jié)奏。

2 國外超快冷技術(shù)的應(yīng)用

UTC裝置在熱軋生產(chǎn)線的影響最為顯著，如果能成功利用此技術(shù)將會(huì)對(duì)熱軋板生產(chǎn)起到巨大作用。

Hoogovens-UGB廠最初應(yīng)用超快冷技術(shù)，使1.5 mm厚熱軋帶材在實(shí)現(xiàn)高冷卻速率的同時(shí)，還具有良好的橫向和縱向板形；日本JFE公司開發(fā)的NANOHITEN熱軋帶材也是超快速冷卻工藝在品種開發(fā)方面的突出代表，該產(chǎn)品組織為單相鐵素體基體上分布大量1～5 nm尺寸的TiC粒子，使其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到1 180 MPa，同時(shí)具有良好的塑性。目前，超快速冷卻技術(shù)在國外熱軋帶鋼生產(chǎn)線上已得到較廣泛的應(yīng)用，西馬克·德馬格公司（SMS-DEMAG）向國內(nèi)推介的薄板坯連鑄連軋（CSP）生產(chǎn)線也己采用了該技術(shù)。在JFE、CORUS、SpainABS、蒂森克虜伯、浦項(xiàng)No.2等企業(yè)中，UFC技術(shù)的最大降溫能力在100～400 ℃/s之間。國外UFC技術(shù)應(yīng)用實(shí)例見表1。

由表1可看出，日本、韓國等企業(yè)的超快冷（UFC）主要安裝方式是精軋機(jī)后和層流冷卻之間，傳統(tǒng)熱連軋機(jī)組、中厚板機(jī)組和薄板坯連鑄連軋機(jī)組均有使用，超快冷裝置若安裝在精軋后和層流冷卻裝置之間，往往與在線或離線熱處理工藝（HOP）相結(jié)合，產(chǎn)品以開發(fā)高強(qiáng)度熱軋板及中厚板為主；若安裝在層流冷卻裝置后和卷取機(jī)之間，可以通過UFC和層流冷卻的最佳結(jié)合來控制層流冷卻和超快冷之間的中間溫度、冷卻時(shí)間和卷取溫度來開發(fā)雙相鋼。

3 國內(nèi)超快冷技術(shù)的應(yīng)用

我國目前擁有的熱軋帶鋼生產(chǎn)線達(dá)到70多條，絕大多數(shù)均建立了軋后層流冷卻裝置。但是傳統(tǒng)的熱軋帶鋼控制冷卻裝置由于其設(shè)計(jì)的局限性，存在冷卻速度不高的問題。

2005年以后，隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的大幅度增加，鋼鐵工作者對(duì)熱軋帶鋼控制冷卻技術(shù)有了更深的認(rèn)識(shí)，部分新建和改造的熱軋帶鋼生產(chǎn)線采用了加密型快速冷卻及加壓型超快冷卻技術(shù)。

加密型快速冷卻是通過增加軋后層流冷卻裝置上下集管數(shù)量或增加集管上U形管或噴管數(shù)量的方法，將層流冷卻裝置改造為加密型快速冷卻裝置。這種方法不改變冷卻水的壓力，僅改變水流密度。2008年寶鋼2 050 mm生產(chǎn)線層流冷卻裝置改造為加密型快速冷卻裝置，以滿足生產(chǎn)厚規(guī)格管線鋼的需求。邯鋼2 250 mm熱軋生產(chǎn)線原本采用常規(guī)的層流冷卻裝置，為滿足X80管線鋼、汽車鋼等高等級(jí)鋼種控冷工藝的需求，于2013年3月將層流冷卻裝置改造為加密型快速冷卻裝置。太鋼2 250 mm熱軋生產(chǎn)線2013年也將層流冷卻裝置改造為加密型快速冷卻裝置。加密型快速冷卻冷卻技術(shù)因具有投資低、運(yùn)行成本低、冷卻速度快等特點(diǎn)，得到了良好的推廣應(yīng)用。

加壓型超快速冷卻裝置的冷卻噴頭為直噴式或斜噴式。該裝置使用具有一定壓力（0.5～0.6 MPa）的冷卻水，水處理系統(tǒng)與常規(guī)的層流冷卻水（0.07 MPa）系統(tǒng)分開。寶鋼1 880 mm和本鋼2 300 mm生產(chǎn)線超快冷裝置的噴頭為直噴式，漣鋼2 250 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線的超快冷裝置的噴頭為斜噴式。國內(nèi)UFC技術(shù)應(yīng)用情況見表2。

中國包鋼1 700 mm、攀鋼1 450 mm、漣鋼2 250 mm和鞍鋼

2 150 mm等熱連軋機(jī)組，鞍鋼4 300 mm、沙鋼5 000 mm和首秦

4 300 mm等寬厚板廠均對(duì)超快冷系統(tǒng)感興趣（或已經(jīng)建成）。其中包鋼薄板坯連鑄連軋機(jī)組的UFC裝置也是國內(nèi)第一套，雖然超快冷裝置比較簡(jiǎn)陋，但已經(jīng)采用C-Mn鋼做為原料，生產(chǎn)出性能優(yōu)良的雙相鋼。部分專業(yè)院校和科研機(jī)構(gòu)也爭(zhēng)相進(jìn)行了UFC冷卻技術(shù)的研究，其中東北大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)推廣方面開展了大量的工作，并建成了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超快冷實(shí)驗(yàn)室研究手段。

4 超快冷技術(shù)的展望

相比于傳統(tǒng)的層流冷卻技術(shù)，加密型快速冷卻技術(shù)具有高冷卻速率、高冷卻均勻性、滿足雙相鋼等鋼種需求的多種冷卻工藝的特點(diǎn)。

UFC是一種快速冷卻能力極強(qiáng)的新型控制冷卻裝置，UFC特別適合于開發(fā)超級(jí)鋼、IF鋼、雙相鋼、TRIP鋼等高附加值產(chǎn)品，能夠達(dá)到生產(chǎn)超細(xì)晶粒鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼所要求的冷卻速度和冷卻溫度，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫降路徑的精確控制。在新建和改造的冷卻線上設(shè)置UFC裝置，可以為一大批對(duì)冷卻速度控制有特殊要求的高附加值產(chǎn)品開發(fā)提供條件。

然而由于UFC冷卻能力極強(qiáng)，軋件在冷卻過程中的溫度變化過快，控制時(shí)間較短，冷卻速度對(duì)軋件組織性能影響較大，在國內(nèi)UFC技術(shù)主要應(yīng)用于基本勻速軋制的CSP產(chǎn)線、軋制速度較慢的中厚板產(chǎn)線，控制系統(tǒng)能較容易確定冷卻起始時(shí)間以及冷卻水水量，從而能較好獲得性能良好且具有高附加值的產(chǎn)品。但是對(duì)于常規(guī)熱連軋，由于軋件速度變化很大且軋制速度較高，給精確控制冷卻速度帶來了很大的難度，因此，UFC技術(shù)在國內(nèi)常規(guī)熱連軋產(chǎn)線還缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)一步研究?？梢韵嘈磐ㄟ^不斷努力，UFC技術(shù)一定會(huì)能滿足鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量與成本控制的需要，解決實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的板型、組織性能、表面質(zhì)量等問題。

參考文獻(xiàn)：

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