厚板平面形状控制及加速冷却技术

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1厚板平面形状控制技术
    厚板平面形状控制技术也就是矩形化轧制技术。厚板轧制对板坯先进行展宽轧制，然后再进行长度方向的延伸轧制。由于塑性变形的特点在轧制中轧件宽度方向变形不均匀，尤其在板坯头尾部更易产生变形不均匀，所以轧制后钢板形状不仅偏离矩形，而且沿长度方向上的宽度也产生不均匀展宽。当轧制的宽展比较大时（如宽展比1.5以上）钢板呈桶形（鼓形）形状；而宽展比较小时（如宽展比小于1.4）钢板侧边呈凹形，钢板的头尾形状不齐多呈鱼尾形状。造成厚板的切头、切尾和切边损失大，从而降低成材率。
    长期以来，各国都在寻求解决办法，上世纪70年代到80年代，日本各钢铁公司相继开发出各种平面形状控制技术，主要有立辊轧边法、将板坯横断面施以不同压下量形成狗骨形状的狗骨法（D.B.R——Dog Bone Rolling）、原川崎制铁水岛厂提出的MAS法（Mizushima Automatic Plan View Pattern Control System，即水岛自动平面形状控制系统）。
    立辊轧边法首先应用在老式厚板轧机前较远的大立辊上，对板坯长度方向和展宽后宽度方向进行侧压造成局部墩厚，水平轧制后其局部增厚被压下而增加到宽度方向上。但是，在钢板的头尾部返宽量要小于钢板的本体部分，而出现钢板头尾宽度变窄的现象。此外，由于立辊距水平轧机较远（中间有回转辊道），轧件往返要影响轧机产量，使此项技术难以推广应用。
    而在MAS法出现以后，应用MAS时辅助以立辊短行程技术可使平面形状控制技术的功能更加完善。
    狗骨法（D.B.R）和MAS法控制技术均为日本厚板厂于上世纪70年代~80年代开发的，MAS法是1978年开始实际应用并于1979年获奖，狗骨法是1982年开始实际应用于平面形状控制。
    狗骨法是将板坯在最终展宽道次轧制中将板坯宽度方向的两侧边轧成楔形，然后转90°延伸轧制到成品厚度时板坯边部的增厚部分补偿到钢板头尾的宽度上，使得轧制的钢板接近于矩形形状。
    狗骨法和MAS法得以开发并实用于厚钢板生产提高成材率，是在引用了计算机控制技术以及应用了功能强、应答性能好的液压AGC技术作为其支持条件才得以推广和获得成效的工艺控制技术。在日本，某厚板轧机用于狗骨轧制的液压AG-AGC最高压下速度达50mm/s，这也是厚板轧机最高的液压AGC压下速度。
    MAS法与狗骨轧制法的目标和矩形化形状控制原理相同。而MAS轧制法则是在板坯成形轧制时沿长度方向变断面进行轧制，使其头尾部轧制成楔形；在展宽轧制阶段的最后一道次将板坯原宽度上的两侧轧制成楔形，本体中间段薄一点的狗骨形状，即在板坯的长度和宽度两个方向上均进行变断面轧制。MAS轧制法板坯成形轧制时，改变板坯长度方向的两端厚度为楔形，其目的是为改善钢板轧制后钢板宽度的均一而减少切边量，而展宽轧制时改变板坯原宽度上两侧为厚边楔形，是为了改善钢板轧制后的头尾形状以减少切头、切尾量。
    MAS轧制法开发和实用成功后，不仅在日本许多厚板厂采用，而且在欧洲地区有些厚板厂也在应用。现欧洲两家主要的厚板轧机制造公司也都在向用户推荐和提供此项厚板轧制平面形状控制技术。
    MAS平面形状控制是一项目标效果好而成熟的技术，实现该技术的关键在软件，具体体现在两个方面：一是要有一个能正确预测每块钢板轧制终了平面形状的数学模型；二是由于厚钢板轧制是由板坯成形轧制、展宽轧制和延伸（精轧）轧制三个阶段完成的，因此，需要定量的摄取轧制过程各阶段的厚板平面形状变化用以修正、编制（自学习）预测数学模型。也就是在实际应用当中要收集积累，回归大量的检测数据去丰富完善数学模型。所以，要获得良好的平面形状控制效果，在实用当中还要不断地改进才好。
    2加速冷却控制（ACC）技术
    在线加速冷却系统(ACC)于1979年在日本首次投入使用，并在80年代广泛应用在日本和欧洲的中厚板轧机上。在线加速冷却和控制轧制(CR)共同控制钢板组织结构及性能称为热机轧制(TMCP)。采用加速冷却的热机轧制最初主要用于船板和管线钢板的生产，1985年美国ASTM将TMCP生产的钢板列入标准。目前，ACC技术已广泛应用于造船、管线、建筑、桥梁、压力容器等钢板的生产。部分生产厂的冷却装置还具有高速冷却能力，可以对轧后钢板进行直接淬火(DQ)。与传统的热处理后淬火相比，直接淬火不但可以节能，而且在冷却速度相同的前提下可以得到更高的硬化程度，可以降低钢中的碳含量和碳当量，从而提高钢板的焊接性能，因此大多数先进的加速冷却装置都具有直接淬火的能力。通常强度超过580MPa的钢板可采用直接淬火工艺生产。
    加速冷却装置型式很多，我国近几年新建的中厚板厂主要使用的冷却装置有：气雾冷却系统(ADCO)、MULPIC冷却系统、新型的ACC冷却系统、高密度管状层流冷却系统（国内开发）四种型式。
    （1）气雾冷却系统具备加速冷却和直接淬火功能，其水量可以在10∶1~12∶1范围内调节，在加速冷却模式下最大冷却速度到达15℃/s（30mm厚钢板，800℃~500℃），在直接淬火模式下最大冷却速度达到27℃/s（30mm厚钢板，800℃~500℃）。国内采用气雾冷却系统的只有酒钢中厚板厂，国外采用的也为数不多。该系统冷却能力较大、冷却均匀、但是设备高大、噪音也大、设备检修比较困难。
    （2）MULPIC冷却系统也具备加速冷却和直接淬火功能，其水量可以在10∶1~20∶1大范围内调节，并且采用5bar的高压水，冷却能力比气雾冷却系统大。在加速冷却模式下最大冷却速度到达20℃/s（30mm厚钢板，800℃~500℃），在直接淬火模式下最大冷却速度达到25℃/s（30mm厚钢板，800℃~100℃）。国内采用MULPIC冷却系统的沙钢5000mm厚板厂、莱钢4300mm厚板厂和舞钢4100mm厚板轧机三套，迪林根厚板厂、韩国浦项No.2和No.3厚板轧机后来改造的水冷装置也采用了此系统。该系统冷却能力强大、但是由于喷嘴数量多、水系统净化要求很高，维护检修相对比较麻烦。
    （3）新型的ACC冷却系统和传统热连轧使用的层流冷却系统有所不同，由高压喷射段(5bar)和U型管的层流冷却系统组成。使用的喷水量在3∶1~4∶1范围内调节，在加速冷却模式下最大冷却速度到达15℃/s （30mm厚钢板，800℃~500℃），在直接淬火模式下最大冷却速度达到25℃/s（30mm厚钢板，800℃~500℃）。国内主要有宝钢和鞍钢5000mm宽厚板轧机、宝钢罗泾厚板厂和首钢4300mm厚板轧机等采用。该系统分区组成建设灵活，投资可分期投入，并且设备检修简单、易于维护。
    （4）高密度管状层流冷却系统是我国最近几年，自行开发的冷却系统，在传统的层流冷却系统的基础上，加大U型管的密度以提高水量而开发。其水量的调节范围比传统的层流冷却要大，目前主要被我国已有的一些中厚板轧机上采用，新建的宽厚板轧机采用较少。
    3结语
    厚板生产工艺和其他钢材生产工艺相比，其显著特点是用途广、规格多、批量小、力学性能和尺寸规格并重。厚板对原料钢水的纯净度要求仅次于冷轧薄板，而对力学性能的要求则是所有钢材中最严格的。
    厚板为达到强韧性能的要求，主要是采取控制轧制和控制冷却工艺。
    厚板生产的成材率低于热轧钢卷是由于其单块轧制特点决定的，高水平的尺寸精度取决于坯料质量及规格选择和轧钢工艺。轧钢工艺主要是指钢板厚度、板形、宽度和板平面形状的控制水平，后两项因素是提高成材率的关键。
    到目前为止，我国已拥有几十套现代化的厚板轧机，这些现代化厚板轧机的规格及其装备水平已完全可以满足生产国民经济各部门和国防工业所需要的各种厚钢板的品种、规格和产量。现在，我国厚板轧机发展的关键在于转变生产组织方式，将粗放型追求产量的生产方式转变为追求精细化以品种和质量为主的生产方式。只有这样，才可以生产出替代需要进口的厚板，以及努力做到和国外厚板在品种、质量上竞争，并在国际市场份额中占重要地位。