铁素体区轧制技术及应用于攀钢生产的可行性

第2l卷第2期2000年6月

钢铁钒钛

IRONSTEELVANADIUMTITANIUM

Vol.2l，No.2

June2000

铁素体区轧制技术及应用于

攀钢生产的可行性

陈小龙，常

军，王建辉，王

丹

（攀枝花钢铁研究院，四川

摘

攀枝花6l7000）

要：讨论了铁素体区轧制技术的优势、特点及其在国内外生产厂家的应用现状，分析了铁素体区轧制工艺在攀

钢实施的可行性。

关键词：铁素体区轧制技术；板带生产工艺；低温轧制中图分类号：TG355.ll

文献标识码：A

文章编号：（l004-76382000）02-0040-06

ROLLINGTECHNOLOGYATFERRITICRANGEANDFEASIBILITYAPPLIEDINPANGANG

CHENXiao-long，CHANGJun，WANGJian-hui，WANGDan

（PanzhihuaIron&SteelResearchInstitute，Sichuan，Panzhihua6l7000，China）

Abstract：Advantagesandcharacteristicsofrollingtechnologyatferriticrangearediscussedandthestate-of-artsofthetechnologyappliedtodomesticandabroadproducersisintroducedaswell.TheappliedfeasibilityofrollingtechnologyatferriticrangeinPangangisstudied.

KeyWor s：rollingtechnologyatferriticrange；lowtemperaturerollingproducingprocessofsheetandstrip；

质量，将有重大意义。

本文介绍了铁素体区轧制的技术特点，同时对攀钢进行铁素体区轧制的可行性作了探讨。

!引言

铁素体区轧制即相变控制轧制，又称低温热机械控轧，是近年来发展起来的一种新轧制工艺。其特点是：粗轧在奥氏体区进行，粗轧后完成奥氏体向铁素体的转变，精轧在铁素体区域进行。这项技术最早是由比利时冶金研究中心于l994年开发的，当初的主要目的是用热轧带钢取代l!2mm厚的常规冷轧产品。利用这一技术，可生产出高延伸率的带卷，并且由于其成本低、生产率高、产品质量高等优点，在国外得到了广泛应用，并应用于超低碳IF钢的热轧生产中。目前，国内少数厂家也在生产中尝试采用该工艺。针对攀钢的实际情况，由于热轧受传动条件的，终轧温度偏低，影响了产品质量，若能实现铁素体区轧制，对提高攀钢板材产品的

\"铁素体区轧制的特点

2.l

铁素体区轧制的典型品种

在工业化生产的条件下，适合铁素体区轧制的

［l］典型品种有：属无\"可直接应用的热轧薄带钢，

老化，软而有韧性的钢种，它可代替传统的冷轧退火钢；尤其是酸洗后热镀锌处理的#适用于直接退火，

薄和超薄带钢；与通$用于直接退火的软热轧带钢；常的奥氏体热轧带钢相比，就生产率和扩大产品规格而言，其冷轧性更好。

事实上，目前能实现铁素体区轧制的主要有低碳钢、低碳铝镇静钢（LC）（C=0.0l5%!0.04%，

第2期

陈小龙等：铁素体区轧制技术及应用于攀钢生产的可行性

·41·

和无间隙原子钢（ULC—（C!Mn!0.3%）IF）

两个系列的钢种。0.005%，Mn!0.2%）2.2

铁素体区轧制与常规轧制的工艺比较对于低碳钢和低碳铝镇静钢而言，一般采用“三高一低”的奥氏体轧制工艺，即高的加热温度、高的开轧温度、高的终轧温度和低的卷取温度。而铁素

体区轧制工艺则要求粗轧在尽量低的温度下使奥氏体发生变形，以增加铁素体的形核率，精轧在铁素体区进行，随后采用较高的卷取温度，以得到粗晶粒铁素体组织，降低热轧带钢硬度。铁素体区轧制与常规轧制的区别如表1所示。

2.3铁素体区轧制的优点

表!铁素体区轧制与常规轧制的比较

板坯加热温度!C

常规轧制铁素体区轧制

12501150

粗轧区奥氏体奥氏体

终轧区奥氏体铁素体

终轧温度!C

880750

卷取温度!C

550\"650

根据国内外研究及生产报道，铁素体区轧制具有以下优点：①铁素体区轧制生产线可由常规轧制

机组进行改造，设备改造费用低；②铁素体区轧制的钢坯加热温度比常规轧制低，可以大幅度降低加热能耗，加热炉的产量也得以提高。低的加热温度还可降低氧化烧损，提高成材率约0.5%；③低的加热温度可减少轧辊温升，从而减少由热应力引起的疲劳龟裂和断裂，降低轧辊磨损；并且低温轧制可降低二次氧化铁皮的产生，提高热轧产品的表面质量，同时也可提高酸洗线的运行速度；④铁素体区热轧生产超薄带钢代替传统的冷轧退火带钢，可大大降低生产成本；屈服⑤铁素体区轧制可生产出晶粒粗大，强度、硬度均比较低的带材，使冷轧变形率大大提而常规轧制带钢只有75%，并高，平均可达87.5%，且对铁素体区轧制钢卷进行冷轧时生产率可提高20%；③铁素体区轧制IF钢具有强的!织构和弱

其最终冷轧产品比奥氏体轧制的冷轧退的\"织构，

火钢具有更好的深冲性能。2.4

铁素体区轧制的组织及织构

2.4.1铁素体区轧制的微观组织

铁素体区轧制产品中最为突出的微观组织就是轧制方向上的变形带，这些变形带对形变温度十分敏感。低碳钢（LC）和无间隙原子钢（的变形带IF）显著不同，见图1。从图1中可以看出，低碳钢在低温时具有大量的晶内变形带，随着变形温度升高，在在大于550C的轧制温400C左右开始急剧下降，度里，变形带已经很少。而IF钢中的变形带随轧制温度升高仅有轻微变化，在高温段则远远超过低碳

［2］。这些变形带如果保留到冷却后的组织中，将钢

图1

晶内变形带与轧制温度的关系

要。消除变形带的常用方法是进行退火再结晶。图2所示为低碳钢（C=0.014%）在700C轧制

后分别在620、660、700C三种温度下进行等温退

［3］火，完成50%再结晶的时间曲线图，从图2中可

以看出：退火温度为700C时，完成50%再结晶需要时间1m退火温度为660C时需5min左右、in左右、退火温度为620C时需30min左右。IF钢在

在500～700C温度下退火，完成再700C轧制后，

结晶的时间与低碳钢差别不大。

由于常规热轧带钢生产均不设退火线，并且从生产成本上考虑也不宜采用热轧退火工艺。从前面的论证可知，当退火温度较高时，完成再结晶的时间很短（退火温度660C时仅需5m，因此铁素体区in）

轧制可采用高温卷取工艺，高的卷取温度可使带钢在完全冷却前完成再结晶、消除变形带，而无须专门的退火生产线。但是，低碳铝镇静钢高温卷取存在会影响最终冷轧产品的性能。AIN的提前析出，

热轧后退火再结晶的晶粒尺寸受变形带的影响很大，因为再结晶的成核大部分发生在晶界和变形

严重影响其机械性能，所以消除这些变形带至关重

·42·

钢铁钒钛

2000年第2l卷

其再结晶织构主要由｛LC钢在低温区轧制时，lll｝

〈l00〉组成，!ND线织构和少量的高斯织构｛0ll｝当轧制温度为300C时，高斯织构加强，ND织构减

弱，当轧制温度为700C时，所有织构均转变为局部RD线织构｛〈；l00｝ll0〉IF钢在所有轧制温度下，

在铁素体区轧ND线织构始终占优势地位。因此，

图2

退火温度对完成再结晶时间的影响

带上，如果变形带密集，则再结晶成核数量多，晶粒长大受到，晶粒尺寸小；变形带少，则成核数量少，晶粒有充分长大的余地，晶粒尺寸大。故铁素体区轧制后退火带钢的晶粒尺寸，低碳钢随轧制温度升高而增大，IF钢几乎不受轧制温度的影响。但总

的来说，无论是低碳钢还是IF钢，晶粒尺寸都随轧

制温度升高呈长大趋势（见图3）［3］。由于IF钢的

再结晶特征几乎不受轧制温度的影响，所以更适合用温加工取代冷轧退火钢。

图3

轧制温度对退火再结晶晶粒尺寸的影响

4.2铁素体区轧制的热轧织构

对冷轧退火钢的深冲性能而言，热轧织构是一个重要的影响因素。由于热轧织构具有遗传性，其不利织构在冷轧过程中会被进一步加强，并且在冷轧板退火过程中影响再结晶的晶粒取向、削弱成品板的有利织构；同样，有利的热轧织构可以在退火过程使｛lll｝织构择优发展，从而在成品板得到极强的lll｝!ND织构。在常规奥氏体区轧制的带钢，无论卷取温度高低，其热轧织构很微弱或随机分布。在铁素体区轧制带钢，根据BARNERT等人的研

究［3］，LC钢和IF钢分别在70C、300C和700C轧制后经700C退火，其织构见图4。从图4可看出：

制生产带钢，由于热轧织构的影响，在冷轧成品中低碳铝镇静钢难以获得良好的深冲性能，而IF钢的深冲性能却不受影响。

图4

轧制温度对再结晶织构的影响（!2=45 ）

在铁素体区轧制，为防止产生表面剪切带降低值，

采用工艺润滑是必需的。在轧制过程中，由于轧辊和带钢的摩擦使带钢表面变形模式改变，由无摩擦时的纯压缩变形转变为纯剪切变形。对IF钢而言，这种剪切变形会在带钢表面产生取向为｛ll0｝的形变织构，此剪切织构密度受摩擦系数的影响很大，且在带厚方向上存在不均匀分布，并一直会保留

到热轧后的再结晶，从而影响\"值

［4］。工艺润滑对F钢\"值的影响如图5所示。采用有效的轧制润

滑则可避免表面剪切带的产生，故热轧工艺润滑是铁素体区轧制的前提条件。

另外，增加铁素体区轧制压下量、提高变形速率，也可促进热轧再结晶织构中有利于（lll）

取向的\"2.｛I第2期

陈小龙等：铁素体区轧制技术及应用于攀钢生产的可行性

·43·

的超薄热轧带钢已占其产量的25%，主要规格是还计划生产1.2mm规格的带1.5mm>1250mm，

钢。其所生产的超薄热轧带钢，具有与传统冷轧退

［6］火产品相当的组织和性能。

3.2

超低碳钢的铁素体区轧制

超低碳钢的铁素体区轧制是此项技术应用的一

个主要领域。其主要目的是利用铁素体区轧制的低成本和改善热轧板冷轧性能。

国内目前仅有宝钢2050轧机采用铁素体区轧制工艺，主要用于IF钢的生产，利用该工艺生产的带钢占其产量的10%。产品厚度规格最小可达1.2

图5

［5］晶粒发展。

工艺润滑对!值的影响

现已试轧成功1.0mm厚度产品。mm，

为解决热轧超LTV钢公司的印地安那哈伯厂，低碳钢的边裂缺陷问题，从1993年开始应用铁素体区轧制工艺。生产结果表明：除了减少边裂缺陷以外，铁素体区轧制还可提高生产率，改善板带表面质量，降低加热炉燃料消耗，降低炉生及次生氧化铁皮，提高酸洗线速度，减少镀锌产品的表面缺陷。到1997年，40%的超低碳钢产品采用铁素体区轧制生

产，应用范围包括汽车部件到仓库门板等。其试验轧制的带钢性能如表2所示，从表中可以看出，铁素体区轧制产品的机械性能与奥氏体区轧制产品基本

［7］相同。

!铁素体区轧制的应用

对于铁素体区轧制的研究和生产应用，目前主要集中在国外，国内仅有宝钢一家。3.1

超薄热轧板生产

目前，大约1!2mm厚的板带主要由冷轧生产，

只有5%的小于1.8mm的产品是由热轧生产的。其主要原因在于：奥氏体轧制生产超薄带钢生产率低下、温度难以保证，难以避免的两相区轧制将降低带钢的机械性能。

铁素体区轧制技术的开发成功使超薄带钢大批量生产成为可能。这是由于轧制温度大大降低，以及低温单相轧制，一方面轧机的生产顺行，不会降低生产率；另一方面铁素体区轧制的带钢具有良好的性能，产品质量能够保证；同时，低的板坯加热温度，能够降低整个轧制过程能耗，节省成本，还可减少氧化铁皮以提高成材率。铁素体区轧制超薄带钢适用于高延伸成型和非剧烈冲压场合。

采用四机架热轧机轧制1.8mmArvedi钢公司，

以下热轧带钢。至1994年4月，铁素体区轧制生产

编号1234

工艺

铁素体奥氏体铁素体奥氏体铁素体奥氏体铁素体奥氏体

屈服强度／Mpa136

1461411441601173187川崎钢铁公司研究所的研究发现，超低碳钢采用铁素体区轧制，其再结晶的（织构发达，高应111）力轧制不仅导致退火时（残余应力迅速回复形222）核，形成强烈的（再结晶织构。而且即使不经过111）冷轧和退火，铁素体区轧制也可以得到发达的（111）织构，从而获得高!值的产品。

［，］加拿大M对于低碳cgill大学的研究表明23：

铝镇静钢，随铁素体区轧制的温度升高，各种形变织构强度显著增加；而IF钢铁素体区轧制温度对形变织构强度影响不大。因此，从工业观点看，IF钢可

延伸率／%42

4342454344表!铁素体区轧制的超低碳钢性能

抗拉强度／Mpa320

330325325320320320335\"值0.2860.2860.2820.2880.2670.2660.2470.241!值1.601.811.651.661.721.871.1.77·44·

钢铁钒钛

2000年第21卷

以采用铁素体区轧制代替冷轧，而低碳钢铁素体区热轧与冷轧产品性能相差较大。

［8］浦项技术室的研究结论为：超低碳钢采用铁

镇静钢而言，铁素体区轧制（和高温卷850!750C）

取（650C）这两个温度段都是AIN析出的敏感阶段，并且轧制过程中也存在形变诱导作用，所以铁素体区轧制存在AIN提前析出的可能。

实际上，目前国内外对铁素体区轧制技术的应用几乎都集中在IF钢种，而很少见到有关低碳铝镇静钢铁素体区轧制工业生产的资料报道。4.2

工艺

4.2.1润滑条件

素体区轧制，热轧产品具有长粗晶和不均匀的晶粒结构，但经过冷轧和退火后组织均匀。随卷取温度的提高，热轧产品的!值增加。铁素体区轧制带钢的性能比奥氏体区轧制带钢的差，但在经过冷轧退火后，其性能与奥氏体区轧制后的冷轧退火钢相当。并且铁素体区轧制产品的!值较高。

从国内外生产报道来看，铁素体区轧制工艺具有的低成本，高生产率，优良的产品性能等优点，使其逐渐成为热轧带钢生产工艺的主要发展方向。

攀钢实现铁素体区轧制的可行性

通过以上介绍可知，铁素体区轧制主要在低碳铝镇静钢和无间隙原子钢两个钢种系列中实现。对攀钢来说要实现铁素体区轧制，则应从产品结构、工艺、设备方面来考虑其实施的可行性。1

产品结构

从前面的论述可知，IF钢在生产中采用铁素体

区轧制工艺是可行的，但攀钢目前可能实现铁素体区轧制的仅有低碳铝镇静钢（IF钢尚处在研究开发初期），而低碳铝镇静钢采用该工艺还存在着会产生不利织构和AIN析出两方面的问题。

（1）

织构铁素体区轧制工艺的终轧温度控制在750C左右，低碳铝镇静钢在这一温度下轧制会产生较强的100｝织构，｛100｝织构在退火过程中将阻碍!织构的形成，降低成品板的有利织构，影响其深冲性能。（2）AIN的析出

我们知道，AIN在1150C时完全固溶，

低于C时开始析出，在800!600C的温度范围内析出最快。在冷轧退火过程中AIN容易在（100）

亚晶界析出，从而使（111）取向的晶粒得以优先形核长大，最终形成强的｛111｝织构，提高!值。如果低碳铝镇静钢采用铁素体区轧制，为防止变形组织的形成，必须采用高温卷取，AIN将不可避免地在热轧卷中提前析出。AIN在热轧卷取过程提前析出，这些析出物会保留到冷轧退火过程中，阻碍晶粒的长大，形成细小的等轴晶粒，使屈服强度、抗拉强度增大，并且，先析出的AIN对｛111｝织构的择优发展不起作用，这些都将最终影响到!值。对攀钢的低碳铝

由于铁素体区轧制过程中轧辊和带钢摩擦产生剪切带，会在钢材表面生成剪切织构、降低带钢!值，所以轧制过程中的工艺润滑是必需的。同时，润滑轧制可以大大降低轧制压力，保证生产顺利进行。

目前，攀钢热轧板厂润滑轧制工艺正在试验过程之中，初步结果表明润滑可使轧制压力降低约%。轧制润滑的采用对攀钢实现铁素体区热轧将大有裨益。

2.2轧制过程的温度制度

铁素体区轧制工艺对温度控制要求十分严格，IF钢的\"r1

在780!820C之间。为保证精轧机组全部机架或后几架轧制进入铁素体区轧制，消除前几架在两相区轧制形成的混晶，并保证厚度精度，终轧温度应控制在750C左右的铁素体区。同时为避免热轧卷出现变形组织，应采用650C以上的高温卷取。

由此可见，在攀钢铁素体区轧制的温度控制难点在于低温终轧和高温卷取。对于IF钢，可采用100C左右的低温加热，720C的低终轧温度较易保证，而低碳（微碳）铝镇静钢由于要求AIN在加热时完全固溶，需采用1250C左右高温加热（这也是低碳铝镇静钢难以采用铁素体区轧制的一个因素），低温终轧很难保证。同时，轧后到卷取过程中只有不到100C的温降，即使层流冷却区完全采用空冷，厚规格产品的高卷取温度也难以保证，薄规格产品就更为困难。3

设备

轧机负荷：在轧制过程中，随着变形温度下降，变形抗力上升。但在铁素体区轧制时，钢的变形抗

力会降低。意大利达涅利钢铁公司研究表明［1］：低

碳钢（C：0.015%!0.04%）和超低碳钢

（C!005%）

的平均变形抗力，在奥氏体温度范围内1050!860C）

和铁素体温度范围（850!750C）的轧制变形抗力几乎相等，且这两种情况下的变形

204.14.!4.｛9000.（第2期

陈小龙等：铁素体区轧制技术及应用于攀钢生产的可行性

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阻力均随温度降低而升高，其增加的幅度（斜率）相同（见图6）。攀钢生产的含碳量在C! . 3%范围内的钢种（微碳铝镇静钢）以及将开发的IF钢，若采用铁素体区轧制其变形抗力变化应与图6所示曲线相似，轧制负荷估计不会对电机、传动轴及轧辊造成严重影响。但是，攀钢热轧板厂现行的变形抗力数学模型能否适用于铁素体区轧制，是否会影响厚度控制，尚有待试验验证。

轧机能力，以保证在铁素体区的顺利轧制；尽快实现热轧过程的工艺润滑，以保证产品性能。

!结语

（铁素体区轧制技术由于其低成本、高生产1）

率、高成材率等优点，具有广阔的应用前景。（以攀钢目前的产品结构、生产工艺及设备状2）况，实现铁素体区轧制尚有一定难度。（攀钢要实现铁素体区轧制，应加强几个方面3）的工作：丰富产品结构，加大IF钢的开发力度；提高参考文献：

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图6

低碳钢和超低碳钢的变形抗力

编辑申秀萍

收稿日期：2 - 2-15

铁素体区轧制技术及应用于攀钢生产的可行性

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

陈小龙， 常军， 王建辉， ， CHEN Xiao-long， CHANG Jun， WANG Jian-hui，WANG Dan

攀枝花钢铁研究院,四川,攀枝花,617000钢铁钒钛

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gtft200002009.aspx