随着新产品的不断开发和轧制技术的不断发展,要求在轧制过程中实现短时、快速、准确控温,而常规的层流冷却、气雾式冷却等技术,由于冷却速度不高而难以满足这个要求,因此促使人们开发出一种新型的冷却系统,超快冷却(UFC,Ultra Fast Cooling)系统。普通的层流冷却最大冷却速度一般不会超过100℃/s,而“超快冷”的平均冷却速度至少应大于150℃/s.超快冷却系统具有以下特点:


 1. 冷却速足够大,有超常规冷却能力;


 2. 冷却水与钢板的热交换更加充分有效;


 3. 冷却水喷洒形式能满足快速热交换要求;


  4. 有新型的冷却设备。


  2006年,东大RAL与包钢CSP厂合作,采用专利技术“一种用于热轧带钢生产线的冷却装置”,即“超快冷”装置,设计国内第一套用于热轧带钢生产线的“超快冷”系统,小“超快冷”系统的主要参数为:外形尺寸(长x宽x高)7500mmx1600mmx550mm, 冷却介质为浊环水,工作流量1200m3/h,冷却范围1000~100℃,厚度4mm时最大冷却能力达350℃/s.该“超快冷”系统工作流量仅为1200m3/h,表明其冷却效率很高。


  双相钢主要由铁素体和马氏体两相组成,铁素体由奥氏体经先共析转变形成,同时在铁素体晶粒间形成剩余奥氏体,如果冷却速度足够快(超过马氏体相变临界冷速),冷却温度足够低(至少低于M.点),剩余奥氏体就可能直接转变为马氏体,最终组织由铁素体和马氏体双相组成。


  对于C-Mn系热轧双相带钢,必须保证卷取前获得马氏体,即保证卷取温度低于M.点。常规流程的热轧带钢生产线,连轧末机架抛钢速度较高,以层流冷却设备的冷却能力,很难保证在卷取前将带钢温度降至Ms点以下。所以,常规流程生产的热轧双相钢,通常都含有能够稳定奥氏体的合金元素,如铬和钼等,或者大幅度提高钢中阻止碳化物形成的元素的含量,如硅和磷等,在卷取后的缓慢降温过程中,稳定的剩余奥氏体能够转变为马氏体。热轧短流程,如CSP等,末机架抛钢速度相对较低,对于部分厚度规格,可以采用层流冷却将卷取温度降至M.点以下,在此基础上,适当调整终轧温度和冷却速度,就可以生产出部分厚度规格的C-Mn系热轧双相钢。2005年,东北大学RAL与包钢CSP厂合作,采用层流连续冷却工艺开发的厚度为5mm和6mm的540MPa级热轧双相钢。但是,当成品厚度较小(<5mm)时,带钢精轧速度提高,虽然厚度降低有利于冷却,但因冷速增加造成的冷却时间减少,对冷却的不利影响更大,最终的卷取温度较高,不能产生马氏体;当厚度较大时(>6mm),带钢速度有所降低,冷却时间增加,有利于冷却,但此时厚度对冷却的不利影响更为突出,最终的卷取温度也较高,仍不能产生马氏体。因此,为了扩大C-Mn双相钢产品的厚度规格范围,必须增加冷却能力,保证带钢卷取前温度降至Ms点以下。


  2005年的工业试验表明,采用“一段式”层流冷却可以生产出铁素体/马氏体型C-Mn热轧双相钢。试验中,层流冷却的平均冷速只有约25℃/s,这表明,钢中剩余奥氏体向马氏体转变所需的临界冷速小于25℃/s.对于12mm以下带钢,层流冷却完全能够满足剩余奥氏体向马氏体转变所需临界速度。但是,受层流冷却区长度和带钢出口速度的限制,带钢的实际冷却时间有限。在有限的冷却时间内,虽然冷却速度达到临界冷速,但冷却温度却达不到Ms点以下。在层流冷却后面增设“超快速”冷却装置,实际上是保证了带钢在卷取前能够以超过临界冷速的冷却速度降至M.点以下,使剩余奥氏体转变为马氏体。因此,虽然“超快冷”的冷却速度较快,但其冷却速度并不是形成马氏体所必需的,而是带钢在有限冷却区域内,或者说,在有限时间内降温至Ms点以下所必需的。


  本文依托东北大学RAL国家重点实验室与多个钢铁厂开发减量化热轧双相钢课题为研究背景,通过实验室热模拟实验、热轧实验分析铬系双相钢硅-铬成分对性能的影响规律以及奥氏体晶粒尺寸对先共析转变过程的影响规律,并结合超快冷技术开发热轧双相钢生产工艺,在现场试制成功的基础上进行大批量生产及工业推广。