供稿|陈业雄，顾立业，何立新 / CHEN Ye-xiong, GU Li-ye, HE Li-xin

超快速冷却(Ultra Fast Cooling)，简称UFC，是近年来国际上新兴的一项用于控制带钢冷却的新技术，同时也是配合其他一些先进钢铁材料的轧制新技术。超快冷却系统具有以下优点： 1)具有超常规冷却能力，冷却速度足够快。2)冷却水喷洒形式能满足快速热交换要求。3)冷却水与钢板的热交换更加充分有效。4)具备新型的冷却设备。为进一步扩展唐山国丰钢铁有限公司热轧产品规格的范围，提高企业竞争力，在620 mm生产线设计安装了超快冷系统，成为国内首次在窄带钢生产中使用超快冷技术的钢铁企业。

超快冷却设备

超快速冷却系统在整体结构上采用两侧对称布置，从两个方向同时对带钢进行冷却，有效长度约9 m。喷嘴布置安装在冷却本体的侧挡板上以实现对带钢的冷却。喷嘴的结构为扇形喷嘴，每个喷嘴单元上有18个喷嘴，呈两列布置，且喷嘴之间错开一定的角度。这也不仅可以保证两侧喷嘴具有相同的冷却能力，而且保证了带钢的冷却均匀。超快速冷却系统的结构采用分组式设计，共为六组，在高度方向上保证最大宽度带钢的冷却能力。

超快速冷却段的冷却单元在每组中间分别设置有挡块，每个冷却单元均由一组阀组来控制。每组阀组包括1个DN50的手动蝶阀和1个DN50的气动双层薄膜阀，喷嘴的有效冷却宽度为60 mm。每段两侧喷嘴为一个控制冷却单元，共有12个单元。

热轧工业生产中的超快冷却

工艺流程

铁水预处理→顶底复吹转炉→LF炉精炼→钢坯连铸→加热炉→粗轧五道(1立1平1立2平1立2平)→精轧9道(1立9平)→超快冷→链板运输→卷取。

化学成分设计

为了保证产品的力学、工艺以及使用性能，按国家标准对GF08Al化学成分进行严格控制，详见表1。

热轧、冷却工艺

在热轧生产工艺中，加热我们采取铸坯进炉温度700℃、出炉温度1210℃。粗轧采取铸坯出加热炉后，开轧温度1140℃，粗轧5道次，中间坯38 mm，总压下率为81.3%。精轧采取中间进入9机架热连轧机组，热轧厚度为2.5 mm。

传统工艺，GF08Al低碳铝镇静钢的热轧工艺采取“三高一低”的原则，即高加热温度、高开轧温度、高终轧温度、低卷取温度，这是为了防止AlN第二相粒子在热轧过程中或热轧之后析出，在热轧后使用600℃以下进行卷取，实际生产中采用的卷取温度一般为560~620℃[1]。层流冷却速度一般在20~40℃/s，在这种热轧工艺下，Al和N在冷轧过程中固溶在基体中，在罩式退火过程中析出，有利于{1 1 1}织构的形成，利于冲压成形。

此次生产GF08Al超快冷采用前段集中冷却，冷却速度160℃/s，超快冷终冷温度700~720℃，经链板运输约25 s后卷取，空冷(5~6)℃/s，卷取温度为550~600℃，卷取后自然冷却。具体生产工艺参数详见表2。

表1 GF08Al化学成分表%

表2 生产冷却工艺参数表

检测热轧板力学性能对比，投用超快冷的带钢抗拉强度356~360 MPa，屈服强度312~320 MPa，伸长率48%~50%，详见表3。

表3 力学性能表

同时通过金相组织图，可以看到热轧板组织均为铁素体+珠光体+少量沿晶界的三次渗碳体。投用超快冷沿晶界析出的渗碳体较少，当快冷终冷温度在727℃以下时，带钢在运输链板空冷时，生成三次渗体的几率要小。

冷轧、退火工业生产中的超快冷却

工艺流程

酸洗—轧制—松卷—光亮退火—平整—发货—冲压成型。

冷轧、退火工艺

热轧原板经酸洗后由2.5 mm经五连轧轧至0.5 mm，总压下率为80%。在压下过程中，脆裂的渗碳体将互相分开，碎块之间出现空隙，这将显著降低钢的密度。当碎块之间空隙比较大时，发现软的基体可以挤入其中，通过退火时的再结晶可以在一定程度上将上述空隙或裂纹填合，有利于钢整体综合性能的提高。

一般来说，组织中的渗碳体数量越多，带钢抗拉强度越高。渗碳体数量越少、晶粒尺寸越小越均匀，带钢的塑性越好，伸长率越高。从退火后冷轧板的组织分析可知，大的晶粒尺寸和较均匀的组织可以获得较高的n值。退火温度越高，晶粒尺寸越大越均匀，组织中的渗碳体数量越少。因此随着退火温度的升高，强度降低，塑性提高，n值有所提高[2]。

再结晶包括形成畸变很小的新晶核和晶核长大两个基本过程，在结晶后钢的力学性能基本上改变到形变以前的水平。而在实际生产中，为了加速再结晶、提高生产效率，将再结晶退火温度设定在600~700℃之间。此时铁素体发生再结晶，而珠光体则发生相的重结晶，为了再结晶充分进行，根据设备状态此次生产将再结晶温度660~690℃，罩式退火炉退火约60~70 h，退火温度曲线示意图如图1，平整延伸率设定2~3%。

图1 退火温度曲线示意图

通过各项指标对比，详见表4，我们可以清楚地看到此工艺下的冷轧板性能，主要表现为：

表4 冷轧板性能

1) 一般认为CQ级热轧板的屈服强度为140~275 MPa，抗拉强度为270~380 MPa，伸长率33%，此次生产的冷轧板各项指标均达到较高的水平。

2) 从成型性能上看，带钢投用超快冷生产GF08Al冷轧板n值>0.20，r值>1.40，完全满足DC01的指标，可以满足一般冲压深度要求。

冷轧板经退火后，通过金相组织图可以清晰地看到，冷轧板组织为变形态铁素体+个别珠光体+沿晶界分布的渗碳体，见图2。

带钢在快速冷却过程中，相变温度下降，铁素体生核速度增加，抑制晶粒的长大，储存了大量的形核能，为退火过程中回复、再结晶提供了更强的动力，使晶粒均匀，渗碳体数量少，塑性好，成型性能好[3]。将此工艺下的冷轧板成品用于冲压油箱盖，冲压深度约80 mm，表面质量良好，冲压成品率合格率98.8%，详见图3。

图2 冷轧板退火后金相组织

图3 冲压邮箱盖

结语

1) 生产实践表明，超快冷却速度160 ℃/s，冷轧压下率80%，退火温度660~690℃的工艺参数是合理的。

2) GF08AI冷轧板屈强比0.62，伸长率(A80)35~37%，n值0.22，r值>1.50，最大冲压深度80 mm，能满足下游客户一般冲压使用要求，冲压合格率达98.8%。

3) 超快冷生产冲压用热轧窄带钢GF08Al的成功开发，为公司的产品结构优化做出了贡献，也是国内首创。

[1] 潘欣，华维，林瑞民，等. 罩式退火过程中温度场对08A1冷轧钢带再结晶影响的分析. 四川冶金，2011(3): 38-41.

[2] 何立新，王强，曾新国，等. S08AI冷轧板退火态组织和织构特征. 轧钢，2010(3): 16-19.

[3] 王有铭，李曼云，韦光编，等. 钢材的控制轧制和控制冷却. 北京：冶金工业出版社，1995.