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摘要：高强钢中型棒材生产中，轧件通条温度控制很重要。本文基于考虑轧件头尾温差的水箱在线调整系统，实现了消除（或减轻）高强钢中型棒材生产中由于轧辊长期运行后磨损，导致的进精轧机轧件尺寸偏大，温度较低而在后续减定径机组压下量值不稳定，轧后成品温度存有波动，使快冷后成品质量不稳定问题
关键词：高强钢；中型棒材；轧件温度
1.高强钢中棒轧制中温度偏差原因分析
1.1 高强钢中棒轧线生产中的温度控制
高强钢中棒轧线主要用于生产优质碳结钢、合金结构钢、冷镦钢等钢种，成品主要用于供给汽车、机械等行业所需的优特钢棒材。为得到品质高，稳定性好的高强钢中棒成品，在炼钢和连铸工艺合适下，作为生产、影响和控制成品尺寸和性能的轧制生产线，通常要求使用控轧控冷、在线热处理、精密轧制等先进工艺技术，以期保证产品在规格、产量、质量、性能方面都具有很强的竞争力。众多研究和实际应用表明控轧控冷工艺是显著改变和决定钢材最终微观组织结构类别和尺寸，进而决定力学性能的最重要方法手段[1]。
对将要进入新的轧制机组进行压下工艺的轧件配以水箱冷却+空冷恢复，主要目的在于均匀的将轧件从表层到中心都整体的降低温度，一方面使得新一轮轧制加工中轧件在因塑性变形而导致的温升不至于过高软化轧件，使得轧件正常的高速运行受到影响，另一方面轧件整体在相对较低温度下轧制时，再配以合适的压下量条件，就可使轧件在塑性变形过程中于晶内，晶界等区域产生大量如缠结位错等的缺陷，为后续终轧结束时的基于形核长大的相变控制成品微观组织结构尺寸奠定基础。
1.2 目前高强钢中棒轧线控温主要问题分析
在实际生产中，连铸坯长度一般在7～12m之间，轧线上的轧件在通过前序的粗轧（脱头非连轧），以及连轧工艺的中轧，预精轧后，轧件头尾在轧制中由于存在先后次序，导致完成轧件某道次轧制而逐渐进入水箱时，从轧件头部到尾部会存在显著的温度梯度分布。进行冷却工艺时工件初始温度的大小值从根本上决定了所需用的水量和水压[2]。
如图1所示，目前高强钢中棒线上水冷工艺的取值，一般仅按水冷前通过红外检测仪得到的轧件头部温度作为依据，进而按工艺要求的水冷后温度确定所需的水压和水量参数。然而实际中轧件从头部到尾部的温度分布并不均匀，通常温度梯度为负，头高尾低。这样对于历经水箱的轧件，通条都采用同样的水冷工艺予以降温，则一方面在水箱使用上浪费了能耗，另一方面使得本就已存在头尾温度偏差的轧件在温度均匀性上未能得到有效改善，在随后的三辊减定径机和终轧水冷中累积后，经过倍尺和定尺得到的成品在性能上就产生显著差别，出现质量不稳定的现象。
综上，为从高强钢棒材生产中的控冷工艺角度方面，提高成品力学性能稳定性，應该将进水箱前轧件由于前序轧制道次而造成的头尾温差问题，考虑到水冷工艺参数设定中，以使得在轧件在头尾上的温度梯度尽量小，提高轧件通条温度的均匀性。
2.基于高强钢中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整
2.1 主要思路和技术方案
针对高强钢中型棒材生产中进水箱前轧件因存在自身长度较长，而使得进前序轧制工艺后有头尾温差问题，但现有水冷工艺参数设定中，未将该影响因素考虑的缺陷，本文设计和提出了一种更为先进合理、操作简易、投资较省的水箱冷却控制方案，以完成基于轧制过程头尾温差的水箱工艺参数在线调整系统，其原理图如图2.
如图2，基于高强钢中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，增添的硬件检测件主要是在入轧机口处有一个专门针对轧件尾部的红外温度检测仪，以及一些软件控制模块，总配置方式为，轧件头尾温度检测装备+预设的基于轧件温度轧制工艺数据库+用于计算轧件通条温度分布的信息处理模块+水箱冷却参数调整系统。
2.2 工作原理及其主要过程
根据对轧前轧件尾部温度的检测值，基于当前轧制工艺规程，结合预设的基于轧件温度轧制工艺数据库，通过比对，得出轧后轧件尾部的温度值，将其与当前轧件头部温度进行比对，如果差值落在可接受范围内，则在预设的水箱冷却工艺参数数据库中，选取出对应的水量水压参数值，并传递给控制系统以确保水箱冷却工艺的正确执行。如果计算出得出的头尾温差值超出预设范围，则计算得到该轧件进水箱前，通条温度分布，传递给水箱调控系统后，结合预设的不同轧件温度对应的合适控制水箱参数，以及轧件运行速度，给出基于时间变化的水箱水量和水压参数，满足出水箱后轧件通条头尾温度分布均匀的要求。
由于本文提出的新型基于中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，利用了在线轧前检测到的实际轧件尾部温度为依据，以预定的轧制规程数据库为基础，在对比实际检测的头部温度和计算的轧后尾部温度基础上，可在尽可能少的改建现有轧线条件下，达到尽可能消除轧件温度不均而提高成品质量稳定性的要求。
2.3 设计与试用情况
对于高强钢中棒轧制生产线而言，通常安排24个机架，其中粗轧机组6架、中轧机组6架、预精轧机组4架、精轧机组4架、减定径机机组4架。为保证轧件几何尺寸、表心温度、以及内部微观组织结构，一般会在16机架，也即预精轧机组结束后，在第17机架前，既第一架精轧机，前进行水箱的布置，数量一般在1～4组之间，在20机架，也即精轧机组结束后，21机架前，既第一架减定径机前也布置水箱，数量一般在1～4组之间，最后出减定径机组后再布置数量一般在1～4组的水箱，每一节水箱后还需安放有一定长度距离的自然空冷距离。传统的基于轧后轧件头部温度检测的水箱冷却制度控制，已由图1表示，其中，水箱对轧件的水冷温度控制是基于轧件头部温度进行的，忽略了通条上轧件由头至尾的温降变化，在某厂改造前温差超过60℃。
根据本文提出的基于中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，（如图2），增加了在线检测轧件尾部温度的设备，增设了预设的基于轧件温度轧制工艺数据库， 在和轧制工艺表结合后，可得到轧件不同区在历经当前轧制工艺后，由表层到中心的温度分布，由于是将其作为数据库形式存在，因此省去了计算时间，极适合在线使用，经信息模块处理后，输出得到了轧后进水箱前轧件的通条温度分布值，通过对比头尾温差程度，若在可接受范围内，则通过在预设水箱冷却工艺参数数据库的查找，对轧件整体的水冷都采取同一参数即可，而当温差程度较大，则在预设的水箱冷却工艺参数数据库中，查找到轧件不同区温度所对应的最优水量和水压参数，进一步结合轧件运行速度，得到基于轧件运行时间变化的水量水压调控策略，传递给水箱予以实施。通过本发明的处理，可在不增加复杂的在线温度检测设备和在线轧件温度算法前提下，仅通过少许温度检测设备、电气控制系统，及数据库，就达到在最低投资下，基于稳定控冷工艺提高轧件产品通条温度均匀，而显著改善成品质量稳定性的要求，在使用中通条温差和横截面温差均<40℃，主要性能指标波动减少了10%。
3.结语：
中棒高强钢生产中轧件温度变化幅度超50℃会对进减定径机组有不利影响，造成尺寸精度偏差，和力学性能不温度等不利因素，本文基于考虑轧件头尾温差的水箱在线调整系统，削减了影响，长条及横截面温差范围得到降低，提升了产品性能。
参考文献：
[1]基于棒材生产中新工艺新技术的应用探讨[J].张国琪. 世界有色金属.2016（22）.
[2]冷却器管道直径对大直径棒材冷却效果的影响规律[J].张少军，邵鸿丽，王令宝，杨春彦.冶金设备. 2009（03）.
关键词：高强钢；中型棒材；轧件温度
1.高强钢中棒轧制中温度偏差原因分析
1.1 高强钢中棒轧线生产中的温度控制
高强钢中棒轧线主要用于生产优质碳结钢、合金结构钢、冷镦钢等钢种，成品主要用于供给汽车、机械等行业所需的优特钢棒材。为得到品质高，稳定性好的高强钢中棒成品，在炼钢和连铸工艺合适下，作为生产、影响和控制成品尺寸和性能的轧制生产线，通常要求使用控轧控冷、在线热处理、精密轧制等先进工艺技术，以期保证产品在规格、产量、质量、性能方面都具有很强的竞争力。众多研究和实际应用表明控轧控冷工艺是显著改变和决定钢材最终微观组织结构类别和尺寸，进而决定力学性能的最重要方法手段[1]。
对将要进入新的轧制机组进行压下工艺的轧件配以水箱冷却+空冷恢复，主要目的在于均匀的将轧件从表层到中心都整体的降低温度，一方面使得新一轮轧制加工中轧件在因塑性变形而导致的温升不至于过高软化轧件，使得轧件正常的高速运行受到影响，另一方面轧件整体在相对较低温度下轧制时，再配以合适的压下量条件，就可使轧件在塑性变形过程中于晶内，晶界等区域产生大量如缠结位错等的缺陷，为后续终轧结束时的基于形核长大的相变控制成品微观组织结构尺寸奠定基础。
1.2 目前高强钢中棒轧线控温主要问题分析
在实际生产中，连铸坯长度一般在7～12m之间，轧线上的轧件在通过前序的粗轧（脱头非连轧），以及连轧工艺的中轧，预精轧后，轧件头尾在轧制中由于存在先后次序，导致完成轧件某道次轧制而逐渐进入水箱时，从轧件头部到尾部会存在显著的温度梯度分布。进行冷却工艺时工件初始温度的大小值从根本上决定了所需用的水量和水压[2]。
如图1所示，目前高强钢中棒线上水冷工艺的取值，一般仅按水冷前通过红外检测仪得到的轧件头部温度作为依据，进而按工艺要求的水冷后温度确定所需的水压和水量参数。然而实际中轧件从头部到尾部的温度分布并不均匀，通常温度梯度为负，头高尾低。这样对于历经水箱的轧件，通条都采用同样的水冷工艺予以降温，则一方面在水箱使用上浪费了能耗，另一方面使得本就已存在头尾温度偏差的轧件在温度均匀性上未能得到有效改善，在随后的三辊减定径机和终轧水冷中累积后，经过倍尺和定尺得到的成品在性能上就产生显著差别，出现质量不稳定的现象。
综上，为从高强钢棒材生产中的控冷工艺角度方面，提高成品力学性能稳定性，應该将进水箱前轧件由于前序轧制道次而造成的头尾温差问题，考虑到水冷工艺参数设定中，以使得在轧件在头尾上的温度梯度尽量小，提高轧件通条温度的均匀性。
2.基于高强钢中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整
2.1 主要思路和技术方案
针对高强钢中型棒材生产中进水箱前轧件因存在自身长度较长，而使得进前序轧制工艺后有头尾温差问题，但现有水冷工艺参数设定中，未将该影响因素考虑的缺陷，本文设计和提出了一种更为先进合理、操作简易、投资较省的水箱冷却控制方案，以完成基于轧制过程头尾温差的水箱工艺参数在线调整系统，其原理图如图2.
如图2，基于高强钢中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，增添的硬件检测件主要是在入轧机口处有一个专门针对轧件尾部的红外温度检测仪，以及一些软件控制模块，总配置方式为，轧件头尾温度检测装备+预设的基于轧件温度轧制工艺数据库+用于计算轧件通条温度分布的信息处理模块+水箱冷却参数调整系统。
2.2 工作原理及其主要过程
根据对轧前轧件尾部温度的检测值，基于当前轧制工艺规程，结合预设的基于轧件温度轧制工艺数据库，通过比对，得出轧后轧件尾部的温度值，将其与当前轧件头部温度进行比对，如果差值落在可接受范围内，则在预设的水箱冷却工艺参数数据库中，选取出对应的水量水压参数值，并传递给控制系统以确保水箱冷却工艺的正确执行。如果计算出得出的头尾温差值超出预设范围，则计算得到该轧件进水箱前，通条温度分布，传递给水箱调控系统后，结合预设的不同轧件温度对应的合适控制水箱参数，以及轧件运行速度，给出基于时间变化的水箱水量和水压参数，满足出水箱后轧件通条头尾温度分布均匀的要求。
由于本文提出的新型基于中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，利用了在线轧前检测到的实际轧件尾部温度为依据，以预定的轧制规程数据库为基础，在对比实际检测的头部温度和计算的轧后尾部温度基础上，可在尽可能少的改建现有轧线条件下，达到尽可能消除轧件温度不均而提高成品质量稳定性的要求。
2.3 设计与试用情况
对于高强钢中棒轧制生产线而言，通常安排24个机架，其中粗轧机组6架、中轧机组6架、预精轧机组4架、精轧机组4架、减定径机机组4架。为保证轧件几何尺寸、表心温度、以及内部微观组织结构，一般会在16机架，也即预精轧机组结束后，在第17机架前，既第一架精轧机，前进行水箱的布置，数量一般在1～4组之间，在20机架，也即精轧机组结束后，21机架前，既第一架减定径机前也布置水箱，数量一般在1～4组之间，最后出减定径机组后再布置数量一般在1～4组的水箱，每一节水箱后还需安放有一定长度距离的自然空冷距离。传统的基于轧后轧件头部温度检测的水箱冷却制度控制，已由图1表示，其中，水箱对轧件的水冷温度控制是基于轧件头部温度进行的，忽略了通条上轧件由头至尾的温降变化，在某厂改造前温差超过60℃。
根据本文提出的基于中棒轧制过程轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统，（如图2），增加了在线检测轧件尾部温度的设备，增设了预设的基于轧件温度轧制工艺数据库， 在和轧制工艺表结合后，可得到轧件不同区在历经当前轧制工艺后，由表层到中心的温度分布，由于是将其作为数据库形式存在，因此省去了计算时间，极适合在线使用，经信息模块处理后，输出得到了轧后进水箱前轧件的通条温度分布值，通过对比头尾温差程度，若在可接受范围内，则通过在预设水箱冷却工艺参数数据库的查找，对轧件整体的水冷都采取同一参数即可，而当温差程度较大，则在预设的水箱冷却工艺参数数据库中，查找到轧件不同区温度所对应的最优水量和水压参数，进一步结合轧件运行速度，得到基于轧件运行时间变化的水量水压调控策略，传递给水箱予以实施。通过本发明的处理，可在不增加复杂的在线温度检测设备和在线轧件温度算法前提下，仅通过少许温度检测设备、电气控制系统，及数据库，就达到在最低投资下，基于稳定控冷工艺提高轧件产品通条温度均匀，而显著改善成品质量稳定性的要求，在使用中通条温差和横截面温差均<40℃，主要性能指标波动减少了10%。
3.结语：
中棒高强钢生产中轧件温度变化幅度超50℃会对进减定径机组有不利影响，造成尺寸精度偏差，和力学性能不温度等不利因素，本文基于考虑轧件头尾温差的水箱在线调整系统，削减了影响，长条及横截面温差范围得到降低，提升了产品性能。
参考文献：
[1]基于棒材生产中新工艺新技术的应用探讨[J].张国琪. 世界有色金属.2016（22）.
[2]冷却器管道直径对大直径棒材冷却效果的影响规律[J].张少军，邵鸿丽，王令宝，杨春彦.冶金设备. 2009（03）.