在熱軋不銹鋼管領(lǐng)域，離線熱處理工藝在線化、充分發(fā)揮在線控制冷卻工藝的組織調(diào)控作用，早已得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)從自身產(chǎn)線特點(diǎn)及需求出發(fā)，在定減徑設(shè)備出口設(shè)置了為數(shù)很少的簡(jiǎn)易冷卻噴水環(huán)，以期在不影響鋼管直度的前提下盡量改善性能，但往往溫降能力很小，不能滿足組織調(diào)控的工藝要求；或者基于離線淬火設(shè)備思路，設(shè)置水冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)淬火，但不能實(shí)現(xiàn)在一定溫度點(diǎn)停止冷卻的控制冷卻要求，且受設(shè)備長(zhǎng)度限制，往往只能實(shí)現(xiàn)短尺寸鋼管（單倍尺）的在線淬火。由于熱軋不銹鋼管環(huán)形特殊斷面條件下的高強(qiáng)度、高均勻性冷卻控制技術(shù)難題長(zhǎng)期未得到有效突破，導(dǎo)致了既可在一定溫度點(diǎn)停止冷卻實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫，又可實(shí)現(xiàn)直接淬火的冷卻系統(tǒng)工業(yè)化裝備及工藝技術(shù)應(yīng)用幾乎為空白。
東北大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)不銹鋼管環(huán)形斷面特點(diǎn)，深人開(kāi)展冷卻機(jī)理機(jī)制研究，獲得了鋼管冷卻過(guò)程的高強(qiáng)度均勻化熱交換機(jī)制和控制方法。依托此項(xiàng)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)與寶鋼合作，協(xié)同創(chuàng)新，開(kāi)展熱軋無(wú)縫鋼管在線控制冷卻技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的科研攻關(guān)。2014年，依托寶鋼股份煙臺(tái)魯寶PQF460熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線，開(kāi)發(fā)出在線控制冷卻中試裝置，并基于萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)性中試試驗(yàn)，開(kāi)展了多輪技術(shù)攻關(guān)。在此基礎(chǔ)上，于2016年開(kāi)展實(shí)施寶鋼魯寶PQF460無(wú)縫鋼管在線冷卻裝備及自動(dòng)化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一期科研項(xiàng)目；2017年繼續(xù)開(kāi)展實(shí)施了寶鋼P(yáng)QF460無(wú)縫鋼管在線冷卻裝備及自動(dòng)化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)二期科研項(xiàng)目；2018年，兼具控制冷卻和直接淬火功能的我國(guó)首臺(tái)套熱軋不銹鋼管工業(yè)化在線控制冷卻系統(tǒng)在寶鋼全面建成投產(chǎn)（如圖6-64所示），實(shí)現(xiàn)國(guó)際首創(chuàng)。
基于在線控制冷卻工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)縫鋼管熱軋成型后冷卻路徑的控制，進(jìn)而通過(guò)相變行為調(diào)控改變組織構(gòu)成及亞結(jié)構(gòu)特征。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，在線控制冷卻是通過(guò)對(duì)鋼中相及其形態(tài)、尺度的控制，以達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制效果，提高鋼管的綜合力學(xué)性能。基于控制冷卻靈活的工藝路徑控制，針對(duì)鋼管“成分高＋無(wú)控軋”特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了適于熱軋無(wú)縫鋼管的TMCP-F／B／M工藝技術(shù)，通過(guò)快速冷卻實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管軋后相變組織的調(diào)控，見(jiàn)（圖6-65），充分發(fā)揮“水是最廉價(jià)的合金元素”的理念，突破目前熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)局限，挖掘鋼鐵材料潛能，為開(kāi)發(fā)低成本、高性能、高附加值管材產(chǎn)品提供工藝平臺(tái)。同時(shí)，還可針對(duì)熱軋無(wú)縫鋼管品種及規(guī)格多樣化特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出適于不同工藝的高強(qiáng)度均勻化控制冷卻策略。
1. 熱軋無(wú)縫鋼管TMCP-F工藝
針對(duì)鐵素體-珠光體型無(wú)縫鋼管，利用TMCP-F工藝，即控制冷卻終止溫度在鐵素體相變區(qū)，進(jìn)而獲得細(xì)化的鐵素體、珠光體組織，實(shí)現(xiàn)熱軋顯微組織的在線調(diào)控，改善組織結(jié)構(gòu)，大幅提升其軋態(tài)性能。典型控制冷卻溫度曲線如圖6-66所示。
2. 熱軋無(wú)縫鋼管TMCP-B工藝
將控制冷卻終冷溫度降至貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，即TMCP-B工藝路徑，可以獲得貝氏體組織類型的高強(qiáng)度無(wú)縫鋼管。將貝氏體引入熱軋無(wú)縫鋼管組織調(diào)控中，充分發(fā)揮相變強(qiáng)化作用，可實(shí)現(xiàn)以較低合金成分生產(chǎn)高鋼級(jí)產(chǎn)品，或一鋼多級(jí)的減量化工藝。
3. 熱軋無(wú)縫鋼管TMCP-M工藝
將終冷溫度降至馬氏體相變區(qū)間的TMCP-M工藝，即控制冷卻的極限冷卻直接淬火（DQ）工藝。直接淬火后的管形如圖6-67所示。直接淬火后配以適當(dāng)?shù)幕鼗馃崽幚砑碊Q-T，可以代替離線調(diào)質(zhì)熱處理，省卻再加熱淬火過(guò)程，不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著降低了能耗，同時(shí)還可提高材料的強(qiáng)韌性能，為更高強(qiáng)度級(jí)別熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)提供了工藝手段。
熱軋不銹鋼管控制冷卻工藝技術(shù)自投入使用以來(lái)，顯示出良好的應(yīng)用效果，冷卻后溫度控制精度高，冷卻均勻，冷卻后鋼管管形良好；產(chǎn)品性能提升明顯，有效解決了中厚規(guī)格結(jié)構(gòu)管軋態(tài)性能較低，需要依賴離線熱處理的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了工藝減量化生產(chǎn)；利用直接淬火功能實(shí)現(xiàn)了相關(guān)產(chǎn)品的在線組織調(diào)控及直接淬火，顯著縮短工藝流程。該技術(shù)的研發(fā)成功，已成為無(wú)縫鋼管產(chǎn)品在線組織性能調(diào)控的平臺(tái)性技術(shù)手段，為成分節(jié)約型、工藝減量化的熱軋無(wú)縫鋼管，以及更高品質(zhì)要求的不銹鋼管產(chǎn)品，在組織性能調(diào)控及高效生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)方面提供關(guān)鍵技術(shù)手段及生產(chǎn)支撐，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)熱軋無(wú)縫鋼管短流程綠色化制造工藝具有重要意義。該項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)際空白，也使得我國(guó)成為在熱軋無(wú)縫鋼管領(lǐng)域首個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的國(guó)家。2018年，該技術(shù)入圍世界鋼協(xié)第9屆“Steelie”年度創(chuàng)新獎(jiǎng)。同時(shí)，該技術(shù)的研發(fā)成功也被我國(guó)鋼鐵行業(yè)重要知名媒體《世界金屬導(dǎo)報(bào)》評(píng)選為2018年世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞，并位列首位。
