北營高線控制冷卻技術的應用

1、北營高線控制冷卻技術的應用【摘 要】通過對鋼材控制冷卻的基礎理論、概念、分類及其在線材生產中的應用等情況進行了介紹 ,并對北營高線線材生產過程中控軋控冷技術和存在問題進行了闡述。【關鍵詞】高線 控制冷卻 組織變化0.前言隨著社會地不斷進步，科研成果層出不窮。對線材產品的要求已不僅局限于尺寸精度、物理性能，更多地需要其化學性能、冶金性能的提高。而這就需要控制鋼材顯微組織和結構，所以控制冷卻技術的應用就尤為重要。1.冷卻過程中鋼的組織變化1冷卻過程中鋼的組織變化取決于形變條件和冷卻條件。對一般生產廠而言其鋼坯尺寸不變，其奧氏體的狀態(tài)只與成品規(guī)格有關。故形變條件對組織變化影響不大。冷卻條件包括:開始

2、冷卻溫度、 冷卻速度和終止冷卻溫度。冷卻分為三個階段 ,不同階段控制的目的不同:(1) 相變前的組織準備階段(從形變后到相變前)，目的是為控制相變前的高溫組織狀態(tài)；(2) 相變階段(從相變開始到相變終了)，目的是控制相變過程；(3) 相變后的階段(從相變后到室溫)，目的是控制相變后到室溫的組織狀態(tài)，如過飽和碳化物的析出等。為了獲得預期的理想組織，一般要求: 形變后就應對冷卻進行控制； 冷卻控制必須與形變的條件結合； 要注意形變奧氏體在各種冷卻條件下相變溫度均發(fā)生改變。2.控制冷卻的概念及分類控制冷卻的實質是晶粒細化和相變強化 ,即在控制軋制之后 ,對奧氏體到鐵素體相變溫度區(qū)間進行某種程度的快速

3、冷卻 ,使相變組織細化 ,甚至相變成新的組織 ,然后再空冷的工藝 ,可在不損壞韌性的情況下提高強度 ,以獲得更高的強度和更優(yōu)良的韌性。控制冷卻包括一次冷卻、 二次冷卻和三次冷卻(空冷)三個不同的冷卻階段 ,其目的和要求是不相同的。(1) 一次冷卻。是指從終軋溫度開始到奧氏體向鐵素體開始轉變溫度Ar3 或二次碳化物開始析出溫度Arcm范圍內的冷卻 ,其目的是控制熱變形后的奧氏體狀態(tài) ,阻止奧氏體晶粒長大或碳化物析出 ,固定由于變形而引起的位錯 ,加大過冷度 ,降低相變溫度 ,為相變做組織上的準備。一次冷卻的開始快冷溫度越接近終軋溫度 ,細化奧氏體和增大有效晶界面積的效果越明顯。(2) 二次冷卻。

4、是指熱軋鋼材經過一次冷卻后 ,立即進入由奧氏體向鐵素體或碳化物析出的相變階段 ,在相變過程中控制相變冷卻開始溫度、 冷卻速度和停止冷卻溫度等參數(shù) ,就能控制相變過程 ,從而達到控制相變產物形態(tài)、 結構的目的。(3) 三次冷卻。是指相變之后直到室溫這一溫度區(qū)間的冷卻參數(shù)控制。對于一般鋼材 ,相變后多采用空冷 ,冷卻均勻 ,形成鐵素體和珠光體。此外 ,固溶在鐵素體中的過飽和碳化物在慢冷中不斷彌散析出 ,形成沉淀強化。對一些微合金化鋼 ,在相變完成之后仍采用快冷工藝 ,以阻止碳化物析出 ,保持其碳化物固溶狀態(tài) ,以達到固溶強化的目的。3.線材控制冷卻技術的應用控制冷卻工藝參數(shù)設計的理論依據(jù)是奧氏體連

5、續(xù)轉變（CCT）曲線。線材控制冷卻工藝參數(shù)主要是終軋溫度、吐絲溫度、相變區(qū)冷卻速度以及集卷溫度。這些參數(shù)最終決定線材產品質量，調整上述工藝參數(shù)會使產品性能發(fā)生變化。因此，正確設定和控制冷卻工藝參數(shù)，是應用線材控制冷卻工藝的關鍵。3.1 終軋溫度的設定由于奧氏體晶粒度影響相變過程中的組織轉變和轉變產物的形貌，因此可以通過控制終軋溫度采控制奧氏體晶粒。(1) 高碳鋼、低合金高強度鋼以及冷鐓鋼的終軋溫度。對于強度和韌性要求較嚴格的高碳鋼、低合金高強度鋼以及冷鐓鋼之類線材，由于它們的使用性能和再加工性能的需要，要求奧氏體晶粒細化（粗晶粒沖擊韌性差）、脫碳層薄，所以需要通過調整預水冷箱來減低終軋溫度。(

6、2) 低碳軟鋼的終軋溫度對強度性能要求不高，主要用于拉拔鐵絲、制釘?shù)扔猛镜牡吞架涗?、碳素焊條鋼等，由于含碳量低，奧氏體化溫度高，所以終軋溫度應相對高一些。(3) 軸承鋼線材的終軋溫度對于軸承鋼，為了避免網狀碳化物形成，在軋機能力許可的情況下，應該使終軋溫度盡可能低。3.2 吐絲溫度的設定吐絲溫度是控制相變開始溫度的關鍵參數(shù)。實際生產中不會存在使產品具有最佳力學性能和冶金性能的唯一吐絲溫度。最佳吐絲溫度范圍應結合鋼種成分、過冷奧氏體分解溫度（C曲線的位置）及產品最終用途等幾方面的因素加以綜合考慮。精軋后水冷段不供水可得到較高地吐絲溫度，通過調節(jié)水冷段的供水閥可獲得較低于的吐絲溫度，對于不同尺寸的

7、線材通過供水閥的調節(jié)量同樣可以得到相同的吐絲溫度，一般把吐絲溫度控制在760以上。相同冷卻條件下，吐絲溫度越高，抗拉強度越高，但塑性降低；吐絲溫度越低，抗拉強度越低，但塑性提高。3.3 相變區(qū)的冷卻速度控制風冷相變區(qū)的冷卻速度決定了奧氏體的分解轉變溫度和時間，它對線材的最終組織形態(tài)起決定作而風冷區(qū)冷卻速度取決于運輸輥道的輥速，風機狀態(tài)、風量大小及保護罩的開閉。 對斯太爾摩控冷工藝來說，冷卻速度的控制取決于風冷輥道的速度、風機狀態(tài)和風量大小以及保溫罩蓋的開閉。風冷輥道速度是改變線圈在風冷輥道上布放密度的一種工藝控制參數(shù)。通過風冷輥道速度階梯遞增來改變線圈布放密度，從而控制線材的冷卻速度。一般說來

8、，在軋制速度、吐絲溫度以及冷卻條件相同的情況下，風冷輥道的速度越快，線圈布放得越稀，散熱速度越快，因而冷卻速度越快。但當風冷輥道的速度快到一定值時，冷卻速度達到最大，即使再增大風冷輥道速度，冷卻速度也不再增加。這是因為風冷輥道速度加快，增加了線圈間距，使線圈之間的相互熱影響不斷減小，直至消失，此時風冷輥道速度增加，不能提高冷卻效果。相反，風冷輥道速度加快縮短了盤卷的風冷時間，反而會降低冷卻效果。同樣在風冷輥道速度、吐絲溫度以及冷卻條件相同的情況，軋制速度同樣可以改變線圈布放密度。所以在生產實際中應多因素考慮，通過不同的工藝參數(shù)可以到同樣的效果。散卷運輸機下方一般有多臺可分擋控制風量的冷卻風機，

9、根據(jù)冷卻的需要能進行多種狀態(tài)的組合操作?，F(xiàn)介紹如下：(1) 所有風機均開啟，并以滿風量工作。主要適用于要求強制風冷的高碳鋼種。(2) 通過控制各風機風量，可以實現(xiàn)不同的冷卻速度，這種操作適用于中等冷速要求的鋼種；(3) 前幾臺開啟、后幾臺關閉，或前幾臺關閉，后幾臺開啟，或其中任意幾臺風機組合開啟、其余關閉。這三種操作分別適用于要求先快冷后慢冷，或先慢冷后快冷，或非均勻冷速的鋼種；(4) 所有風機關閉。這種操作的冷卻速度可依據(jù)風冷輥道速度（或線圈間距）和罩蓋的開閉情況在較小范圍內得到控制。它適用于要求冷卻速度較慢的低碳、低合金及合金鋼種。另外“佳靈”裝置可以改變風機風量的配比達到均勻冷卻的目的，

10、有利于得到性能通條一致的線材。保溫罩蓋只有開、閉兩種狀態(tài)。按緩冷工藝即斯太爾摩的延遲型工藝操作時，罩蓋關閉，進行強制風冷或散卷空冷時，罩蓋打開；也可根據(jù)鋼種特性和冷速要求，任意關閉其中某一段或某幾段罩蓋，其余打開。3.4 集卷溫度的控制集卷溫度主要取決于相變結束溫度及其后的冷卻過程。過高的集卷溫度可導致盤卷高溫氧化、降低產品性能，工人勞動環(huán)境無法保證。4.控冷工藝在北營高線的應用北營已生產鋼種中依照風冷相變區(qū)的冷卻速度可分為緩冷、急冷二大類。為保證奧氏體狀態(tài)及減少偏析影響，采用較高的開軋溫度，終軋溫度控制在840-900，吐絲溫度依鋼種不同控制在830-1020之間。緩冷鋼種風冷輥道速度設定在0.09-0.35m/s之間，冷卻風機依照性能要求開啟1-2個，風機對應保溫罩開啟。急冷鋼種風冷輥道速度設定在0.65-0.95m/s之間，冷卻風機根據(jù)含碳量、產品規(guī)格開啟，保溫罩全部開啟。存在以下問題：(1) 緩冷鋼種集卷溫度高且空間相對封閉，容易造成設備變形進而影響卷型。(2) 通條性能還有待提高。(3) 冬季生產時環(huán)境溫度低某些鋼