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所以控制轧制的实现在很大程度上决定于不同变
来源:未知 发布时间:2019-09-17 19:49
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  高速线材生产中温度控制的设定及作用赵学博 (鞍钢新轧钢公司线材厂) 摘要从金属学角度针对高速线材生产中加热温度、轧制温度和控冷温度的设定及作用进行了详 细的阐述。以得到低成本、•☆■▲高质量、□▼◁▼高产量的高速线材产品。 ’关键词高速线材加热控冷工艺奥氏体 l前言 随着高速线材生产技术的不断发展及市场对线材产品质量要求的不断提高,在激烈竞争的条件 下,为了获得良好的线材表面质量和组织性能,对加热制度、控制轧制及控制冷却的技术的研究和 应用就显得非常重要了. 高速线材轧机钢坯加热的特点是,温度制度严格,要求温度均匀,温度波动范围小,温度值准 确。加热的通常要求,如氧化脱碳少,钢坯不发生扭曲,不产生过热、☆△◆▲■过烧等现象。 线材的变形过程是由孔型决定的,改变变形量比较困难,而轧制过程中的温度可以通过各种方 法来控制,所以控制轧制的实现在很大程度上决定于不同变形量下对温度的控制,即控温轧制。由 于现代高速线材轧机的发展,控温轧制技术被引入工艺设计之中。采用控温轧制的优点是减少脱碳, 控制晶粒尺寸,改善钢的组织、性能及控制氧化铁皮的生成量。在线材轧制过程中采用的变形制度, 一般是租轧时在奥氏体再结晶区轧制,反复变形使再结晶晶粒细化;中轧及精轧在950以下轧制, 处于Y相的未再结晶区,其累计变形量为60%--70%。当累计变形量达到一定程度时可以发生再结晶, 使终轧时晶粒细小。在粗中轧的再结晶细化因长大时间较长而受到影响,对最终晶粒尺寸作用不大。 所以设定精轧时再结晶细化晶粒和抑制晶粒长大.对不同钢种实现控温轧制,一般采用降低开轧温 度的方法保证对温度的有效控制。在各段轧制变形量的基础上,相应地对各出、入口温度进行控制, 从而实现控温轧制。在满足终轧温度下限的前提下,考虑到轧件在轧制过程中的温降和温升,以最 低开轧温度进行轧制,可使热能耗降低。由于降低了加热温度,钢坯氧化铁皮生成量减少,可以提 高轧件的表面质量,并能够减少金属的烧损。同时。还可以减轻氧化铁皮对轧辊的磨损,从而提高 轧辊的使用寿命。钢坯的加热温度过高。往往是造成氧化、脱碳、过热、过烧等加热缺陷的原因。 实验证明,开轧温度越高而由开轧到终轧温降越大,开轧温度越低而由开轧到终轧温度越小。采用 较低的开轧温度,可以使温降减小并且能够保证终轧温度的要求。但是轧制温度降低会导致轧制压 力增加,因此要求设备能力必须满足要求。据资料介绍,降低开轧温度虽然使轧制能耗增加。但是 在燃料消耗和氧化铁皮量的降低方面所获得的效益完全能克服轧制功率增加所造成的成本增加。 线材轧后控制冷却也称在线热处理。线材控制冷却需要控制的主要参数使终轧湿度、吐丝温度、 相变区冷却速度以及集卷温度。根据不同的钢种,不同用途以及用户的不同要求制定不同的控冷工 艺参数。采用良好的轧后控制冷却技术可以增加产品的附加值,对提高线材的社会经济效益和促进 金属制品生产发展,开拓线材使用的新领域起到良好的效果。 控温轧制和控制冷却的主要目的是: 1)降低钢坯的加热温度和轧件进入及离开无扭精轧机组的温度,不但节能、减少脱碳、控制 晶粒尺寸,而且增大轧件穿过水冷段的刚度、减少事故发生率、提高轧机作业率,并为低温精密轧 245 ¥19l造了条件,以生产更高质量的产品。 2)得到具有最佳的变形特性的线材。使所产生的高碳钢线材具有良好拉拔性能的索氏体(细 珠光体)为主的显微组织,以便达到或接近拉拔前的铅浴淬火处理的水平。使所生产的中、低碳钢 线材具有碳以极细的片状渗碳体从铁素体中析出的显微组织,以获得低的抗张强度和加工硬化率, 高的延伸性能,使冷镦钢线材达到或接近拉拔前的初退火处理的水平。线材具有上述特征允许直接 拉拔,因而可以降低拉丝成本,增加社会效益。 3)得到具有均匀的组织和稳定性能的线材,使所生产的同钢种,•●同一规格线材的通条、卷与 卷、每批与每批之间按均匀一致的温度曲线轧制,以获得变化最小,最均匀的组织和稳定的机械性 能和拉拔性能。这样就可以采用较高的拉拔速度和采用较大的面缩率,减少拉拔道次,提高模子寿 命,降低拉丝成本。 线材表面生成的氧化铁皮最薄,易于酸洗,以降低酸洗成本。 5)提高收得率,由于线材的头、尾与通条温度变化小,性能均匀,减少了切头、◇•■★▼切尾的圈数, 由于线材表面生成的氧化铁皮最薄,减少了氧化铁皮损失,从而提高了线)对于螺纹钢材、●预应力钢筋,通过控温轧制和控制冷却工艺,在不增加微量合金元素的情 况下,提高其钢筋强度级别。 2钢坯的加热温度 2.1钢坯加热的目的。 从金属学角度考虑,钢坯的加热就是使钢奥氏体化,即加热温度必须高于Ac。(亚共析钢)和 Ac-(过共析钢),而合金元素对其有影响,需根据Fe_-c相图、Fe一—c_)(三元相图及多元铁基合金 系相图来进行分析。有两个经验公式…: 彳c,=910—2034-6—15.2M+44.78i+104V+31.5Mo+13.1形一30Mn一11Cr一20Cu+700P+120As Ac,=723—10.7^锄一16.9N/+29.1.掰+16.9C,-+2904s+6.38形 根据以上两个公式,就可以计算不同钢种的奥氏体化温度。 2.2钢坯加热温度的确定。(Fe_-Fe3C平衡相图入图l示) p瑙阴f1E与A4 液态 x‘玎[49s七 rl轷mII啦.0 7圮。1I.1{48f一}31lls.67 FI一19j; 733lP— S0 72’L一【一Fl】 Fe-_Fe3C平衡相酣21从相图上看,钢坯的加热温度必须高于完全奥氏体化温度,即GSE线以上,同时也要低于金属 246 的液相线,即NJE线以下。不同钢种、不同规格钢坯的加热温度也不尽相同。虽然低温轧制轧机的 电耗增加,但与炉子节能相比小得多。因此在保证轧机不过流的前提下应尽量采用低的加热温度。 考虑到线材轧机的承受能力,加热温度也就是钢坯的开轧温度也不能过低。由于受到氧化、脱碳、 过热和过烧等缺陷的限制,钢坯的加热温度不能过高。 2.3加热质量 2.3.1钢坯温差 2.3.1.1钢坯出炉温差 断面心表温差30 长度方向黑印温差30 2.3.1.2钢坯头尾温差 由于轧件前端经受水冷失温较多,第一架轧机轧制速度低,轧件的尾部进入轧机大大滞后于头 部,也失温较多,为补偿钢坯头、◆▼尾端的热量损失,加热温度要高于钢坯中间温度32"C。 2.3.2加热缺陷u1 金属的加热缺陷有氧化、脱碳、过热、过烧。金属开始氧化的温度是500"C,开始脱碳的温度 是800__850。在高温下,表面层金属与炉气中的氧化性气体(Q、C晓、磁O、S02)化学反应生成 氧化铁皮,造成金属的烧损,氧化铁皮还会加剧轧辊的磨损、降低轧辊的精度和增大粗糙度。也会 造成钢料表面层含碳量减少,从而使坯料的硬度和强度降低。影响其使用性能。影响金属氧化和脱 碳的主要因素为:金属成分、炉气成分、加热温度及加热时间。在稍低于过烧温度的高温下长期保 温,晶粒过分长大,钢坯虽然不熔化,但完全处理后,全部的再结晶并不会发生,也就是说某些粗 大的晶粒仍会留在钢坯中。低碳钢=1300"C,高碳钢还要低一些。过烧是金属加热到接近熔点温度 时,晶间低熔点物质开始熔化,由于炉气中的氧化性气体渗入晶粒边界,使晶间物质氧化,破坏了 晶粒间联系。在线材生产过程中,过热和过烧是绝对不允许的。 2.3.3钢坯加热质量的影响 ~以高碳钢为例说明加热质量对最终钢材质量的影响。为了得到高质量的高碳钢盘条,必须严格 控制加热工艺操作,以防止表面脱碳和产生过多的氧化铁皮。加热炉的设计应能使钢坯在850以 下时均匀地缓慢加热;当温度超过850"C时脱碳及氧化铁皮增加速度加快。因此,在均热段(1050 以下)均热时间不应超过30min。一般来说,只要粗轧机能力允许,钢坯加热温度应适当低些,★△◁◁▽▼ 这样既可节能,又可降低成品终轧温度。对于微合金钢线材,钢坯加热温度必须根据钢的化学成分, 并考虑微合金元素的固溶度要求及轧制工艺要求综合确定,通常比一般钢高。 3轧制过程温度 3.1轧件温度变化的特点 粗轧机组由于轧制速度低,轧件与轧辊和冷却水接触的时间长,使轧件的温降较大。而中轧机 组轧制速度有所增加,轧件的变形热抵消一部分温降,轧件的温度变化较小,甚至温度稍有增加。 在精轧机组因轧制速度高,变形热的影响更为明显,除了抵消轧制过程的温降,还会使轧件的温度 升高。因此高速线材轧机轧件的温度变化趋势是初期温度下降,然后基本保持不变,后来温度逐渐 升高。 247 3.2轧制温度计算(根据资料介绍,以下公式可以计算轧制温度)。啪 式中,一乳件的赫面积.mI—乏l丁J。al,’uuJ。 否则线材芯部与线材表面的温差太大,不利于线材质量,为了使线材均温,冷却是间断性的,使热量从线材中心向表面扩散,为此要控制线材的表面温度不低于生成马氏体的临界温度。 通过调节全线的两个水冷控制系统。即精轧前水冷和精轧后水冷,使轧件进入精轧的温度和轧 件的吐丝温度偏差不能超过50,调整精度为5。 4.1.3线 吐丝温度就是水冷段冷却后的温度,一般来说应该是高于相变温度的,但吐丝温度根据钢种的 不同和用户对产品的不同要求而进行选择的。对中、高碳钢线"C,对于有 特殊要求的中、高碳钢其吐丝温度为950。如SII棠J{TgA的出5.5mm线咖 的钢丝后再进一步热处理,这样,对线材除要求高的抗拉强度外也对延伸性能提出了要求。对于建 筑用低碳钢线,而作为拉丝用的低碳钢线,但对于直接 拉拔成二次氧化保护气氛的高锰钢焊条是例外,这类钢在非常缓慢的冷却速度下容易向低碳马氏体 转变,所以要求得到尽可能小的奥氏体晶粒。经研究证明含锰量超过1.6%的钢种应将吐丝温度控制 在750。 4.2吐丝机至集卷站问的散卷吹风冷却H1 这一部分的冷却目的就是进行奥氏体相变控制来得到精确的显微组织,。将碳素钢线材分为两 类,即中、高碳钢线)和低、申碳钢线中、■□高碳钢线材 这类线材主要用于生产钢丝绳、轮胎钢丝、预应力钢丝和弹簧。在显微组织中最好得到索氏体 组织。过去是采用铅浴淬火的方式,所以为了减少这道工序就要尽可能模拟“铅浴淬火”的条件。★-●△▪️▲□△▽○▲ 根据线材的直径大小,来选择冷却速度;大多数中、高碳钢都是通过运输机全长上的强制空冷对流, 在7—20的冷却速度下均匀冷却。其冷却速度是通过改变吐丝温度、运输机速度、线环间距、风 机开闭器的台数多少来进行调整而产生的。 4.2.2低、△中碳钢线%的中碳冷镦钢线材主要用于制钉,制造螺丝、汽车紧固件、标准件,要求 低温终轧;含碳量0.2596的低碳钢冷拉用线材主要用于铁丝、制钉、焊芯等。因此低、中碳钢线 材要求强度低、塑性高,具有较高延伸率的冷加工性能和较低的加工硬化率,得到这样的性能,传 统工艺是退火。所以,在辊道上要采用缓慢的冷却周期,以模拟退火冷却操作。 5结束语 以上分析表明可以通过计算出加热温度、轧制温度,并根据Fe-吒相图和不同钢种的CCT曲线 计算出冷却温度、冷却速度,结合现场实际制定高速线材生产中各钢种的温度控制曲线。根据温度 曲线可以控制整个轧钢过程各部位的温度。但是目前由于轧机的承受能力不能使加热温度降到很 低,控温轧制和控制冷却技术还不是十分进步等不足之处。还达不到“铅浴淬火”的水平。所以, 应该对控温轧制和控制冷却技术抓紧消化、发展和创新,以使得高速线材的温度控制水平更进一步, 在提高线材质量方面取得更大的进步。 参考文献 [1]《锻造工艺手册》 [2]《金属学原理》 【3]刘战英、河北理工学院、高速线材低温轧制节能分析、冶金能源、1998.3 [4]李润华、武汉钢铁设计研究院、高速线材轧制装备技术冶金工业出版社 249

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