高速線(xian)材硬線(xian)生產(chan)的控制冷卻工藝(yi)

 

1 前言

在線(xian)(xian)材生產行業中(zhong)，通常把優(you)質碳(tan)素(su)結構(gou)鋼中(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)質量百分(fen)數(shu)不小于0.45%的(de)(de)(de)中(zhong)高(gao)碳(tan)鋼軋(ya)制的(de)(de)(de)線(xian)(xian)材稱(cheng)為硬線(xian)(xian)。硬線(xian)(xian)是加工低松弛預應(ying)力鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線(xian)(xian)、輪胎鋼絲、彈(dan)簧(huang)等(deng)的(de)(de)(de)原料。目前國(guo)產硬線(xian)(xian)普遍存在索氏體(ti)化率不高(gao),塑性(xing)差(cha)、強度偏高(gao)、表面存在缺(que)陷等(deng)問題(ti)，嚴重(zhong)影響了一(yi)次拉拔性(xing)能。因此,研(yan)究實際生產中(zhong)如何制定合理(li)的(de)(de)(de)控冷工藝(yi),有效控制硬線(xian)(xian)產品(pin)的(de)(de)(de)質量和(he)性(xing)能,有著積極的(de)(de)(de)意義(yi)。

2 加熱條件對性能的影響

在(zai)(zai)同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)軋(ya)(ya)(ya)后控(kong)冷(leng)(leng)條件(jian)下(xia),鋼坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)、加(jia)熱(re)時間直接影(ying)響硬(ying)線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)組織和(he)性(xing)(xing)能,而(er)且這種影(ying)響是(shi)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)。從軋(ya)(ya)(ya)線(xian)(xian)(xian)測溫(wen)(wen)情況(kuang)則反映出(chu),不同(tong)出(chu)爐溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼坯(pi)(pi)隨著軋(ya)(ya)(ya)制道次(ci)(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia),軋(ya)(ya)(ya)件(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)趨于(yu)一(yi)(yi)致(zhi)(zhi),無(wu)論精軋(ya)(ya)(ya)入口溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),還是(shi)吐絲溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)都基本一(yi)(yi)致(zhi)(zhi)。這說(shuo)明(ming)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)對(dui)硬(ying)線(xian)(xian)(xian)組織性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響不是(shi)由(you)于(yu)其對(dui)終軋(ya)(ya)(ya)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響帶來的(de)(de)(de)(de)(de),而(er)是(shi)由(you)于(yu)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱(re)條件(jian)引起(qi)了(le)軋(ya)(ya)(ya)后線(xian)(xian)(xian)材(cai)(cai)冷(leng)(leng)卻(que)(que)過(guo)程(cheng)中組織轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)機理的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化。首先(xian),加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)高或(huo)加(jia)熱(re)時間長(chang)都使鋼坯(pi)(pi)開軋(ya)(ya)(ya)前起(qi)始(shi)(shi)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)晶粒(li)粗(cu)大(da)化,起(qi)始(shi)(shi)晶粒(li)度(du)(du)(du)大(da)必然導(dao)致(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制后高溫(wen)(wen)線(xian)(xian)(xian)材(cai)(cai)再結(jie)晶晶粒(li)較大(da)。其次(ci)(ci),高溫(wen)(wen)開軋(ya)(ya)(ya)與低溫(wen)(wen)開軋(ya)(ya)(ya)相(xiang)比軋(ya)(ya)(ya)后線(xian)(xian)(xian)材(cai)(cai)組織中的(de)(de)(de)(de)(de)形變(bian)(bian)(bian)位錯數量相(xiang)對(dui)減少(shao)。在(zai)(zai)終軋(ya)(ya)(ya)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)和(he)軋(ya)(ya)(ya)后控(kong)冷(leng)(leng)制度(du)(du)(du)相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia),奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)對(dui)粗(cu)化和(he)形變(bian)(bian)(bian)位錯數目的(de)(de)(de)(de)(de)減少(shao)會導(dao)致(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)(que)過(guo)程(cheng)中各(ge)種組織的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)降(jiang),孕(yun)育期延長(chang),表(biao)現在(zai)(zai)連續(xu)冷(leng)(leng)卻(que)(que)C曲(qu)線(xian)(xian)(xian)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)向(xiang)右、向(xiang)下(xia)移(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時,鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)開始(shi)(shi)形成曲(qu)線(xian)(xian)(xian)下(xia)移(yi)尤為突(tu)出(chu),使得在(zai)(zai)同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)(que)速度(du)(du)(du)下(xia),鐵(tie)(tie)索體(ti)(ti)(ti)析(xi)(xi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)大(da)大(da)提高。而(er)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)優(you)(you)先(xian)在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)晶界(jie)形核,由(you)于(yu)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)前奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)晶粒(li)粗(cu)大(da),晶界(jie)面積相(xiang)對(dui)減少(shao),因此(ci)使優(you)(you)先(xian)析(xi)(xi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)更容易連成網狀(zhuang)。另外(wai),鋼坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)高、加(jia)熱(re)時間長(chang),引起(qi)鋼皮脫碳加(jia)劇,線(xian)(xian)(xian)材(cai)(cai)表(biao)面一(yi)(yi)定(ding)深度(du)(du)(du)處的(de)(de)(de)(de)(de)碳濃度(du)(du)(du)相(xiang)對(dui)降(jiang)低,也可能導(dao)致(zhi)(zhi)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)析(xi)(xi)出(chu)量增大(da)。

3 軋后冷卻控制

在軋鋼生產中(zhong)(熱軋),其生產出來的(de)產品(pin)都必須從熱軋后(hou)的(de)高(gao)溫(wen)紅(hong)熱狀態冷卻到(dao)常溫(wen)狀態。這一(yi)階段的(de)冷卻過程將對產品(pin)的(de)質(zhi)量有極其重要的(de)影(ying)響。因此(ci),如何進行線材(cai)的(de)軋后(hou)冷卻,是(shi)整個線材(cai)生產過程中(zhong)產品(pin)質(zhi)量控制(zhi)的(de)關鍵環節之一(yi)。

控冷(leng)(leng)是利用軋后鋼材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)余熱給予一(yi)定的(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)速度,控制其相變過程(cheng),不用熱處理，對高(gao)碳鋼線(xian)(xian)材(cai)(cai)進行控制冷(leng)(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)就是要模擬一(yi)個鉛(qian)浴(yu)淬火過程(cheng),使(shi)線(xian)(xian)材(cai)(cai)得到具有良(liang)好(hao)綜合機械性(xing)能(良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)拉拔性(xing)能、高(gao)強(qiang)度和高(gao)韌性(xing))的(de)(de)(de)(de)索氏(shi)體組織。線(xian)(xian)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)軋后控制冷(leng)(leng)卻(que)分為水冷(leng)(leng)段的(de)(de)(de)(de)強(qiang)制冷(leng)(leng)卻(que)和空冷(leng)(leng)段的(de)(de)(de)(de)相變冷(leng)(leng)卻(que)兩(liang)個階段。控制冷(leng)(leng)卻(que)工(gong)藝由水冷(leng)(leng)區和空冷(leng)(leng)區構成(cheng),線(xian)(xian)材(cai)(cai)經(jing)水冷(leng)(leng)卻(que)至一(yi)定的(de)(de)(de)(de)溫度后,進行吐絲,使(shi)直條線(xian)(xian)材(cai)(cai)形成(cheng)散(san)圈狀分布(bu)在風冷(leng)(leng)線(xian)(xian)上,進行風冷(leng)(leng)。

4 控制(zhi)冷卻(que)工(gong)藝參(can)數(shu)的設計

線材的(de)(de)控制(zhi)冷(leng)卻主要(yao)(yao)是以改(gai)變金相(xiang)組織(zhi),進而改(gai)善(shan)拉拔(ba)性(xing)能等(deng)為目的(de)(de)的(de)(de)一種(zhong)熱(re)處理(li)(li)工(gong)藝,所(suo)以控冷(leng)工(gong)藝參(can)數設計的(de)(de)理(li)(li)論依據是“C”曲線。控制(zhi)冷(leng)卻工(gong)藝中需要(yao)(yao)控制(zhi)的(de)(de)參(can)數主要(yao)(yao)是終(zhong)軋溫(wen)度(du)(du)、吐絲溫(wen)度(du)(du)、相(xiang)變區冷(leng)卻速度(du)(du)(或冷(leng)卻時間)以及集卷(juan)溫(wen)度(du)(du)等(deng),這些參(can)數是決定線材產(chan)品最終(zhong)質量(liang)的(de)(de)關鍵。

4.1 終軋溫度控制

由于奧氏體(ti)晶(jing)粒度(du)(du)(du)影響相變(bian)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)組(zu)織轉變(bian)和轉變(bian)產(chan)物的(de)(de)(de)形貌,因此通過(guo)控制終軋溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)來控制奧氏體(ti)晶(jing)粒有一定的(de)(de)(de)意義。終軋溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)控制可(ke)通過(guo)增加或減少精軋機(ji)機(ji)架間(jian)水(shui)冷(leng)量和精軋機(ji)前水(shui)箱水(shui)量來實現。在終軋溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)確定后(hou),大(da)直徑(jing)高(gao)碳鋼線(xian)(xian)材(cai)(cai)必須考慮噴嘴的(de)(de)(de)冷(leng)卻方(fang)式,水(shui)箱的(de)(de)(de)選用應盡可(ke)能遠離吐(tu)絲機(ji),這樣可(ke)使水(shui)冷(leng)后(hou)的(de)(de)(de)線(xian)(xian)材(cai)(cai)有較長(chang)的(de)(de)(de)均(jun)溫(wen)(wen)時間(jian),使線(xian)(xian)材(cai)(cai)進入風冷(leng)段時,整個截面上溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)基本(ben)均(jun)勻,避(bi)免在風冷(leng)過(guo)程(cheng)中還未完(wan)成均(jun)溫(wen)(wen),延(yan)長(chang)完(wan)成相變(bian)的(de)(de)(de)時間(jian),增加控冷(leng)難度(du)(du)(du),甚(shen)至產(chan)生異常組(zu)織。

4.2 吐絲溫度控制

吐絲溫度是控制相變開始溫度的關鍵參數。冷卻段數的多少影響著吐絲溫度的高低,而吐絲溫度的高低,影響奧氏體的晶粒尺寸,間接地影響到冷卻轉變曲線的位置。從理論上講，選擇較高的吐絲溫度，吐絲后線材仍處于奧氏體組織狀態，碳元素和其它伴隨元素依然固溶在奧氏體中。奧氏體晶粒拉長，奧氏體在風冷線上的過冷度增大，致使連續轉變曲線向右下方移動。較粗大的奧氏體晶粒轉變成珠光體的相變在更低的溫度下進行，轉變后的珠光體片層間減小，索氏體化率升高。選擇較低的吐絲溫度，線材的奧氏體晶粒很細，晶界面積增大，珠光體成核點多，珠光體球變小，使得線材的塑性指標變好。同時較低的吐絲溫度配合快速的風冷，可以抑制鐵素體析出，減少鐵素體的含量，改善鐵素體的形態。根據C曲線圖，對于硬線若要得到較高的索氏體化率必須使冷卻速率達到10_~15℃/s。

為確(que)定合話(hua)的吐(tu)絲溫(wen)度，做了(le)大量試驗，吐(tu)絲溫(wen)度從820℃到930℃，鋼種為60#鋼，風(feng)冷(leng)選擇最大。試驗結果表明:

(1)索(suo)氏體化(hua)率同吐(tu)絲(si)(si)溫度關系不大，而與吐(tu)絲(si)(si)后的風(feng)冷(leng)冷(leng)卻速率有關。由于(yu)采取了最大的風(feng)冷(leng)，索(suo)氏體化(hua)率較高，接(jie)近75%。

(2)隨著吐絲(si)溫(wen)(wen)度的升(sheng)(sheng)(sheng)高(gao)，強度指(zhi)標(biao)上(shang)升(sheng)(sheng)(sheng);吐絲(si)溫(wen)(wen)度下降，塑性(xing)指(zhi)標(biao)上(shang)升(sheng)(sheng)(sheng) 

(3)根(gen)據以(yi)上試(shi)驗結(jie)(jie)果(guo)，生產(chan)硬線時我(wo)們(men)選擇了850℃-850℃的(de)(de)吐(tu)絲溫度，風冷(leng)風機全部(bu)開(kai)啟至最大，輥道速(su)度設定(ding)在1.0m/s。以(yi)期獲得較好的(de)(de)塑性指(zhi)標(biao)、索式(shi)體化率和表面質量。隨(sui)后我(wo)們(men)隨(sui)機對10個爐(lu)號的(de)(de)60#鋼(gang)進行了跟蹤試(shi)驗，結(jie)(jie)果(guo)見(jian)表1。

 

表1 60#鋼(Φ6.5mm)鋼跟蹤(zong)試驗

 

軋制號	熔煉號	鋼種	規格	檢驗性能(neng)
				屈服點	抗拉強度	伸長率	冷彎	斷面收縮(suo)率
0909G0385	09E204703	60#	φ6.5	900	920	17	完好	39
0909G0386	09E204703	60#	φ6.5	775	805	17	完好	39
0909G0387	09E204705	60#	φ6.5	830	855	17	完好	37
0909G0388	09E204705	60#	φ6.5	890	915	17	完好	42
0909G0389	09E305586	60#	φ6.5	785	820	20	完好	44
0909G0390	09E305586	60#	φ6.5	790	830	23	完好	51
0909G0391	09E204708	60#	φ6.5	760	795	27	完好	42
0909G0392	09E204708	60#	φ6.5	505	760	27	完好	53
0909G0393	09E205965	60#	φ6.5	780	895	13	完好	36
0909G0394	09E205965	60#	φ6.5	800	965	11	完好	34

 

 

4.3 相變區冷卻速度的控制

為了使高碳線材獲得接近鉛淬(cui)處理的(de)性(xing)能,斯太爾摩應采(cai)用標準(zhun)型冷(leng)卻(que)。冷(leng)卻(que)速度的(de)控制(zhi)主要是控制(zhi)冷(leng)卻(que)風機和輥道速度。

4.3.1 風冷輥道速度的確定

斯太爾(er)摩輥道速度由下(xia)式(shi)可以確(que)定:

C=W·V/(π·d)式中(zhong)　C———輥道速度,m/s；W———線環(huan)間(jian)距,mm；d———線環(huan)直徑,mm；

V一軋(ya)制速(su)度,m/s。

輥道速度決定于線環間距、線環直徑及軋制速度。在終軋速度給定的情況下,線環直徑也隨之確定,這時輥道速度取決于線環間距。線環間距的選擇與線材直徑有關。直徑大,要求線環間距大,一般不同的直徑均對應著一個最佳的線環間距,小于該間距,會影響冷卻效果,大于該間距,隨著間距值的繼續增大(要考慮風冷段的長度因素),略提高線材與流動空氣的相對速度對線材強度影響很小。在快速冷卻時,輥道速度應能使相鄰線環間距大于40mm,以保證獲得細珠光體所需的冷卻速度^[4]。實踐證明,在間距是40mm時,相鄰線環熱量互相影響很小,冷卻速度主要由風量控制。40mm的間距值是標準型冷卻工藝參數—輥道速度的控制界限值。此外,運輸機各段速度應逐漸增加,使線環邊緣搭結點錯開,消除熱點影響,提高同圈強度的均勻性。防止在較低冷卻速度下高碳鋼線材中產生先共析Fe₃C,不利于拉拔。

4.3.2 冷卻風機的選用

冷(leng)卻風(feng)機(ji)的選用包括兩(liang)個(ge)方面(mian),即風(feng)機(ji)風(feng)量和風(feng)機(ji)臺數(shu)的確定。

⑴ 冷(leng)卻風量的分配

對(dui)大直徑高碳(tan)鋼(gang),為了增加(jia)冷卻速(su)度(du),增加(jia)相(xiang)變前奧氏體的過冷度(du),風機(ji)(ji)必須開滿(man)風。當(dang)線材由吐絲機(ji)(ji)吐出散布(bu)在斯太爾(er)摩運(yun)輸機(ji)(ji)上時(shi),呈中間(jian)疏(shu)、兩(liang)邊密的狀(zhuang)態,導致中部與邊緣的冷卻速(su)度(du)不同(tong)。雖(sui)然運(yun)輸機(ji)(ji)上風嘴分布(bu)使兩(liang)側冷卻能(neng)(neng)力(li)加(jia)強(qiang),但為了使同(tong)圈性能(neng)(neng)離散達到最小,還須借助風量調整(zheng)裝置進(jin)行風量優化分配。

⑵ 風(feng)機臺數的確定

風機的啟用臺數應考慮吐絲溫度和輥道速度的影響。一般來說,吐絲溫度升高,奧氏體過冷度增大,完成相變時間長,為了確保相變在風冷段中進行,必須增加風機使用臺數。同樣,風機臺數的確定也與輥道速度的快慢有關,在終軋速度一定時,輥道速度快,要求使用風機的臺數相對增多。大直徑高碳鋼線材由于熱焓量高,在同樣的終軋速度下,為了提高冷卻速度,必須加快輥道速度,以消除線環熱點間的干擾,因此,啟用風機的臺數也相應要多^[5]。針對不(bu)同規格,對應不(bu)同的(de)軋制速度、吐(tu)絲溫度,應確定關鍵的(de)幾臺風機,即發生相變時所用的(de)幾臺風機。

4.4 集卷溫度的控制

集(ji)卷溫(wen)(wen)度取決于相變結束后(hou)的冷(leng)卻過程。為了保證產品性能(neng)(neng)和避免(mian)集(ji)卷后(hou)的高溫(wen)(wen)氧化(hua)以及改(gai)善勞動環(huan)境,一般說來要(yao)(yao)求在250℃以下集(ji)卷。有時由(you)于受冷(leng)卻條(tiao)件的限(xian)制,集(ji)卷溫(wen)(wen)度可(ke)能(neng)(neng)要(yao)(yao)高一些,但(dan)最高也不(bu)應(ying)高于350℃。

5 生產狀況

北鋼第四高速線材生產線自軋制品種鋼以來,已軋制了45#,  55#，60#，65#等硬線品種(zhong)鋼。盤條尺寸公(gong)差均控(kong)制在(zai)(zai)C級標準(zhun)范圍(wei)內,主(zhu)要產品45#(Φ6.5mm)抗拉強(qiang)度(du)為820-900MPa;面(mian)縮(suo)率(lv)在(zai)(zai)40%以上，索(suo)氏體化率(lv)達(da)70%以上,;而且沒有(you)網(wang)狀(zhuang)鐵素體組織;隨機10爐對45#、Φ6.5mm的性能進行檢測, 檢測表明，強(qiang)度(du)偏差絕(jue)大部分(fen)在(zai)(zai)±50MPa范圍(wei)內,面(mian)縮(suo)率(lv)偏差在(zai)(zai)6%范圍(wei)內,見表2。

表2  45#鋼(gang)(Φ6.5mm)的性(xing)能(neng)檢測(ce)結果

 

檢測位(wei)置	試樣號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	平均值
頭部	抗拉強度/Mpa	900	900	900	900	900	900	860	870	880	850	886
	面縮率%	48	45	50	46	45	45	46	44	42	42	45
尾部	抗拉強度/Mpa	880	890	900	900	880	880	890	860	850	870	880
	面縮率(lv)%	43	42	44	44	44	44	44	41	44	40	43

 

6 結論

 北鋼(gang)第四(si)高(gao)速(su)線(xian)材生產線(xian)通(tong)過(guo)以上控制(zhi)冷卻工(gong)藝的(de)控制(zhi)后，生產出來的(de)硬線(xian)產品(pin)表面(mian)質(zhi)量及通(tong)條性均達到較高(gao)水(shui)平(ping)，且索氏體(ti)率高(gao)。但同時,還必須(xu)不斷優化冷卻工(gong)藝參數(shu),生產出滿足不同用戶要求的(de)優質(zhi)線(xian)材。

 

 

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