高速線(xian)材硬線(xian)生產(chan)的控制冷(leng)卻工藝
1 前言
在線(xian)(xian)材生產行業(ye)中(zhong)，通常把優(you)質(zhi)碳素結構鋼中(zhong)碳的質(zhi)量百分數不(bu)小于0.45%的中(zhong)高(gao)碳鋼軋制的線(xian)(xian)材稱(cheng)為硬(ying)(ying)線(xian)(xian)。硬(ying)(ying)線(xian)(xian)是加工低(di)松弛預應力(li)鋼絲(si)、鋼絲(si)繩(sheng)、鋼絞線(xian)(xian)、輪(lun)胎鋼絲(si)、彈簧等的原料。目前國產硬(ying)(ying)線(xian)(xian)普遍存在索(suo)氏體化(hua)率不(bu)高(gao),塑性差、強度偏(pian)高(gao)、表面存在缺陷(xian)等問題，嚴重影響(xiang)了一次拉拔性能(neng)。因此,研究實際生產中(zhong)如(ru)何制定合理(li)的控冷工藝,有效控制硬(ying)(ying)線(xian)(xian)產品的質(zhi)量和性能(neng),有著積極的意義(yi)。
2 加熱條件對性能的影響
在(zai)(zai)(zai)同(tong)(tong)(tong)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)控冷條件(jian)(jian)下(xia),鋼(gang)(gang)(gang)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)、加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)間(jian)直接影響(xiang)硬線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)和(he)性能(neng)(neng),而且這種影響(xiang)是(shi)明顯的(de)(de)(de)(de)。從(cong)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)線(xian)(xian)測溫(wen)情況則反(fan)映出(chu)(chu),不同(tong)(tong)(tong)出(chu)(chu)爐(lu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)坯(pi)(pi)隨著軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)制(zhi)道次(ci)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia),軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)件(jian)(jian)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)趨于(yu)一致,無(wu)論精軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)入口溫(wen)度(du)(du)(du)(du),還是(shi)吐絲溫(wen)度(du)(du)(du)(du)都基本一致。這說(shuo)明加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)對硬線(xian)(xian)組織(zhi)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)不是(shi)由(you)于(yu)其(qi)對終軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)帶來的(de)(de)(de)(de),而是(shi)由(you)于(yu)不同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)條件(jian)(jian)引起了(le)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)線(xian)(xian)材冷卻過(guo)程(cheng)中(zhong)組織(zhi)轉(zhuan)變(bian)機(ji)理的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)。首先,加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)高或加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)間(jian)長都使鋼(gang)(gang)(gang)坯(pi)(pi)開(kai)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)前起始奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒粗(cu)大(da)(da)化(hua)(hua),起始晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒度(du)(du)(du)(du)大(da)(da)必(bi)然導致軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)制(zhi)后(hou)(hou)高溫(wen)線(xian)(xian)材再結晶(jing)(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒較大(da)(da)。其(qi)次(ci),高溫(wen)開(kai)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)與低(di)溫(wen)開(kai)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)相(xiang)比(bi)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)線(xian)(xian)材組織(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)形(xing)變(bian)位(wei)錯數量(liang)相(xiang)對減少。在(zai)(zai)(zai)終軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)和(he)軋(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)控冷制(zhi)度(du)(du)(du)(du)相(xiang)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)情況下(xia),奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)對粗(cu)化(hua)(hua)和(he)形(xing)變(bian)位(wei)錯數目的(de)(de)(de)(de)減少會導致冷卻過(guo)程(cheng)中(zhong)各種組織(zhi)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)降(jiang),孕育期延長,表(biao)現在(zai)(zai)(zai)連(lian)(lian)續冷卻C曲(qu)線(xian)(xian)整體(ti)(ti)向右(you)、向下(xia)移的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)時(shi),鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)開(kai)始形(xing)成曲(qu)線(xian)(xian)下(xia)移尤為突出(chu)(chu),使得在(zai)(zai)(zai)同(tong)(tong)(tong)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)冷卻速度(du)(du)(du)(du)下(xia),鐵(tie)索體(ti)(ti)析出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)性大(da)(da)大(da)(da)提高。而鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)優先在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)形(xing)核(he),由(you)于(yu)相(xiang)變(bian)前奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒粗(cu)大(da)(da),晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)面(mian)積相(xiang)對減少,因此使優先析出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)更(geng)容(rong)易連(lian)(lian)成網(wang)狀。另外,鋼(gang)(gang)(gang)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)高、加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)間(jian)長,引起鋼(gang)(gang)(gang)皮脫(tuo)碳加(jia)(jia)劇,線(xian)(xian)材表(biao)面(mian)一定深度(du)(du)(du)(du)處的(de)(de)(de)(de)碳濃(nong)度(du)(du)(du)(du)相(xiang)對降(jiang)低(di),也可能(neng)(neng)導致鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)析出(chu)(chu)量(liang)增(zeng)大(da)(da)。
3 軋后冷卻控制
在軋鋼生產(chan)中(zhong)(熱(re)(re)軋),其生產(chan)出來的(de)(de)產(chan)品(pin)都必(bi)須(xu)從熱(re)(re)軋后的(de)(de)高溫紅熱(re)(re)狀(zhuang)態(tai)冷(leng)卻到常溫狀(zhuang)態(tai)。這一階段的(de)(de)冷(leng)卻過程(cheng)將對產(chan)品(pin)的(de)(de)質量(liang)有極其重要的(de)(de)影響。因此,如何進行線材的(de)(de)軋后冷(leng)卻,是整(zheng)個線材生產(chan)過程(cheng)中(zhong)產(chan)品(pin)質量(liang)控制的(de)(de)關鍵(jian)環節之一。
控(kong)冷(leng)(leng)是(shi)利用軋后鋼材(cai)(cai)的余熱給予一定的冷(leng)(leng)卻(que)速度,控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)其相變(bian)過程(cheng)(cheng),不用熱處(chu)理，對高(gao)碳(tan)鋼線(xian)(xian)材(cai)(cai)進(jin)(jin)行控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)的目(mu)的就是(shi)要模(mo)擬一個鉛(qian)浴(yu)淬火過程(cheng)(cheng),使線(xian)(xian)材(cai)(cai)得到(dao)具有良好綜(zong)合機械性能(良好的拉拔性能、高(gao)強度和高(gao)韌性)的索(suo)氏體組織(zhi)。線(xian)(xian)材(cai)(cai)的軋后控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)分(fen)為水冷(leng)(leng)段(duan)的強制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)和空冷(leng)(leng)段(duan)的相變(bian)冷(leng)(leng)卻(que)兩個階段(duan)。控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)工藝由(you)水冷(leng)(leng)區和空冷(leng)(leng)區構成,線(xian)(xian)材(cai)(cai)經水冷(leng)(leng)卻(que)至一定的溫度后,進(jin)(jin)行吐絲,使直條線(xian)(xian)材(cai)(cai)形成散圈狀(zhuang)分(fen)布在風(feng)冷(leng)(leng)線(xian)(xian)上,進(jin)(jin)行風(feng)冷(leng)(leng)。
4 控制冷(leng)卻工藝參數(shu)的設計(ji)
線材的(de)控制(zhi)冷(leng)卻主要是以(yi)改(gai)變金(jin)相(xiang)組織,進而改(gai)善拉拔性能(neng)等為目的(de)的(de)一種熱處理(li)工藝(yi),所以(yi)控冷(leng)工藝(yi)參(can)數(shu)設計的(de)理(li)論依(yi)據是“C”曲線。控制(zhi)冷(leng)卻工藝(yi)中(zhong)需要控制(zhi)的(de)參(can)數(shu)主要是終(zhong)軋溫(wen)度(du)、吐絲溫(wen)度(du)、相(xiang)變區冷(leng)卻速度(du)(或(huo)冷(leng)卻時間)以(yi)及(ji)集卷溫(wen)度(du)等,這些(xie)參(can)數(shu)是決定線材產(chan)品(pin)最(zui)終(zhong)質量(liang)的(de)關鍵。
4.1 終軋溫度控制
由于(yu)奧氏體(ti)(ti)晶粒度(du)(du)影響相(xiang)變(bian)過(guo)程中的(de)組織轉變(bian)和轉變(bian)產物的(de)形(xing)貌,因此通(tong)過(guo)控(kong)(kong)制終(zhong)軋溫(wen)度(du)(du)來控(kong)(kong)制奧氏體(ti)(ti)晶粒有一定的(de)意義。終(zhong)軋溫(wen)度(du)(du)的(de)控(kong)(kong)制可通(tong)過(guo)增加或減少精(jing)軋機機架間(jian)(jian)水冷量和精(jing)軋機前水箱水量來實現。在終(zhong)軋溫(wen)度(du)(du)確(que)定后(hou),大直徑高(gao)碳鋼線(xian)(xian)材(cai)必須考慮噴嘴的(de)冷卻方(fang)式,水箱的(de)選用應(ying)盡可能遠離吐絲機,這(zhe)樣可使(shi)水冷后(hou)的(de)線(xian)(xian)材(cai)有較長的(de)均溫(wen)時(shi)間(jian)(jian),使(shi)線(xian)(xian)材(cai)進(jin)入風冷段時(shi),整個截面上溫(wen)度(du)(du)基本均勻,避免(mian)在風冷過(guo)程中還未完成(cheng)均溫(wen),延(yan)長完成(cheng)相(xiang)變(bian)的(de)時(shi)間(jian)(jian),增加控(kong)(kong)冷難度(du)(du),甚至產生異常組織。
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。
為確定合(he)話的(de)吐絲(si)溫(wen)度，做了大(da)量(liang)試驗(yan)，吐絲(si)溫(wen)度從820℃到930℃，鋼種為60#鋼，風(feng)冷選擇最大(da)。試驗(yan)結果表(biao)明:
(1)索氏(shi)體(ti)化(hua)率(lv)同吐(tu)絲(si)溫(wen)度關系(xi)不大(da)(da)，而與吐(tu)絲(si)后的風冷冷卻(que)速率(lv)有(you)關。由(you)于采取了(le)最大(da)(da)的風冷，索氏(shi)體(ti)化(hua)率(lv)較(jiao)高，接近75%。
(2)隨著吐(tu)絲(si)溫度的升(sheng)高，強度指(zhi)標(biao)上升(sheng);吐(tu)絲(si)溫度下降，塑性指(zhi)標(biao)上升(sheng)
(3)根據以上試(shi)驗結(jie)果(guo)，生產硬線時我(wo)們(men)選擇了850℃-850℃的(de)吐絲溫(wen)度，風冷風機(ji)全部開啟(qi)至最大，輥(gun)道速度設定在1.0m/s。以期獲得較(jiao)好(hao)的(de)塑性指標(biao)、索(suo)式體化率和(he)表面質量(liang)。隨后(hou)我(wo)們(men)隨機(ji)對(dui)10個爐號的(de)60#鋼進行了跟蹤試(shi)驗，結(jie)果(guo)見(jian)表1。
表(biao)1 60#鋼(gang)(Φ6.5mm)鋼(gang)跟蹤試(shi)驗
|
軋制號 |
熔煉號 |
鋼種 |
規格 |
檢驗(yan)性能 |
||||
|
屈服點 |
抗拉強度 |
伸長率 |
冷彎 |
斷(duan)面(mian)收縮率 |
||||
|
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(wei)了使(shi)高碳線材獲得接近鉛淬處理的性能(neng),斯太(tai)爾摩(mo)應(ying)采用標準型(xing)冷(leng)卻(que)。冷(leng)卻(que)速(su)度的控制主要是控制冷(leng)卻(que)風機和輥道速(su)度。
4.3.1 風冷輥道速度的確定
斯太(tai)爾摩輥道(dao)速度由(you)下式可以確(que)定(ding):
C=W·V/(π·d)式中 C———輥道速度,m/s；W———線環(huan)間距,mm；d———線環(huan)直(zhi)徑,mm；
V一軋制速度,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
冷卻風機(ji)(ji)的選(xuan)用包括兩個方面,即風機(ji)(ji)風量和風機(ji)(ji)臺數(shu)的確(que)定。
⑴ 冷卻(que)風量(liang)的分配
對大直徑(jing)高碳鋼,為(wei)了(le)增(zeng)(zeng)加(jia)冷卻(que)(que)速度(du),增(zeng)(zeng)加(jia)相(xiang)變前(qian)奧氏體(ti)的過(guo)冷度(du),風機必(bi)須(xu)開滿風。當線材由吐絲機吐出散(san)布(bu)(bu)在斯(si)太爾摩運輸(shu)機上時,呈中間疏、兩邊密的狀態,導致中部與邊緣的冷卻(que)(que)速度(du)不同。雖然運輸(shu)機上風嘴(zui)分布(bu)(bu)使(shi)兩側冷卻(que)(que)能(neng)力加(jia)強,但為(wei)了(le)使(shi)同圈性能(neng)離散(san)達到最(zui)小,還須(xu)借助風量(liang)調整裝置進行風量(liang)優(you)化(hua)分配(pei)。
⑵ 風(feng)機臺數的確定(ding)
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(zhen)對不同(tong)規格,對應不同(tong)的(de)軋制(zhi)速(su)度、吐(tu)絲溫度,應確定關鍵的(de)幾(ji)臺風(feng)機,即發生相變時所用的(de)幾(ji)臺風(feng)機。
4.4 集卷溫度的控制
集(ji)卷(juan)溫(wen)度取決于(yu)相變結束后的冷卻過(guo)程。為了保證產品(pin)性能和避免集(ji)卷(juan)后的高(gao)溫(wen)氧(yang)化以及改善勞動環境,一(yi)般說來要(yao)(yao)求在(zai)250℃以下(xia)集(ji)卷(juan)。有時由于(yu)受(shou)冷卻條(tiao)件的限制,集(ji)卷(juan)溫(wen)度可能要(yao)(yao)高(gao)一(yi)些,但最高(gao)也不應高(gao)于(yu)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#,
表2
|
檢測位置(zhi) |
試樣號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
平均值 |
|
頭部 |
抗拉(la)強(qiang)度/Mpa |
900 |
900 |
900 |
900 |
900 |
900 |
860 |
870 |
880 |
850 |
886 |
|
面縮(suo)率(lv)% |
48 |
45 |
50 |
46 |
45 |
45 |
46 |
44 |
42 |
42 |
45 |
|
|
尾部 |
抗拉(la)強(qiang)度(du)/Mpa |
880 |
890 |
900 |
900 |
880 |
880 |
890 |
860 |
850 |
870 |
880 |
|
面縮率% |
43 |
42 |
44 |
44 |
44 |
44 |
44 |
41 |
44 |
40 |
43 |
6 結論
北鋼第四高速線(xian)材(cai)生(sheng)產(chan)線(xian)通過(guo)以(yi)上控(kong)制冷卻工藝的(de)控(kong)制后，生(sheng)產(chan)出(chu)來(lai)的(de)硬線(xian)產(chan)品表(biao)面質(zhi)量(liang)及通條性均達到較高水平，且索氏體率高。但同時,還(huan)必須不斷優化冷卻工藝參(can)數,生(sheng)產(chan)出(chu)滿足(zu)不同用(yong)戶要求的(de)優質(zhi)線(xian)材(cai)。
來源：網絡