第7讲、中高碳钢棒线材的控轧工艺特点

UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/31第7讲：中高碳钢棒线材的控制轧制工艺特点UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/32一、中高碳钢棒线材产品种类二、中高碳钢棒线材控制轧制1、目的2、工艺及特点UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•1、中高碳钢棒材棒材：简单断面、成根供应的型钢。主要包括圆钢和螺纹钢筋。棒材品种按断面形状分为圆形、方形、六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种。2019/10/33一、中高碳钢棒线材产品种类UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/34UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2、中高碳钢线材线材：是断面最小，长度最长且成盘卷状交货的产品。断面有圆形、六角形、方形、螺纹圆形、扁形、梯形及Z字形等。用于生产线材的钢种可以分为软线、硬线、焊线及合金钢线材。其中中高碳钢线材归为硬线。即把用优质碳素钢中含碳量不小于0.45%的中高碳钢轧制的线材称为硬线，对于变形抗力与硬线相当的低合金钢、合金钢及某些专用钢线材也可归类为硬线。如制绳钢丝用盘条、针织布钢丝用盘条、轮胎钢丝、琴钢丝等专用盘条。硬线一般碳含量偏高，泛指45号以上的优质碳素结构钢、40～70Mn、T8MnA、T9A、T10等。钢坯加热应防止表面脱碳，是硬线产品的基本要求。2019/10/35UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/36UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•3、中高碳钢棒线材的应用棒线材的用途广泛。可直接用作建筑材料，以及用来加工机械零件、汽车零件，或用来拉丝成为金属制品，冷镦制成螺钉、螺母等。除建筑螺纹钢筋和线材等可直接被应用的成品之外，一般棒线材都要经过深加工才能制成成品。棒线材深加工的方式有：锻造、拉拔、挤压、切削等。为了便于进行这些深加工，加工之前有时需要进行退火、酸洗等处理。加工后为保证使用时的机械性能，还要进行淬火、正火或渗碳等热处理。有些产品还要进行镀层、喷漆、涂层等表面处理。2019/10/37UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB1、中高碳钢棒线材的组织及其对性能的影响国标要求的高碳钢线材组织为索氏体+少量珠光体+极少量先共析铁素体。实验研究表明，高碳钢线材组织的均匀度是影响其力学新能的主要因素，其中索氏体和先共析铁素体的百分数是影响线材强度和塑性指标的关键。2019/10/38二、中高碳钢棒线材控制轧制UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2、中高碳钢棒线材控制轧制的目的（1）控制轧制的要点：为了使高碳钢在控冷后得到细小的珠光体球团，应尽量使高碳钢线材在未再结晶区进行轧制，促进珠光体球团的形核，细化珠光体球团和片层间距。避免在部分再结晶区变形，造成混晶组织，使转变后的珠光体组织不均匀，虽然它对线材的强度影响不大，但对塑性和韧性有较大影响。2019/10/39UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB（2）控制轧制的目的棒线材生产中的控制轧制目的视钢种及性能要求的不同而不同，绝大部分为了提高棒线材的综合力学性能。高碳钢和轴承钢棒材是为了减少或消除网状碳化物，为下一步球化热处理创造良好的组织条件。2019/10/310UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB（3）几种棒线材的控轧目的举例a、轴承钢棒材：轴承钢属于高碳低铬钢，在轧后奥氏体状态下冷却过程中，有二次碳化物析出，并且在奥氏体晶界形成网状碳化物，对轴承使用寿命有很大影响。（1）可采用低温终轧，即在850oC左右终轧，对细化网状碳化物有一定效果。（2）控制轧制时的变形量，可以进一步细化奥氏体晶粒，为降低网状碳化物级别和细化组织创造有利条件。2019/10/311UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTBb、带肋钢筋线材：欧美已淘汰了低强度的Ⅱ级钢筋，目前集中于Ⅲ级的研究。小型线材轧机大量更新，设备能力加大。可以采用再结晶型未再结晶型及两相区轧制工艺。某研究所用热模拟机测定了CCT曲线（下图），得到了带肋钢筋的控制轧制有关参数。并现场提出两个生产Ⅲ级钢筋的方案。2019/10/312UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/313UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB（1）控温轧制的一般规律对不同的钢种实现控温轧制，一般采用降低开轧温度（低温轧制工艺）的办法来保证对温度的有效控制。高碳钢的开轧温度900~1050℃，精轧机组入口轧件温度为900~950℃，出口轧件温度900~1050℃。加热时温度不要过高，避免奥氏体晶粒长大，并避免在部分再结晶区中轧制形成混晶组织，破坏钢的韧性。2019/10/3143、中高碳钢棒线材控制轧制的工艺及特点UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/315•（2）控温轧制的变形制度a、二段变形制度。粗轧在奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形及再结晶细化奥氏体晶粒；中轧及精轧在950℃以下轧制，是在γ相的未再结晶区变形，其累计变形量为60%~70%；在Ar3附近终轧，可以得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒，相变以后能得到细小的铁素体晶粒。b、三段变形制度。粗轧在γ再结晶区轧制；中轧在950℃以下的γ未再结晶区轧制，变形量为70%；精轧在Ar3与Ar1之间的双相区轧制。这样得到细小的铁素体晶粒及具有变形带的未再结晶奥氏体晶粒，相变后得到细小的铁素体晶粒并有亚结构及位错。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTBA、小型棒材轧机的布置连续式小型轧机连续式小型轧机的年产量在30～60万吨之间。所用的坯料规格为130mm×130mm～150mm×150mm，坯料单重1.5～2.5吨。轧制线多为平-立交替布置，实现全线的无扭转轧制，以利于提高产品的表面质量。机架的多少按照一个机架轧制一道的原则确定。2019/10/316（3）棒线材控制轧制的工艺UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/317UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•半连续式小型轧机半连续式小型轧机的车生产优质钢和合金钢。产品规格为φ10～32mm或φ12～42mm，坯料单重约在1吨左右，年产量在15～30万吨之间。•连续式和半连续式的差别主要在粗轧机。半连续式小型轧机的粗轧机多为一架或两架三辊式轧机，采用箱形共轭孔型轧制。2019/10/318UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB半连续式合金钢棒材车间平面布置1-加热炉；2-粗轧机；3、5、7、9、10-飞剪；4-第一中轧机组；6-第二中轧机组；8-精轧机组；11-水冷器；12-冷床；13-冷剪2019/10/319UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB基本特征是有扭转轧制，终轧速度一般不超过6～8m/s。速度低，轧件头尾温差大，产品尺寸精度低。横列式小型轧机2019/10/320UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB横列式轧机平面布置图2019/10/3211-推钢式加热炉；2-φ400三辊式轧机；3-φ250横列式精轧机；4-单齿条步进式冷床；5-冷剪UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/322连续式小型轧机与横列式小型轧机两种工艺生产的产品比较UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/323B、棒材轧制新技术•(1)直接使用连铸坯•(2)采用步进式加热炉可供选择的小型轧机钢坯加热炉炉型有：推钢式加热炉和步进式加热炉。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB步进式加热炉推钢式加热炉2019/10/324UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•(3)连铸坯热送热装连铸坯在650～1000℃的温度下，直接装入小型轧机的加热炉中加热，可使加热燃料消耗降低25%～75%。•（4）无头轧制连铸技术的成熟使得无头轧制技术得到发展。无头轧制技术可以减少切损，提高生产率，而且在焊接区域内没有出现表面缺陷、内部缺陷及化学成分的偏差，也没有任何缺陷而影响轧制工艺和最终产品的质量。2019/10/325UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/326(5)切分轧制原理是在轧制过程中用轧辊或其他方法将轧件沿纵向剖分成两条或多条轧件，变单条轧制为多条轧制。(6)棒材轧后热芯回火工艺工艺原理：轧件进入冷却水箱，利用轧件的余热通过快速冷却进行淬火，使表面层形成一定厚度的淬火马氏体，芯部仍为奥氏体。经余热淬火处理的钢筋其屈服强度可提高150～230MPa。碳当量较小时，还具有良好的焊接性能。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•C、线材控制轧制的特点线材生产控制轧制的特点：控制轧制工艺包括把钢坯加热到最合适的温度，在轧制时控制变形量及变形温度，以控制奥氏体晶粒尺寸大小和再结晶过程，为轧后通过控制冷却进行相变，得到理想的组织结构提供良好的条件。2019/10/327UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•D、控制轧制的存在问题及主要措施研究表明，线材轧制过程中总变形功只有6~7%用来使金属晶格扭曲，作为弹性位能储存金属之中；而绝大部分的变形功则转化为热能进入轧件内部。所以轧制时特别是精轧阶段变形热在轧制过程中起提高轧件温度的作用。这对于线材的控温轧制来说是十分不利的。2019/10/328UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB目前，高速线材生产过程中采用的控温轧制措施主要有以下几个方面：①降低钢坯出炉温度，从而降低钢坯的开轧温度；②在预精轧和精轧机组间加冷却水箱，控制轧件的入精轧温度；③在精轧机架间增加通水冷却，减少精轧阶段温升从而控制线材的终轧温度。2019/10/329UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2019/10/3304、小结中高碳钢棒线材的控制轧制工艺特点中高碳钢棒线材控制轧制目的工艺及特点中高碳钢棒线材产品种类棒材、线材UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB谢谢!2019/10/331