北营高线控制冷却技术的应用

北营高线控制冷却技术的应用朱江（北营轧钢厂）摘要：通过对钢材控制冷却的基础理论、概念、分类及其在线材生产中的应用等情况进行了介绍,并对北营高线线材生产过程中控轧控冷技术和存在问题进行了阐述。关键词高线控制冷却组织变化前言随着社会地不断进步，科研成果层出不穷。对线材产品的要求已不仅局限于尺寸精度、物理性能，更多地需要其化学性能、冶金性能的提高。而这就需要控制钢材显微组织和结构，所以控制冷却技术的应用就尤为重要。1冷却过程中钢的组织变化[1]冷却过程中钢的组织变化取决于形变条件和冷却条件。对一般生产厂而言其钢坯尺寸不变，其奥氏体的状态只与成品规格有关。故形变条件对组织变化影响不大。冷却条件包括:开始冷却温度、冷却速度和终止冷却温度。冷却分为三个阶段,不同阶段控制的目的不同:1)相变前的组织准备阶段(从形变后到相变前),目的是为控制相变前的高温组织状态;2)相变阶段(从相变开始到相变终了),目的是控制相变过程;3)相变后的阶段(从相变后到室温),目的是控制相变后到室温的组织状态,如过饱和碳化物的析出等。为了获得预期的理想组织,一般要求:①从形变后就应对冷却进行控制;②冷却控制必须与形变的条件结合;③要注意形变奥氏体在各种冷却条件下相变温度均发生改变。2控制冷却的概念及分类控制冷却的实质是晶粒细化和相变强化,即在控制轧制之后,对奥氏体到铁素体相变温度区间进行某种程度的快速冷却,使相变组织细化,甚至相变成新的组织,然后再空冷的工艺,可在不损坏韧性的情况下提高强度,以获得更高的强度和更优良的韧性。控制冷却包括一次冷却、二次冷却和三次冷却(空冷)三个不同的冷却阶段,其目的和要求是不相同的。1)一次冷却。是指从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arcm范围内的冷却,其目的是控制热变形后的奥氏体状态,阻止奥氏体晶粒长大或碳化物析出,固定由于变形而引起的位错,加大过冷度,降低相变温度,为相变做组织上的准备。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度,细化奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。2)二次冷却。是指热轧钢材经过一次冷却后,立即进入由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段,在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止冷却温度等参数,就能控制相变过程,从而达到控制相变产物形态、结构的目的。3)三次冷却。是指相变之后直到室温这一温度区间的冷却参数控制。对于一般钢材,相变后多采用空冷,冷却均匀,形成铁素体和珠光体。此外,固溶在铁素体中的过饱和碳化物在慢冷中不断弥散析出,形成沉淀强化。对一些微合金化钢,在相变完成之后仍采用快冷工艺,以阻止碳化物析出,保持其碳化物固溶状态,以达到固溶强化的目的。3线材控制冷却技术的应用控制冷却工艺参数设计的理论依据是奥氏体连续转变（CCT）曲线。线材控制冷却工艺参数主要是终轧温度、吐丝温度、相变区冷却速度以及集卷温度。这些参数最终决定线材产品质量，调整上述工艺参数会使产品性能发生变化。因此，正确设定和控制冷却工艺参数，是应用线材控制冷却工艺的关键。3.1终轧温度的设定由于奥氏体晶粒度影响相变过程中的组织转变和转变产物的形貌，因此可以通过控制终轧温度采控制奥氏体晶粒。一、高碳钢、低合金高强度钢以及冷镦钢的终轧温度对于强度和韧性要求较严格的高碳钢、低合金高强度钢以及冷镦钢之类线材，由于它们的使用性能和再加工性能的需要，要求奥氏体晶粒细化（粗晶粒冲击韧性差）、脱碳层薄，所以需要通过调整预水冷箱来减低终轧温度。二、低碳软钢的终轧温度对强度性能要求不高，主要用于拉拔铁丝、制钉等用途的低碳软钢、碳素焊条钢等，由于含碳量低，奥氏体化温度高，所以终轧温度应相对高一些。三、轴承钢线材的终轧温度对于轴承钢，为了避免网状碳化物形成，在轧机能力许可的情况下，应该使终轧温度尽可能低。3.2吐丝温度的设定吐丝温度是控制相变开始温度的关键参数。实际生产中不会存在使产品具有最佳力学性能和冶金性能的唯一吐丝温度。最佳吐丝温度范围应结合钢种成分、过冷奥氏体分解温度（C曲线的位置）及产品最终用途等几方面的因素加以综合考虑。精轧后水冷段不供水可得到较高地吐丝温度，通过调节水冷段的供水阀可获得较低于的吐丝温度，对于不同尺寸的线材通过供水阀的调节量同样可以得到相同的吐丝温度，一般把吐丝温度控制在760℃以上。相同冷却条件下，吐丝温度越高，抗拉强度越高，但塑性降低；吐丝温度越低，抗拉强度越低，但塑性提高。3.3相变区的冷却速度控制风冷相变区的冷却速度决定了奥氏体的分解转变温度和时间，它对线材的最终组织形态起决定作而风冷区冷却速度取决于运输辊道的辊速，风机状态、风量大小及保护罩的开闭。对斯太尔摩控冷工艺来说，冷却速度的控制取决于风冷辊道的速度、风机状态和风量大小以及保温罩盖的开闭。风冷辊道速度是改变线圈在风冷辊道上布放密度的一种工艺控制参数。通过风冷辊道速度阶梯递增来改变线圈布放密度，从而控制线材的冷却速度。一般说来，在轧制速度、吐丝温度以及冷却条件相同的情况下，风冷辊道的速度越快，线圈布放得越稀，散热速度越快，因而冷却速度越快。但当风冷辊道的速度快到一定值时，冷却速度达到最大，即使再增大风冷辊道速度，冷却速度也不再增加。这是因为风冷辊道速度加快，增加了线圈间距，使线圈之间的相互热影响不断减小，直至消失，此时风冷辊道速度增加，不能提高冷却效果。相反，风冷辊道速度加快缩短了盘卷的风冷时间，反而会降低冷却效果。同样在风冷辊道速度、吐丝温度以及冷却条件相同的情况，轧制速度同样可以改变线圈布放密度。所以在生产实际中应多因素考虑，通过不同的工艺参数可以到同样的效果。散卷运输机下方一般有多台可分挡控制风量的冷却风机，根据冷却的需要能进行多种状态的组合操作。现介绍如下：（1）所有风机均开启，并以满风量工作。主要适用于要求强制风冷的高碳钢种。（2）通过控制各风机风量，可以实现不同的冷却速度，这种操作适用于中等冷速要求的钢种；（3）前几台开启、后几台关闭，或前几台关闭，后几台开启，或其中任意几台风机组合开启、其余关闭。这三种操作分别适用于要求先快冷后慢冷，或先慢冷后快冷，或非均匀冷速的钢种；（4）所有风机关闭。这种操作的冷却速度可依据风冷辊道速度（或线圈间距）和罩盖的开闭情况在较小范围内得到控制。它适用于要求冷却速度较慢的低碳、低合金及合金钢种。另外“佳灵”装置可以改变风机风量的配比达到均匀冷却的目的，有利于得到性能通条一致的线材。保温罩盖只有开、闭两种状态。按缓冷工艺即斯太尔摩的延迟型工艺操作时，罩盖关闭，进行强制风冷或散卷空冷时，罩盖打开；也可根据钢种特性和冷速要求，任意关闭其中某一段或某几段罩盖，其余打开。3.4集卷温度的控制集卷温度主要取决于相变结束温度及其后的冷却过程。过高的集卷温度可导致盘卷高温氧化、降低产品性能，工人劳动环境无法保证。控冷工艺在北营高线的应用北营已生产钢种中依照风冷相变区的冷却速度可分为缓冷、急冷二大类。为保证奥氏体状态及减少偏析影响，采用较高的开轧温度，终轧温度控制在840-900℃，吐丝温度依钢种不同控制在830-1020℃之间。缓冷钢种风冷辊道速度设定在0.09-0.35m/s之间，冷却风机依照性能要求开启1-2个，风机对应保温罩开启。急冷钢种风冷辊道速度设定在0.65-0.95m/s之间，冷却风机根据含碳量、产品规格开启，保温罩全部开启。存在以下问题：1、缓冷钢种集卷温度高且空间相对封闭，容易造成设备变形进而影响卷型。2、通条性能还有待提高。3、冬季生产时环境温度低某些钢种头尾容易发生脆断。结论1、北营高线通过应用控制冷却技术，已成功开发硬线材、冷镦钢、预应力钢绞线、焊线材等六大类三十多个牌号，为企业转型发展奠定了坚实的基础。2、面对问题需要认真总结，在生产实践中不断完善工艺，提高产品档次。参考文献[1]王有铭,李曼云,韦光等.钢材的控制轧制和控制冷却.北京:冶金工业出版社,1995.附：朱江：男，大专学历，助理工程师，2002年毕业于本溪冶专金属压力加工专业，现从事技术管理工作。