浅谈高碳钢线材轧后冷却工艺的优化.pdf

第32卷 第5期 2010年10月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.5 October 2010 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 生产技术生产技术 1生产线及控冷工艺现状 山东石横特钢集团有限公司高线车间2004年 投产， 主体设备是进口摩根六代设备， 最高速度可达 到120 m/s。工艺流程是 待料台架 （热送辊道） －辊 道运输及提升机－称重测长－加热炉加热－高压水 除磷－粗轧机组－1号飞剪－中轧机组－2号飞剪- 预精轧机组-水箱冷却-2号加送辊-3号飞剪-精轧 机组-水箱冷却-减定径机组－水箱冷却－3号加送 辊－吐丝机－斯太尔摩线运输－集卷－运卷小车－ P＆F运输线－取样、 切头尾－打捆机打捆－称重、 挂牌－卸卷－入库、 发货。 高线车间由30架轧机组成连续式轧机生产线 材， 轧制过程分为粗轧、 中轧、 预精轧、 精轧和减定径 5个阶段。在预精轧机和精轧机之间设置有一段冷 却水箱， 通过控制冷却水箱的水温、 水压和开/关， 来 调节进入精轧机的轧件温度。从精轧机轧出的线 材， 由减定径到吐丝机将其平铺于斯太尔摩线的输 送链上， 运送到集卷器。在精轧机和减定径之间设 置了2个水箱来控制轧件温度， 减定径和吐丝机之 间也设置有 2 个水冷箱， 用于调节线材的吐丝温 度。斯太尔摩线长度为103 m。钢的化学成分以及 轧制线上的工艺参数如钢坯加热温度、 中间轧制温 度、 轧制速度、 吐丝温度、 斯太尔摩线的风量、 输送链 的传送速度等都对线材的最终组织和性能有着重要 的影响。在提高产品质量方面， 在强调改进坯料钢 质纯净度和成分均匀性的基础上， 在轧制线上实现 “热一机械加工” 、“快速淬透一芯部回火” 等新工艺， 进一步改进线材金相组织， 获得高强度、 高韧性的各 种高档线材产品。 控制轧制和控制冷却技术是高速线材生产的两 大关键环节。由于高线线材的轧制是在规定的孔型 系统中完成的， 变形条件基本固定， 各道次的变形参 数已确定， 在实际生产时主要是通过控温轧制来实 现的， 控温轧制的主要目的是细化晶粒。线材高速 轧后的控制冷却技术， 也被称为在线热处理， 是直接 关系到线材最终性能的关键工艺。从物理冶金角度 来看， 在吐丝前， 钢坯的 “变形一热” 历史决定了相变 前奥氏体的组织， 吐丝后在斯太尔摩线上的风冷控 制着奥氏体向珠光体的相变过程。欲得到索氏体组 织的线材， 应使热轧奥氏体组织稳定， 轧后应迅速将 线材冷却到形成索氏体的最佳温度范围， 控制奥氏 体在此温度下完成珠光体相变 ［1］。 2生产中存在的问题 高线车间在生产过程中， 出现了组织性能不稳 定、 改判率较高的情况。在生产82A、 82B等高碳钢 时， 主要存在以下问题 1） 轧制温度控制不当， 造成线材断面出现网状 碳化物。 2） 线材心部存在条状断续马氏体。 3） 线材性能波动较大， 通条差大， 改判率较高。 主要原因是缺少生产经验， 没能控制好冷却速 度， 造成钢材的索式体化率没有达标。若在炼钢阶 段添加合金元素， 将增加成本， 降低产品市场竞争 力。主要通过控冷制度的优化， 达到提高产品质量 的目的， 同时， 在正常生产的前提下， 应尽可能控制 低的开轧温度。通过低温开轧， 控制原始奥氏体晶 粒的尺寸； 通过降低终轧温度， 阻止奥氏体晶粒长 大。但应注意到， 开轧温度不能太低， 由于轧机设备 功率的限制， 温度太低设备易发生事故。另外， 如果 开轧温度过低， 还容易造成坯料加热不均， 奥氏体化 不均， 碳化物不能充分溶解， 铸坯中的疏松等缺陷不 能完全消除， 造成线材通条性能差及最终组织异常。 摘要 针对高碳钢线材82A和82B生产中出现的组织性能不稳定、 改判率较高的情况， 结合理论模型分析， 通过降低吐丝 温度、 控制风冷线冷速并考虑环境温度的影响， 优化了线材轧后冷却工艺， 线材质量明显提高， 一级品率由不足65提高至 接近95， 质量异议由8.9降至1.2。 关键词 高碳钢线材； 轧后控冷； 吐丝温度； 冷却速度 中中图分类号号 TG335.63文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 05-0025-02 浅谈高碳钢线材轧后冷却工艺的优化 张 守 龙 （山东石横特钢集团有限公司， 山东 肥城 271612） 收稿日期 2010-03-30 作者简介 张守龙， 男， 1976年生， 1999年毕业于沈阳大学金属压 力加工专业。现为山东石横特钢集团有限公司高线车间助理工程 师， 从事轧钢工艺和生产管理工作。 25 山东冶金2010年10月第32卷 3轧后冷却工艺的优化 3.1控制风冷线冷速 每架风机有4个风档， 对应4种不同的冷速， 无 风辊道的冷速与轧辊入口辊道辊速和线径相关， 为 一常数。当轧件的运行时间确定后， 根据辊道速度、 线径和风机开启状态， 可以算出轧件在风冷线上的 冷却速度。由于风冷模型影响因素多， 现场布置情 况复杂， 具体在建立冷却速度模型时 ［2］， 采用计算机 编程处理， 将时间分成很多微段， 然后根据每一微段 的实际风冷状况， 计算每一微段的冷却速度、 辊道速 度、 温度、 轧件运行时间等， 得到一组温度和时间的 离散数据。根据这些数据得到一条平滑曲线， 亦即 风冷线的冷速离散函数模型。当给定吐丝温度后， 可以得到温度一时间离散函数， 将此函数结合珠光 体转变温度模型， 绘制在同一时间轴为对数坐标的 坐标系中， 即可获得更有实用价值的CCT曲线图及 实际冷却曲线。依此曲线控制冷速。采用大风量以 快速冷却， 控制铁素体的析出量， 增大过冷度， 细化 铁素体和珠光体晶粒， 减少珠光体量， 可减轻或消除 珠光体带状组织， 特别是减小珠光体的片间距和渗 碳体层的厚度， 使得组织更加细小均匀。 3.2降低吐丝温度 降低吐丝温度， 一方面影响变形后奥氏体晶粒 长大倾向， 使相变前奥氏体晶粒细小， 晶界面积增 大， 组织中铁素体比例增加， 利于形成较细晶粒组 织； 另一方面， 珠光体量减少， 珠光体片层间距变大， 抗拉强度和屈服强度降低。从实际生产情况以及用 户对线材强度性能的要求考虑， 82B线材吐丝温度 可以设定在较高温度区间 （910～930 ℃） ， 从而获得 较好的力学性能。但吐丝温度也不能太高， RSM （无 扭减定径机组） 出口温度和吐丝温度之间应当有一 定的温降， 否则出现线材长时间处于高温区， 奥氏体 晶粒长大， 最终相变后珠光体量增多， 并在线材表面 发生二次氧化， FeO转变成Fe304， 使得氧化铁皮去除 困难。另外， 吐丝温度的波动应严格控制在10 ℃ 范围内， 以改善通条性能。82B线材的控制冷却过 程中， 过冷奥氏体转变为珠光体的温度区间为Al～ 550 ℃， 在该区间内转变温度愈低， 珠光体片层间距 愈薄， 索氏体具有较高的强度和较好的塑性， 是82B 盘条需要的组织， 正常82B盘条组织的索氏体化率 在85％以上。 3.3考虑环境温度的影响 轧制过程的环境温度， 主要是气温， 对产品力学 性能有明显影响， 日平均气温对冷却效果有显著影 响。在日平均气温相差约30 ℃时， 可使抗拉强度相 差近12 MPa。气温的变化实质上是对高线控冷段 线材的冷却速度产生影响， 进而影响到线材的拉伸 性能。因此， 应根据季节对线材控冷参数进行调整， 以稳定线材性能。 4优化效果 采取相应的改进措施后， 线材质量明显提高， 一 级品率由不足65提高至接近95， 质量异议由之 前的8.9降至1.2。82B产品优化前后的性能及 组织见表1。 表182B产品优化前后的性能及组织 项目 优化前 优化后 抗拉强 度/MPa 960～990 1 150～1 200 伸长率/ 13.7～15.2 12.5～13.5 断面收 缩率/ 35.0～39.0 32.5～35.0 索氏体 化率/ 55～60 85 晶粒度 5.2～6.0 8.0～8.5 高碳钢线材轧后冷却工艺对钢材的质量影响非 常大， 风冷速度的影响， 环境温度的影响， 开轧温度 的影响， 应根据实际冷却速度动态调整冷却程序， 使 线材相变过程中温度保持稳定， 即近似等温转变。 参考文献 ［1］ 胡钢， 许淳淳， 袁俊刚.奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相 变与磁记忆效应 ［J］ .无损检测， 2008， 30 （4） 216-219. ［2］ 万五霞.高碳钢线材轧后控冷过程温度场模拟 ［D］ .武汉 武汉 科技大学， 2009． Talking about Cooling Process Optimization of High Carbon Steel Wire after Rolling ZHANG Shou-long （Shandong Shiheng Special Steel Group Corporation, Feicheng 271612, China） AbstractAbstract Some problems such as unstable microstructure, properties, high judgment-changing rate appeared in the productions of high carbon steel wire 82A and 82B. Combining theoretical model analysis, some measures optimizing cooling processes after rolling were taken, for example, reducing laying head temperature, controlling the cooling speed of fan cooling and considering the influence of environmental temperature. Therefore, the wire quality increased in evidence, the first-grade products ratio was increased to near 95 from 65 below and the quality objection was reduced to 1.2 from 8.9. Key wordsKey words high carbon steel wire; control cooling after rolling; laying head temperature; cooling speed 26