斯太尔摩控冷工艺在高速线材生产中的应用

斯太尔摩控冷工艺在高速线材生产中的应用1．概况13mm盘卷,5.5mm---唐钢高速线材厂是引进的具有八十年代国际装备水平的线材生产线。该生产线轧制速度为90m/s，最高可达108m/s,产品规格为12mm螺纹盘卷。该厂主要生产工艺流程如下：10mm---210精轧机----三段水冷箱水冷----夹送辊夹送----吐丝机吐丝----斯太尔摩风冷辊道风冷----剪尾----集卷筒集卷----运卷小车运卷、卸卷----P/F线运输----剪头、检查----打包机打包----电子称称重----卸卷----入库300预精轧机(机架间有立活套）----预水冷----3#切头飞剪、转向器----侧活套----废品卡断剪----10*400中轧机----2#切头、切废飞剪----6*500粗轧机----1#切头、切废飞剪----5*连铸坯(135mm*135mm)----步进加热炉加热----出炉----夹送、废品或事故卡断剪----4*2．控制冷却工艺特点线材轧后的控制冷却是整个线材生产中产品质量控制的重要手段之一，它对线材成品的内部组织、力学性能及二次氧化均有重要的影响。控制冷却的实质是利用轧件轧后的轧制余热，以一定的控制手段控制其冷却速度，从而获得所需要的组织和性能，以达到提高产品质量的目的。1964年，加拿大斯太尔柯钢铁公司和美国摩根公司联合研制的高速线材轧机，首次采用了线材散卷控制冷却工艺，称之为斯太尔摩控制冷却方法。这是线材生产发展史上的重大技术革命之一，并在世界高速线材轧机控冷线上得到了广泛的应用。斯太尔摩控冷工艺有三种类型：（1）标准型：采用标准型冷却时，从精轧机出来的线材以压力水进行快速冷却，根据不同的钢种和用途将线材冷却到接近相变的开始温度（760--900℃），冷却后的线材经吐丝机形成线环状，呈散卷状叠放在运输机上，线卷在运输过程中鼓风进行散卷冷却。标准型斯太尔摩冷却的运输速度为0.25—1.3m/s,冷却速度为4--10℃/s。（2）缓慢型：缓慢型与标准型的不同之处是在运输机的前部加了可移动的带有加热烧嘴的保温炉罩。运输机的速度设定的更低些，可使盘卷以很缓慢的冷却速度冷却。缓慢型冷却运输速度为0.05—1.3m/s,冷却速度为0.25--10℃/s。(3)延迟型:延迟型是在标准型的基础上,结合缓慢型冷却的工艺特点加以改进而成。它是在运输机两侧装上绝热材料的保温墙，并在保温墙的上方装有开关灵活的保温罩盖。当保温罩盖打开时，可进行标准型冷却；若关闭保温罩盖，降低运输机速度，又能达到缓慢冷却的效果，但比缓慢冷却型结构简单而经济。延迟型冷却的运输速度为0.05—1.3m/s,冷却速度为1--10℃/s。标准型适用于高碳钢线材，缓冷型适用于低碳钢及低合金钢线材。由于缓冷型冷却需要附加加热设备，投资大、能耗高，而被延迟型冷却所替代。延迟型冷却适应性广、工艺灵活、投资适中，因此得到了广泛的应用。唐钢高速线材厂的辊式延迟型斯太尔摩控冷线，不仅能进行延迟型冷却，也能进行标准型冷却，其冷却速度最低可控制在1℃/s以下，最高可达10℃/s以上，因而冷却范围宽，适应性广3．控制冷却工艺参数控制冷却工艺中要求控制的参数主要是终轧温度、吐丝温度、相变区冷却速度（通过调节运输机速度、风量大小及保温时间来达到）与集卷温度等。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后产物的形态,因此,通过控制终轧温度来控制奥氏体晶粒度有着实际意义。终轧温度的设定视钢种不同而异。对于强度和韧性要求较严格的高碳钢、低合金高强度钢及冷镦钢之类的线材，因其实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），其终轧温度一般控制在930--980℃。对于强度要求不高，主要用于拉拔钢丝、制钉的低碳钢、碳素焊条钢等，由于碳含量低，奥氏体化温度高，终轧温度相应高些一般可设定在980--1050℃。对于轴承钢，为避免网状碳化物生成，在轧机能力许可的情况下，应当使终轧温度尽可能低至850℃，如不能达到，则需在轧后强冷至780℃左右吐丝。此外，对于某些A-F型不锈钢，为让碳化物充分溶解，以便在后续冷却过程中得到固容处理的效果，必须进行高温终轧。终轧温度一般不低于1050℃。终轧温度的控制，可通过增减精轧机前面水冷箱的冷却水量及钢坯的出炉温度来实现。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。对于斯太尔摩冷却法来说，一般根据钢种和用途的不同，将吐丝温度控制在760--900℃范围内。在具体制订工艺参数时，应结合过冷奥氏体的分解温度，（即“C”曲线的位置）、钢种成分、产品使用范围等几方面因素加以综合考虑。如高碳钢的过冷奥氏体分解温度较低，吐丝温度可设定的低一些，而低碳钢的过冷奥氏体分解温度较高，故吐丝温度也要高。对于产品的用途、性能要求也要充分考虑，即使同一钢种、相同规格的线材，因其用途不同而应选择不同的工艺参数。另外，延迟型冷却设备的风冷段冷却速度控制比标准型好，所以延迟型冷却设备的吐丝温度应比标准型低一些，对于部分钢种的吐丝温度可参考表1的吐丝温度。表1吐丝温度的选择钢种吐丝温度℃拉拔用钢(中碳)870冷镦钢(中碳)780普通线材840硬线(高碳)780—850建筑用钢筋780软线(低碳)850—900低合金钢830高淬硬性钢900通过改变吐丝温度可引起线材强度、性能的变化。对于低碳钢，在保持其它条件不变的前提下，为提高强度，应降低吐丝温度；而对于中、高碳钢，在保持其它条件不变的前提下，提高强度，则要提高吐丝温度。前者通过细化铁素体晶粒达到，后者则是通过减小珠光体的片间距（索氏体化）来实现的。从理论上讲，高碳钢线材直径越大，吐丝温度应越高，但线材尺寸的作用与吐丝温度的作用相比，可忽略不记。为保证线材性能均匀一致，冷却条件必须保持相对稳定。吐丝温度应严格控制，一般允许波动±10℃。3.3相变区冷却速度的设定相变区冷却速度决定着奥氏体的分解转变温度和时间，它对线材的最终组织形成起着决定性的作用。在控制冷却相变过程中，冷却速度的控制主要取决于运输机的速度调节、风机的组合状态、风量的大小及保温罩盖的开闭情况，这些参数的确定依赖于“C”曲线或“CCT”曲线。相变区冷却速度的控制是控制冷却中的难点。由于受钢的冶金质量、化学成分、设备性能及冷却介质等因素的影响，很难选择一条得到最佳组织状态和性能要求的转变冷却曲线。只能在现有生产工艺条件下，在选择理想曲线的基础上对工艺参数进行适当的调整，并予以修正，以确定最佳优化参数。3.4集卷温度C。在大多数情况下，要求相变后的集卷段鼓风快速冷却，以降低集卷温度。但也有些钢种例外，如轴承钢。C以下集卷。而由于受冷却条件和冷却区长度的限制，实际集卷温度要高些，但最高集卷温度应不大于400集卷温度取决于相变完成后的冷却速度。为了保证产品性能，避免集卷后的高温氧化及改善劳动环境，一般要求2504．控制冷却工艺应用4.1低碳钢低碳钢线材多为Q195—235钢。主要用来进一步拉丝和作建筑用材，二者的性能和组织要求各不相同。拉丝用的线材需经很大的拉拔变形，因此要求强度低、塑性好，其金相组织以较多含量的大快铁素体为好，珠光体含量越少越好，并且铁素体晶粒要求粗大一些，以使拉拔变形均匀，塑性好，不易拉断；而建筑用线材则要求较高的抗拉强度和一定的韧性，故要求其组织晶粒细小，并且应尽可能提高珠光体含量。鉴于上述不同要求，对两种用途的低碳钢线材采用了不同的冷却工艺，其工艺参数见表2。拉拔用线材的冷却较慢，使奥氏体分解在高温下进行，并且分解转变时间较长，有利于先共析铁素体的充分析出和长大。而建筑用线材虽为延迟型冷却，但冷却速度相对较高，且吐丝温度较低，以降低奥氏体分解温度和缩短分解转变时间，得到较多的珠光体和较细的晶粒。表2低碳钢线材冷却工艺参数工艺参数拉丝用建筑用CC880吐丝温度,C800运输辊道速度,m/s0.080.15—0.25保温罩盖全关中间部分关闭风机风量全部0%1#50%,6#80%4.2H08Mn2Si钢当线材冷却速度较高时，得到的线材室温组织为珠光体+贝氏体+少量铁素体，当冷却速度较低时(小于1C/s）,得到的组织为铁素体+少量珠光体。该钢要求强度低、塑性好，其金相组织以较多含量的大快铁素体为好，并且铁素体晶粒要粗大一些，这种钢具有良好的拉拔性能。为此，对冷却速度按下限控制，工艺参数见表3。表3H08Mn2Si钢线材冷却工艺参数C辊道速度,m/s保温罩盖风机风量吐丝温度C0.058501#,6#风机处开,其余盖上1#20%,6#80%其余风机关闭4.3高碳钢高碳钢线材多为60—80#钢,线材一般用来拉制各种硬线钢丝或制作高强度钢丝绳、钢绞线等各种钢丝制品。故线材的性能控制首先要提高拉拔性能。这就要求线材组织应以索氏体组织为主，组织中铁素体含量应尽可能少，且以块状均匀分布而非网状析出。此外，组织中不得有淬火组织（即马氏体或贝氏体）出现。为此，采用了标准型冷却工艺，工艺参数如表4。表4高碳钢线材冷却工艺参数C辊道速度,m/s保温罩盖风机风量吐丝温度,8501.10—1.30全开1#50%,其余100%4.4冷镦钢冷镦钢线材的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。这种线材主要用于制造螺栓、螺钉、铆钉等紧固件和各种冷镦成型的配件，用途广泛。冷镦钢最终产品要有足够的强度和良好的韧性与塑性。其组织为铁素体+珠光体，采用延迟型冷却，对ML10—ML45钢工艺参数如表5。表5冷镦钢线材冷却工艺参数C辊道速,m/s保温罩盖风机风量吐丝温度,820--8400.10—0.201#,5#,6#风机处开,其余盖上1#50%,5#50%,6#80%其余关闭4.5F-M双相钢该钢要求组织为铁素体,基体上均匀分布一定数量的“小岛状”马氏体。其工艺参数如表6。表6F-M双相钢线材冷却工艺参数C辊道速,m/s保温罩盖风机风量吐丝温度,830--8500.35全开1#30%,2#30%,其余100%5．结束语延迟型斯太尔摩控冷线可以较灵活的控制冷却工艺，根据各钢种的用途和性能要求，进行最佳的工艺配合，特别适用于要求轧后缓慢冷却的低合金与合金类钢种，因而在新品种开发领域有着广阔的前景。此外，采用斯太尔摩控冷工艺生产和开发的各种线材氧化铁皮少，在组织和性能上能较好地满足用户需要，使线材在后续加工中可省略热处理与酸洗工序，降低加工成本。