高速線材的控軋控冷論文

1、河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文高速線材的控軋控冷摘 要：控制軋制與控制冷卻相結(jié)合能將熱軋鋼材的兩種強(qiáng)化效果相加，進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)韌性和獲得合理的綜合性能。隨著控制軋制與控制冷卻機(jī)理研究的不斷深入，除了在中厚板、熱連軋帶鋼生產(chǎn)中采用控制軋制與控制冷卻工藝之外，在棒線材生產(chǎn)中也取得了比較成熟定型的控制冷卻工藝，控制軋制和控制冷卻是熱軋生產(chǎn)中的新技術(shù)和新工藝，是金屬塑形加工專業(yè)的理論與實(shí)踐不可缺少的一個重要組成部分，是金屬壓力加工專業(yè)的前沿技術(shù)。關(guān)鍵詞：控制軋制；控制冷卻；奧氏體；珠光體；晶粒細(xì)化；斯太爾摩冷卻法；溫度；冷卻一、前言隨著鋼鐵冶金技術(shù)的不斷提高，控制軋制與控制冷卻作為一項(xiàng)基本技術(shù)在高速

2、線材生產(chǎn)過程中起到了決定性的作用，本文論述了控扎控冷的基本原理和方法。二、控制軋制的概念（一）什么叫控制軋制控制軋制是指在比常規(guī)軋制溫度稍低的條件下，采用強(qiáng)化壓下和控制冷卻等工藝措施來提高熱軋鋼材的強(qiáng)度、韌性等綜合性能的一種軋制方法?？刂栖堉其摰滦阅芸梢赃_(dá)到或者超過現(xiàn)有熱處理鋼材的性能。（二）控制軋制的優(yōu)點(diǎn)控制軋制具有常規(guī)軋制方法所不具有的突出優(yōu)點(diǎn)。歸結(jié)起來大致有如下幾點(diǎn)：1. 許多試驗(yàn)資料表明，用控制軋制方法生產(chǎn)的鋼材，其強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能有很大的提高。例如控制軋制可使鐵素體晶粒細(xì)化，從而使鋼材的強(qiáng)度得到提高，韌性得到改善。2. 簡化生產(chǎn)工藝過程?？刂栖堉瓶梢匀〈；葴靥幚?。3. 由

3、于鋼材的強(qiáng)韌性等綜合性能得以提到，自然地導(dǎo)致鋼材使用范圍的擴(kuò)大和產(chǎn)品使用壽命的增長。從生產(chǎn)過程的整體來看，由于生產(chǎn)工藝過程的簡化，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，在適宜的生產(chǎn)條件下，會使鋼材的成本降低。4. 用控制軋制鋼材制造的設(shè)備重量輕，有利于設(shè)備輕型化。（三）控制軋制的種類控制軋制是以細(xì)化晶粒為主，用以提高鋼的強(qiáng)度和韌性的方法。控制軋制后奧氏體再結(jié)晶的過程，對獲得細(xì)小晶粒組織起決定性的作用。根據(jù)奧氏體發(fā)生塑性變形的條件（再結(jié)晶過程、非再結(jié)晶過程、轉(zhuǎn)變的兩相區(qū)變形），控制軋制可分為三種類型。1、再結(jié)晶型的控制軋制它是將鋼加熱到奧氏體化溫度，然后進(jìn)行塑性變形，在每道次的變形過程中或者在兩道次之間發(fā)生動態(tài)或靜態(tài)

4、再結(jié)晶，并完成其再結(jié)晶過程。經(jīng)過反復(fù)軋制和再結(jié)晶，使奧氏體晶粒細(xì)化，這為相變后生成細(xì)小的鐵素體晶粒提供了先決條件。為了防止再結(jié)晶后奧氏體晶粒長大，要嚴(yán)格控制接近于終軋幾道的壓下量、軋制溫度和軋制的間隙時(shí)間。終軋道次要在接近相變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。為防止相變前的奧氏體晶粒和相變后的鐵素體晶粒長大，特別需要控制軋后冷卻速度。這種控制軋制適用于低碳優(yōu)質(zhì)鋼和普通碳素鋼及低合金高強(qiáng)度鋼。2、再結(jié)晶型的控制軋制它是將鋼加熱到奧氏體化溫度后，在奧氏體再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變形，奧氏體變形后不發(fā)生再結(jié)晶（即不發(fā)生動態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶）。因此，變形的奧氏體晶粒被拉長，晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變過程中形核點(diǎn)多，相變后鐵素體

5、晶粒細(xì)化，對提高鋼材的強(qiáng)度和韌性有重要作用。這種控制工藝適用于含有微量合金元素的低碳鋼，如含鈮、鈦、釩的低碳鋼。3、兩相區(qū)的控制軋制它是加熱到奧氏體化溫度后，經(jīng)過一定變形，然后冷卻到奧氏體加鐵素體兩相區(qū)再繼續(xù)進(jìn)行塑性變形，并在溫度以上結(jié)束軋制。實(shí)驗(yàn)表明：在兩相區(qū)軋制過程中，可以發(fā)生鐵素體的動態(tài)再結(jié)晶；當(dāng)變形量中等時(shí)，鐵素體只有中等回復(fù)而引起再結(jié)晶；當(dāng)變形量較小時(shí)（15%30%），回復(fù)程度減小。在兩相區(qū)的高溫區(qū)，鐵素體已發(fā)生再結(jié)晶；在兩相區(qū)的奧氏體中富集，碳以細(xì)小的碳化物析出。因此，在兩相區(qū)中只要溫度、壓下量選擇適當(dāng)就可以得到細(xì)小的鐵素體和珠光體混合物。，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。在實(shí)際軋制中，由

6、于鋼種、使用要求、設(shè)備能力等各不相同，各種控制軋制可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以把兩種或三種控制軋制工藝配合在一起使用。三、線材的控制軋制（一）線材控制軋制概況隨著線材軋制速度的提高，扎后控制冷卻成為必不可少的一部分，但是控制軋制在線材中的應(yīng)用是20世紀(jì)70年代后期才開始的。由于線材變形過程中由孔型所確定，要改變各道的變形量比較困難，軋制溫度的控制主要取決于加熱溫度（即開軋溫度），在無中間冷卻的條件下，無法控制軋制過程中的溫度變化。因此，在過去的線材軋制中控制軋制很難實(shí)現(xiàn)。為滿足用戶對線材的高精度、高質(zhì)量要求，高速線材軋機(jī)得到發(fā)展，無扭精軋機(jī)組機(jī)型進(jìn)一步改進(jìn)。1984年以后，摩根公司提供的100m/s高

7、速無扭軋機(jī)組均為V型結(jié)構(gòu)。新一代V型機(jī)組在結(jié)構(gòu)上作了重大改進(jìn)，2根轉(zhuǎn)動周接近地面基礎(chǔ)，機(jī)組重心下降，傾動力矩減少，增加了機(jī)組的穩(wěn)定性。它噪聲級別低，視野開闊，便于操作管理，機(jī)組重量較輕。在第一套V型機(jī)組問世以后，高速線材軋機(jī)將控制軋制技術(shù)引入了工藝設(shè)備等總體設(shè)計(jì)。現(xiàn)代高速線材軋機(jī)已能生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，如各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)5.5mm線材的尺寸偏差普遍可達(dá)0.15mm，有些廠家可達(dá)不超過0.1mm。為了滿足用戶對線材精度提高的更高要求，達(dá)到精密及及精密尺寸偏差（直徑偏差=（0.2%0.3%）×直徑）。近幾年出現(xiàn)了精密尺寸規(guī)圓機(jī)及精密軋機(jī)，有三輥柯克斯（Kocks）三機(jī)架無扭精軋機(jī)及兩輥三機(jī)架

8、（或二機(jī)架）臺克森（Tekisun）高精度軋機(jī)。尤其是在1985年摩根公司退出臺克森雙機(jī)架軋機(jī)與無扭精軋機(jī)配合，軋出5.06.5mm線材，可保證直徑偏差為0.1mm。臺克森軋機(jī)可在700軋制，軋制能力大，可以進(jìn)行控制軋制，可生產(chǎn)某些汽車用的非調(diào)質(zhì)鋼及快速球化鋼。有的在高速線材精軋機(jī)組前增設(shè)預(yù)冷段（可降低軋件溫度100）及在精軋機(jī)組各機(jī)架間設(shè)水冷導(dǎo)位裝置，以降低軋件出精軋機(jī)組的溫度等。在第一套V型機(jī)組問世后，摩根公司在高速線材軋機(jī)上引入控溫軋制技術(shù)MCTR（Morgan Contralled Temperatare Rolling），即控制軋制?？販剀堉朴腥缦聝煞N變性制度：A 二段變形制度粗軋?jiān)?/p>

9、奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，通過反復(fù)變形及再結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒；中軋及精軋?jiān)?50以下軋制，是在相的未再結(jié)晶區(qū)變形，其積累變形量為60%70%，在附近終軋，可以得到具有大量變形帶的奧氏體未再結(jié)晶晶粒，相變以后能得到細(xì)小的鐵素體晶粒。B 三段變形制度粗扎在再結(jié)晶區(qū)軋制，中軋?jiān)?50以下的未再結(jié)晶區(qū)軋制，變形量為70%，精軋?jiān)谂c之間的雙相區(qū)軋制。這樣得到細(xì)小的鐵素體晶粒及具有變形帶的未再結(jié)晶奧氏體晶粒，相變后得到細(xì)小的鐵素體晶粒并有亞結(jié)構(gòu)及位錯。為了實(shí)現(xiàn)各段變形，必須嚴(yán)格控制割斷溫度，在加熱時(shí)溫度不要過高，避免奧氏體晶粒長大，并避免在部分再結(jié)晶區(qū)中軋制形成混晶組織，破壞鋼的韌性。一般采用降低開軋溫度的辦法

10、來保證對溫度分別為900、850，精軋機(jī)組入口軋件溫度分別為925、870，出口軋件溫度分別為900、850。在設(shè)計(jì)上，低碳鋼可在800進(jìn)入精軋機(jī)組精軋，常規(guī)軋制方案也可在較低溫度下軋制中低碳鋼材，以促使晶粒細(xì)化。中軋機(jī)組前加冷水箱可保證精軋溫度控制在900，而在精密軋機(jī)處軋制溫度為700750，壓下量魏35%45%，以實(shí)現(xiàn)三階段軋制。如能在無扭精軋機(jī)入口將鋼溫控制在950以下，粗中軋可考慮在再結(jié)晶區(qū)軋制，這樣可降低對設(shè)備強(qiáng)度的要求。日本有的廠將軋件溫度冷卻在650進(jìn)入無扭精軋機(jī)組軋制，再經(jīng)斯太爾摩冷卻線，這樣可得到退化珠光體組織，到球化退火時(shí)，退火時(shí)間可縮短1/2.四、控制冷卻基本知識在軋鋼

11、生產(chǎn)中（熱軋），其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品都必須叢熱軋后的高溫紅熱狀態(tài)冷卻到常溫狀態(tài)。這一階段的冷卻過程將對產(chǎn)品的質(zhì)量有著極其重要的影響。因此，如何進(jìn)行線材的軋后冷卻，是整個線材生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。（一）控制冷卻的概念軋鋼生產(chǎn)中的冷卻方法有許多種，但歸納起來只有以下兩大類1、常規(guī)冷卻常規(guī)冷卻的含義是指從軋機(jī)出來的熱軋產(chǎn)品在其后的剪切、收集、打捆包裝等精整工序中不加以任何控制手段，而讓其在周圍環(huán)境中自然冷卻的一種方法，又稱“自然冷卻”。2、控制冷卻控制冷卻在軋鋼領(lǐng)域內(nèi)屬于控制軋制的范疇，它是指人們對熱軋產(chǎn)品的冷卻過程有目的地進(jìn)行人為控制的一種方法。確切的說，所謂控制冷卻，就利用軋件熱軋后

12、的軋制余熱，以一定的控制手段控制其冷卻速度，從而獲得所需要的組織和性能的冷卻方法。幾十年來，許多工程技術(shù)人員和理論工作者為此做了大量的工作，使得各種熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量大大提高。對線材控制冷卻的研究工作開始于20世紀(jì)50年代末至60年代初。當(dāng)時(shí)由于連續(xù)式線材軋機(jī)的不斷完善和發(fā)展，軋制速度越來越高，盤重越來越大，由此帶來產(chǎn)品質(zhì)量的一系列問題，促使人們對原來的自然冷卻方法都作出改進(jìn)。到了20世紀(jì)60年代中期，隨著無扭線材軋機(jī)的問世，美國、加拿大、德國、日本等國都相繼對線材軋后的冷卻問題展開了大量的試驗(yàn)研究，于是各種線材控制冷卻方法也就應(yīng)運(yùn)而生。（二）線材控制冷卻的目的和要求在一般的小型線材軋機(jī)上，由于軋

13、制速度低，終軋溫度不高（一般只有750850），且線卷盤重不大，所以扎后的盤卷通常只是采用鉤式或鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)進(jìn)行自然冷卻。盡管這種自然冷卻的冷卻速度慢，但因盤卷小，溫度低，故對整個線材盤卷組織和性能影響不大。隨著線材軋機(jī)的發(fā)展，線材的終軋速度和終軋溫度都不斷提高，盤重也不斷增加。尤其時(shí)現(xiàn)代化的連續(xù)軋機(jī)，其終軋速度在100m/s以上，終軋溫度高于1000，盤重也由原來的幾十公斤增至幾百公斤甚至達(dá)23t。這種情況下，采用一般的堆積和自然冷卻的方法不僅使線材的冷卻時(shí)間加長，廠房設(shè)備增大，而且會加劇盤卷內(nèi)外溫差，導(dǎo)致冷卻極不均勻，并將造成以下不良后果：1. 金相組織不理想。晶粒粗大而不均勻，由于大量的先

14、共析組織出現(xiàn)，亞共析鋼中的自由鐵素體和過共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物增多，再加上終軋溫度高，冷卻速度慢，使得晶粒十分粗大，這就導(dǎo)致了線材在以后的使用過程中和再加工過程中力學(xué)性能降低。2. 性能不均勻。盤卷的冷卻不均勻使得線材斷面和全長上的性能波動較大，有的抗拉強(qiáng)度波動達(dá)240MPa，斷面收縮率波動達(dá)12%。3.氧化鐵皮過厚，且多為難以去處的和。這是因?yàn)樵谧匀焕鋮s條件下，盤卷越重盤卷厚度越大，冷卻速度越慢，線材在高溫下長時(shí)間停留而導(dǎo)致嚴(yán)重氧化。自然冷卻的盤條氧化損失高達(dá)2%3%，降低了金屬收得率。此外，嚴(yán)重的氧化鐵皮造成線材表面極不光滑，給后道拉拔工序帶來很大困難。4. 引起二次脫碳。由于線材成卷堆冷，

15、冷卻緩慢，對于含碳量較高的線材來說，容易引起二次脫碳。上述不良影響隨著終軋溫度的提高和盤重的增加而越加顯著。若適當(dāng)?shù)乜刂凭€材冷卻速度并使之冷卻均勻，則能有效地消除這些影響。因此，對于連續(xù)式線材軋機(jī)，尤其是高速線材軋機(jī)，為了克服上述缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)軋制后的控制冷卻是必不可少的。既然自然冷卻中出現(xiàn)的線材質(zhì)量問題主要是由于冷卻速度太慢所致，所以工藝上對線材控制冷卻提出的基本要求是能夠嚴(yán)格控制軋件的冷卻速度，使其既能保證產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，又能盡量地減少氧化損耗。當(dāng)然，在具體進(jìn)行控制冷卻設(shè)計(jì)和制定冷卻工藝時(shí)，還應(yīng)根據(jù)個生產(chǎn)廠的具體情況，從簡化工藝、減少附加設(shè)備、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益以及改善

16、后部工序的勞動條件等幾方面來加以綜合考慮。隨著高速線材軋機(jī)的發(fā)展，控制冷卻技術(shù)得到不斷地改進(jìn)和完善，并且在實(shí)際應(yīng)用中越來越顯示出它的優(yōu)越性。五、控制冷卻的幾種方法（一）線材控制冷卻的三個階段1、奧氏體急速過冷階段（一次冷卻）一次冷卻是通過軋后穿水冷卻來實(shí)現(xiàn)，它是指從終軋開始到變形奧氏體想鐵素體或滲碳體開始轉(zhuǎn)變的溫度（吐絲溫度）范圍內(nèi)控制其開始冷卻速度、冷卻速度和控冷（快冷）終止溫度。在這段溫度中采用快冷的目的是控制變形奧氏體的組織狀態(tài)，組織晶粒長大或碳化物過早析出形成網(wǎng)狀碳化物，固定由于變形引起的位錯。另外還可減少二次氧化鐵皮生成量。相變前的組織狀態(tài)直接影響相變機(jī)制、相變產(chǎn)物的形態(tài)、粗細(xì)大小和

17、剛才性能。經(jīng)驗(yàn)表明，一次冷卻的開始快冷溫度越接近終軋溫度，細(xì)化變形奧氏體的效果越好。2、“等溫”處理階段（二次冷卻）熱軋鋼材進(jìn)行一次快冷后，立即進(jìn)入冷卻的第二階段，即所謂的二次冷卻（散卷冷卻）。所謂散卷冷卻就是將成卷的線材布成散卷狀態(tài)，控制鋼材相變時(shí)的冷卻速度和冷卻速度以及體制控冷的溫度，以保證獲得要求的相變組織和性能。3、迅速冷卻階段（三次冷卻）當(dāng)相變結(jié)束后，除有時(shí)考慮到固溶元素的析出采用慢冷外，一般采用空冷到室溫，目的是為了減少氧化鐵皮的損失。根據(jù)冷卻方式不同，又分為多種。目前比較完備的有斯太爾摩法、施羅曼法、DP法、熱水浴法（ED法）、淬火回火法、流態(tài)冷床法等。（二）斯太爾摩冷卻法斯太爾

18、摩控制冷卻法是由加拿大斯太爾柯鋼鐵公司和美國摩根設(shè)計(jì)公司于1964年聯(lián)合提出的。目前已成為引用最普遍、發(fā)展最成熟、使用最為穩(wěn)妥可靠的一種控制冷卻方法。這種方法的工藝布置特點(diǎn)時(shí)使熱軋后的線材經(jīng)兩種不同的冷卻介質(zhì)進(jìn)行兩次冷卻（即一次水冷，二次風(fēng)冷）。重點(diǎn)是在風(fēng)冷段實(shí)現(xiàn)對冷卻速度的控制。斯太爾摩冷卻法的冷速可以調(diào)節(jié)。在水冷段可以通過調(diào)節(jié)水量和水壓的大小來控制冷度，在風(fēng)冷段靠改變運(yùn)輸機(jī)速度（即改變線圈的重疊密度）和改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量來控制冷卻速度。1、斯太爾摩控制冷卻法的形式包括標(biāo)準(zhǔn)型冷卻、緩慢型冷卻和延遲型冷卻 （1）標(biāo)準(zhǔn)型斯太爾摩冷卻法這種控制冷卻的工藝布置時(shí)線材從精軋機(jī)出來后首先進(jìn)入冷水導(dǎo)管通水快速冷

19、卻。根據(jù)不同的鋼種和用途將線材冷到接近相變開始溫度（750900）冷卻后的線材經(jīng)吐絲機(jī)成圈散布在鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)上，盤卷在運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸過程中由不知在運(yùn)輸機(jī)下方的吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻。標(biāo)準(zhǔn)型斯太爾摩冷卻的運(yùn)輸速度時(shí)0.251.3m/s，冷卻速度為410/s。 （2）緩慢型斯太爾摩冷卻法緩慢型與標(biāo)準(zhǔn)型的不同之處是在運(yùn)輸機(jī)的前部加了可移動的帶有加熱燒嘴的保溫爐罩。有些廠還將運(yùn)輸機(jī)的輸送鏈改成輸送輥，運(yùn)輸機(jī)的速度也可設(shè)定得更低些。由于采用了燒嘴加熱保溫和慢速運(yùn)輸，所以可使盤卷在這階段以很緩慢的冷卻速度冷卻，故稱之為緩慢斯太爾摩冷卻法。緩慢型斯太爾摩冷卻的運(yùn)輸速度魏0.051.3m/s，冷卻速度為0.2510/s。（

20、3）延遲型斯太爾摩冷卻法此種冷卻法是在標(biāo)準(zhǔn)型的基礎(chǔ)上，結(jié)合緩慢型冷卻的工藝特點(diǎn)加以改進(jìn)而成。他是在運(yùn)輸機(jī)的兩側(cè)裝上隔熱的保溫層（側(cè)墻），并在兩側(cè)保溫墻的上方裝有可靈活開閉的保溫罩蓋。當(dāng)保溫罩打開時(shí)，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)冷卻，若關(guān)閉保溫罩蓋，降低運(yùn)輸機(jī)速度，又能達(dá)到緩慢型冷卻效果。他比緩慢型冷卻法簡單而經(jīng)濟(jì)。由于它在設(shè)備構(gòu)造上不同于緩慢型，但又能減慢冷卻速度，故稱其為延遲型冷卻。延遲型斯太爾摩冷卻的運(yùn)輸速度為0.051.3m/s，冷卻速度為110/s。標(biāo)準(zhǔn)型斯太爾摩冷卻法適用于高碳鋼線材。緩慢型斯太爾摩冷卻適用于低碳及低合金鋼線材。由于緩慢型冷卻需要附加燃燒加熱設(shè)備，投資大，能耗高，所以沒有得到發(fā)展而被延

21、遲型冷卻所代替。延遲型控制冷卻法適應(yīng)性廣，工藝靈活，所以近幾十年來所建的斯太爾摩冷卻線大多采用延遲型。2、斯太爾摩控制冷卻法的效果斯太爾摩控制冷卻法可適用于多有大規(guī)模生產(chǎn)的鋼種，可得到控制金屬組織，提高綜合性能、減少氧化鐵皮的綜合效果。經(jīng)過斯太爾摩控制冷卻法處理的線材，其氧化鐵皮的生成量可控制到0.2%，比常規(guī)集卷冷卻法少1%左右。由于氧化鐵皮生成量少，且FeO的比重大，便于酸洗，故酸洗時(shí)間較常規(guī)冷卻法可省40%左右。就金屬組織來說，斯太爾摩控制冷卻法減少了金屬組織中片狀珠光體的含量。按常規(guī)冷卻法所得到的片狀珠光體含量為20%30%，而按斯太爾摩控制冷卻法所得到的片狀珠光體含量僅為10%20%

22、。斯太爾摩控制冷卻法尚可控制鐵素體的平均粒度，因此機(jī)械性能波動很小強(qiáng)度波動很小，強(qiáng)度波動值一般不超過，斷面收縮率波動一般也不大于，這就提高了線材經(jīng)受冷加工的能力，而接近了鉛浴的效果。3、斯太爾摩冷卻法的特點(diǎn)1) 冷卻速度可以人為控制，這就容易保證線材的質(zhì)量。2) 與各種控制冷卻方法相比，斯太爾摩法較為穩(wěn)妥可靠。三種類型可適用于很大生產(chǎn)范圍，基本上能滿足當(dāng)前現(xiàn)代化線材生產(chǎn)的需要。3) 設(shè)備不需要較深的地基。4) 投資費(fèi)用高，占地面積大。5) 運(yùn)輸機(jī)上線材冷卻靠風(fēng)冷實(shí)現(xiàn)，因此線材質(zhì)量受車間環(huán)境溫度和濕度的影響較大。6) 由于主要依靠風(fēng)冷降溫，線材二次氧化較為嚴(yán)重。（二）施羅曼冷卻法施羅曼控制冷卻法

23、是在斯太爾摩冷卻法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與斯太爾摩冷卻法相比，施羅曼法做了兩項(xiàng)較大的變動：1） 改進(jìn)了水冷裝置，強(qiáng)化了水冷能力，使軋件一次水冷就盡量接近于理想的轉(zhuǎn)變溫度，從而達(dá)到簡化二次冷卻段的控制和降低生產(chǎn)費(fèi)用的目的。2） 采用水平錐螺管式成圈器，成圈后的線圈可立著進(jìn)行水平移動，依靠自然空氣冷卻，實(shí)盤卷冷卻更為均勻且易于散熱。這兩項(xiàng)變動的結(jié)果取消了成圈后的強(qiáng)制風(fēng)冷而任其自然冷卻，這樣就使得二次冷卻過程基本上不受車間氣溫和濕度的影響，并可防止在相變過程中線圈相互搭接而造成相變條件不一致。這是施羅曼法的主要優(yōu)點(diǎn)。從工藝上說，施羅曼法和斯太爾摩法的主要區(qū)別在于斯太爾摩法側(cè)重二次冷卻，其對冷卻速度的控制

24、手段主要放在風(fēng)冷區(qū)。而施羅曼法強(qiáng)調(diào)一次水冷，線材溫度控制主要依靠水冷來保證。由于施羅曼法成圈后的二次冷卻是自然冷卻，冷卻能力弱，對線材相變過程中的冷卻速度沒有控制能力，所以用施羅曼法冷卻的線材在質(zhì)量上不如斯太爾摩法易于保證。（三）其他控制冷卻法除了上述兩種典型的控制冷卻法之外，很多國家的線材生產(chǎn)廠根據(jù)自己的實(shí)際情況和設(shè)備提點(diǎn)，發(fā)展和研制了許多其它類型的控制冷卻方法。其中包括間歇水冷法、ED法和EDC法、迪馬克八幡豎井法以及流態(tài)床法等。這些方法的共同目的都是為了以最簡單的經(jīng)濟(jì)手段得到最佳的質(zhì)量效果。1、間歇水冷法間歇水冷法就是將水冷區(qū)分成若干段，每兩段之間留有一定的距離不水冷（稱為恢復(fù)段），使線

25、材在通過水冷區(qū)時(shí)，間斷地被水冷卻。這種設(shè)計(jì)的目的是為了防止線材表面和芯部溫差過大而造成組織不均勻，同時(shí)也是為了避免一次冷卻過激而形成馬氏體。簡介水冷法設(shè)備雖然簡單，但冷卻速度難以控制，因此線材質(zhì)量亦得不到保證。2、ED法和EDC法ED法時(shí)英文Easy Drawing 的縮寫，意思是“客易拉拔”，所以中文稱為“易拉拔法”，又稱熱水浴法。此種方法的工藝布置是將終軋后的線材先經(jīng)一段水冷，其溫度可控制在850左右。水冷后的線材進(jìn)入吐絲機(jī)吐絲，并使吐出的線圈直接落進(jìn)90以上的熱水槽中，利用水受熱后可在線材表面形成穩(wěn)定蒸汽膜的特點(diǎn)來一直冷卻速度。有些資料表明，利用穩(wěn)定蒸汽膜，有的在水中加入諸如肥皂之類的有

26、機(jī)脂。EDC法是針對ED法的操作面積小和不便連續(xù)化控制的缺點(diǎn)，在ED法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種冷卻方法。它與ED法的不同之處使用吐絲機(jī)將線圈散布于浸于水中的運(yùn)輸機(jī)上。運(yùn)輸機(jī)根據(jù)需要可調(diào)整速度和調(diào)整運(yùn)輸機(jī)在水中的浸入長度，以控制線材冷卻時(shí)間。ED法和EDC法的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，工程投資少，操作較靈活。但用ED法和EDC法冷卻的線材，奧氏體分解溫度較高，因而強(qiáng)度較低，耐磨性差。3、迪馬克八幡豎井法此法師德國迪馬克公司和日本八幡共同研制的一種塔式（豎井）冷卻法，又稱DP法。其主要工藝布置是將扎后的線材用水冷到600左右吐絲。吐絲后的線圈依次放在垂直鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的托鉤上（運(yùn)輸機(jī)垂直置于一柱形筒內(nèi)）,按一定速

27、度下降（此速度可調(diào)）。同時(shí)從垂直塔壁上的風(fēng)孔吹入壓縮空氣進(jìn)行冷卻。對有些需快速冷卻的鋼種亦可噴水急冷。豎井法一般只能用于軋速為45 m/s以下的線材軋機(jī)，不適合高速線材軋機(jī)使用。4、流態(tài)床冷卻法六太創(chuàng)冷卻法又稱KP法，是日本神戶鋼鐵公司研制的一種線材冷卻方法。線材從成品軋機(jī)中出來后，首先進(jìn)入冷水管急冷（一般冷到650750），然后經(jīng)吐絲機(jī)落入流態(tài)床中由鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)移送到集卷筒內(nèi)集卷。和其他控制冷卻法一樣，流態(tài)床法的冷卻過程也是分兩段進(jìn)行。第一段是水冷管急冷，第二段冷卻在流態(tài)床中控制進(jìn)行。流態(tài)床的基本原理是依靠一定速度的氣流使固體顆粒流態(tài)化，形成一層類似液體沸騰的固體顆粒層。固體顆粒用一定直徑的細(xì)

28、小鋯沙，剛玉或石英砂等，裝入隔熱容器中。然后從容器底部可透氣的絕熱板氣孔中通過適當(dāng)速度的氣流，這時(shí)固體顆粒即被氣流翻起而全部處于懸浮的運(yùn)動狀態(tài)，形成一個固體顆粒懸浮運(yùn)動空間，如同液體沸騰。再從底部通入煤氣和空氣混合氣，依靠煤氣在流態(tài)層中的燃燒使流態(tài)層具有一定的溫度。這樣就可根據(jù)不同材質(zhì)和性能的要求，對線材進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等處理。值得指出的時(shí)，由于流態(tài)床法可以調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)（即固體顆粒流態(tài)層）溫度來對冷卻速度加以控制，所以用此法處理的線材質(zhì)量比其他方法都好，甚至超過鉛浴淬火的水平。但這種方法使用的設(shè)備復(fù)雜，車間噪聲大，污染嚴(yán)重，而且線材表面二次氧化也較嚴(yán)重。表1 各種冷卻方法工藝特點(diǎn)比較序號冷

29、卻方法工藝特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1斯太爾摩法水平式，散卷冷卻，一次水冷，二次風(fēng)冷，冷速可控制產(chǎn)品強(qiáng)度高，性能波動小，易于控制，氧化鐵皮少占地面積大，設(shè)備多，投資費(fèi)用高，冷卻過程在一定程度上受環(huán)境影響2施羅曼法水冷段長，強(qiáng)制水冷。臥式吐絲機(jī)吐絲后的線圈可立著行走，散卷后自然冷卻設(shè)備較簡單，易于操作和維修。冷卻過程不受車間環(huán)境影響產(chǎn)品性能難以控制3間歇水冷法多段穿水冷卻設(shè)備簡單，投資少產(chǎn)品性能不均勻，且難以控制4熱水浴法有ED法和EDC法兩種形式，冷卻介質(zhì)為沸水，靠蒸汽膜控制冷卻速度設(shè)備簡單，占地面積小，投資費(fèi)用低產(chǎn)品強(qiáng)度較低，性能波動大5DP法立式冷卻裝置，冷卻介質(zhì)有冷風(fēng)和水兩種可供選擇結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積

30、小，投資費(fèi)用低成產(chǎn)銷率不高，不適應(yīng)高速線材軋機(jī)使用6KP法水平式，散卷冷卻，冷卻介質(zhì)為固體顆粒產(chǎn)品強(qiáng)度高，性能均勻，氧化鐵皮少設(shè)備復(fù)雜，維修困難，粉塵大，噪聲高六、控制冷卻工藝參數(shù)設(shè)計(jì)我們知道，線材的控制冷卻主要是改變金相組織，進(jìn)而改變拉拔性能等為目的的一種熱處理工藝，所以控冷工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是c曲線。線材控制冷卻需要控制的工藝參數(shù)主要是終軋溫度、吐絲溫度、相變區(qū)冷卻速度以及集卷溫度。這些參數(shù)是決定線材產(chǎn)品最終質(zhì)量的關(guān)鍵，它們的改變會使產(chǎn)品性能產(chǎn)生很大的變化。因此，正確設(shè)定和控制冷卻工藝參數(shù)，是整個線材生產(chǎn)工藝控制中一項(xiàng)極其重要的工作。（一）終軋溫度的設(shè)定由于奧氏體晶粒度影響相變過程中的

31、組織轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形貌，因此通過控制終軋溫度來控制奧氏體晶粒便有著一定的意義。1、高低合金高強(qiáng)度鋼以及冷鐓鋼之類線材的終軋溫度碳鋼對于強(qiáng)度和韌性要求較嚴(yán)格的高碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼以及冷鐓鋼之類線材，由于它們的使用性能和再加工性能的需要，要求奧氏體晶粒細(xì)化（粗晶粒沖擊韌性差）、脫碳層薄，所以它們的終軋溫度不能過高，一般控制在930980。2、低碳軟鋼、碳素焊條鋼線材的終扎溫度對強(qiáng)度性能要求不高，主要用于拉拔鐵絲、制訂等用途的低碳軟鋼、碳素焊條鋼等，由于含碳量低，奧氏體化溫度高，所以終軋溫度應(yīng)相應(yīng)高一些，一般可設(shè)定在9801050。3、軸承鋼線材的終軋溫度對于軸承鋼，為了避免網(wǎng)狀碳化物形成，在軋

32、機(jī)能力許可的情況下，應(yīng)該使終軋溫度盡可能低于900。如不能達(dá)到，則需在軋后快冷至650左右保溫。4、奧氏體鐵素體型不銹鋼線材的終軋溫度對某些奧氏體鐵素體型不銹鋼，為了讓碳化物充分溶解，以便在后續(xù)冷卻中得到固溶處理的效果，必須進(jìn)行高溫終軋。終軋溫度一般不低于1050。終軋溫度的控制可通過增加或減少精軋機(jī)機(jī)架間水冷量和精軋機(jī)前水箱水量來實(shí)現(xiàn)。（二）吐絲溫度的設(shè)定它是控制相變開始溫度的關(guān)鍵參數(shù)，對于常見的各種線材，不可能存在合乎人們要求的、使產(chǎn)品具有最佳力學(xué)性能和冶金性能的唯一吐絲溫度。最佳吐絲溫度的選擇應(yīng)結(jié)合鋼種成分、過冷奧氏體分解溫度（“c”曲線的位置）及產(chǎn)品最終用途等幾方面的因素加以綜合考慮。

33、采用水冷段不供水的措施，吐絲溫度可高達(dá)950，通過調(diào)水冷段的供水閥可獲得低于950的吐絲溫度，對于不同尺寸的線材為了得到同樣的吐絲溫度，閥門調(diào)節(jié)量就不盡相同，一般把吐絲溫度控制在760以上。在斯太爾摩控冷工藝中，一班根據(jù)鋼種和用途的不同將吐絲溫度控制在760900。部分鋼種選用下列吐絲溫度： 鋼種 吐絲溫度 拉拔用鋼（中碳） 870 冷鐓鋼（中碳） 780 碳素結(jié)構(gòu)鋼線材 840 硬線（高碳） 785 軟線（一般用途低碳鋼絲線材） 900 建筑用鋼筋 780 低合金鋼 830對于高碳鋼，如果含錳量增加，吐絲溫度則可進(jìn)一步降低。通過改變吐絲溫度可以引起強(qiáng)度性能的變化。對低、中碳鋼為了提高溫度，應(yīng)

34、降低吐絲溫度，而對高碳鋼，則要提高吐絲溫度才能獲得強(qiáng)度的增加。其他吐絲方法，諸如ED法、施羅曼法、間歇水冷法，KP法等，因沒有風(fēng)冷段控制，顧可參照斯太爾摩法將吐絲溫度設(shè)定得再低一點(diǎn)，一般為850700。但對碳鋼最低不應(yīng)低于600（表面溫度不能低于500），以防止產(chǎn)生所不希望的馬氏體組織。需要說明的是，對有些以強(qiáng)度為主的線材，如建筑用鋼筋，為了提高其抗拉強(qiáng)度，有意將吐絲溫度設(shè)定得很低（600以下），讓其表面形成馬氏體，然后在后續(xù)冷卻中利用芯部余熱進(jìn)行自回火而得到回火馬氏體。這樣處理使線材抗拉強(qiáng)度大大提高。（三）相變區(qū)的冷卻速度控制相變區(qū)冷卻速度決定著奧氏體的分解轉(zhuǎn)變溫度和時(shí)間，也決定著線材的最終

35、組織形態(tài)，所以整個控冷工藝的核心問題就是如何控制相變區(qū)冷卻速度。對具有散卷風(fēng)冷運(yùn)輸和這一類型的冷去工藝來說，冷卻速度的控制取決于運(yùn)輸機(jī)的速度、風(fēng)機(jī)狀態(tài)和風(fēng)量大小以及保溫罩蓋的開閉。運(yùn)輸機(jī)速度是改變線圈在運(yùn)輸機(jī)上布放密度的一種工藝控制參數(shù)。通過改變運(yùn)輸機(jī)速度來改變線圈布放密度，從而控制線材的冷卻速度，這是散卷冷卻運(yùn)輸機(jī)的重要功能。一般來說，在軋制速度、吐絲溫度以及冷卻條件相同的情況下，運(yùn)輸機(jī)的速度越快，線圈布放得越稀，散熱速度越快，因而冷卻速度越快。但這種關(guān)系并非對全部速度范圍都成立，當(dāng)運(yùn)輸機(jī)的速度快到一定值時(shí)，冷卻速度達(dá)到最大，及時(shí)再增大運(yùn)輸機(jī)速度，冷卻速度也不再增加。這是因?yàn)檫\(yùn)輸機(jī)速度加快增

36、加了線圈間距，使線圈之間的相互熱影響不斷減小，甚至消失，此時(shí)運(yùn)輸機(jī)速度增加，不能提高冷卻效果。相反，運(yùn)輸機(jī)速度加快縮短了盤卷的風(fēng)冷時(shí)間，反而會降低冷卻效果。運(yùn)輸機(jī)速度的確定除了與鋼種、規(guī)格和性能要求有關(guān)之外，還與軋制速度有關(guān)。因?yàn)樵谶\(yùn)輸機(jī)速度不變的情況下，軋制速度的變化使線圈間距有所改變，從而引起冷卻速度變化，所以要求軋制速度保持相對穩(wěn)定。資料表明，當(dāng)軋制速度的變化值超過2.5%時(shí)，應(yīng)對運(yùn)輸機(jī)速度作出相應(yīng)比例的調(diào)節(jié)。斯太爾摩空冷工藝根據(jù)軋制速度和軋制規(guī)格的變化，以5mm線材的軋速魏75m/s作為基準(zhǔn)速度，給出了下列運(yùn)輸機(jī)速度范圍： 冷卻類型 線材規(guī)格/mm 運(yùn)輸機(jī)速度/m· 標(biāo)準(zhǔn)型

37、5.516 52.930.4 延遲型 5.516 一種4.513.5 另一種5.516.7根據(jù)冷卻速度要求和冷卻性質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)型冷卻的運(yùn)輸讀讀隨線材規(guī)格的增大而減慢，延遲型冷卻的運(yùn)輸速度則隨規(guī)格的增加而加快。對于可實(shí)現(xiàn)多段速度單獨(dú)控制的輥式運(yùn)輸機(jī)，要求各段速度有一微量變化，以改變線圈之間的接觸點(diǎn)。此外，無臺階的多段速度控制運(yùn)輸機(jī)的各段速度設(shè)定有個原則，即后段速度必須大于或等于前段速度，否則易造成線圈相互穿插而亂線。散卷運(yùn)輸機(jī)下方一般有多臺可分當(dāng)控制風(fēng)量的冷卻風(fēng)機(jī)，根據(jù)冷卻的需要能進(jìn)行多種狀態(tài)的組合操作。先介紹如下：（1） 所以風(fēng)機(jī)均開啟，并以滿風(fēng)量工作。這種操作的冷卻速度最大可達(dá)10/s，主要適用于要求強(qiáng)制風(fēng)冷段高碳鋼種（C0.60%）；（2） 各風(fēng)機(jī)以75%、50%、25%、0%任意一種風(fēng)量操作，可以實(shí)現(xiàn)410/s的冷卻速度，這種操作適用于中等冷速要求的鋼種；（3） 前幾臺開啟、后幾臺關(guān)閉，或前幾臺關(guān)閉、后幾臺