棒線材控制軋制與控制冷卻技術(shù)的研究

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【摘?要】伴隨工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)、新理念在冶煉行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，例如自動(dòng)化、生產(chǎn)條件控制，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)性能、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)使用效果的要求。結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，首先概述了控制軋制與控制冷卻的相關(guān)理論，這兩項(xiàng)技術(shù)也是工業(yè)生產(chǎn)中改進(jìn)鋼材組織結(jié)構(gòu)、改進(jìn)熱變形和鋼材性能的重要部分。接著探討了棒線材生產(chǎn)中這兩項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用，控制軋制主要有兩段變形模式和三段變形模式，控制冷卻則是經(jīng)由熱淬火（QTB）、自回火（QTR）等環(huán)節(jié)，控制冷卻環(huán)節(jié)的溫度變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)鋼材性能的效果。對(duì)此進(jìn)行研究，旨在為此領(lǐng)域研究提供些許借鑒。

【關(guān)鍵詞】棒線材;控制冷卻;控制軋制;奧氏體

1.控制軋制與控制冷卻的理論分析

1.1對(duì)鋼材性能造成影響的組織結(jié)構(gòu)因素

出于多元化的用途，人們對(duì)所用鋼提出了各種各樣的要求，如機(jī)械、物理、化學(xué)、工藝等方面的性能需求。鋼的微結(jié)構(gòu)和組織是滿足人們對(duì)其使用的需求，且影響其性能的不可分割的因素[1]。若要獲得滿足性能要求的鋼材，首先要注意需要什么樣的組織結(jié)構(gòu)，其制造過(guò)程不僅需要軋制控制，還需要從成分設(shè)計(jì)、成分控制、雜質(zhì)排除、鑄坯質(zhì)量等冶煉工藝上進(jìn)行配套改進(jìn)，科學(xué)合理的控制和調(diào)整鋼材的軋制、冷卻等環(huán)節(jié)。當(dāng)前為了實(shí)現(xiàn)良好的綜合控制，引入了自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)輔助生產(chǎn)，控制鋼材制造過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)。

在軋制過(guò)程中，通過(guò)控軋控冷（TMCP），其中的再結(jié)晶、相變、微合金元素析出、晶粒形核與長(zhǎng)大等即會(huì)改進(jìn)鋼材組織結(jié)構(gòu)。以強(qiáng)韌性為例，鋼材強(qiáng)韌性能的加強(qiáng)可通過(guò)：固溶強(qiáng)化;晶界強(qiáng)化和亞晶強(qiáng)化;相變強(qiáng)化;應(yīng)變強(qiáng)化;分散強(qiáng)化等[2]。

1.2熱變形中鋼的組織變化分析

熱變形可被視為歸原和再結(jié)晶過(guò)程的變形，包括固化加工及后歸原過(guò)程。從變形的角度看，熱變形是鋼的變形阻力降低和塑性變形能力提高的過(guò)程。從組織監(jiān)測(cè)的角度來(lái)看：在一定條件下奧氏體組織的檢查控制，也是通過(guò)變形條件進(jìn)行的變形組織控制，做好相變準(zhǔn)備;控制相變過(guò)程，獲得所需的組織和特性[3]。

相變前的各種奧氏體組織，相變后的結(jié)構(gòu)、性能、特點(diǎn)也會(huì)有所不同，引發(fā)其相變的變形條件不同。在熱變形過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同的動(dòng)態(tài)復(fù)原過(guò)程或靜態(tài)復(fù)原過(guò)程，不同的反應(yīng)過(guò)程將形成不同的結(jié)構(gòu)變化的鋼材熱變形。因此，軋制基本上是通過(guò)控制軋制條件來(lái)進(jìn)行控制的，能夠改變所制造鋼材的組織和特性。

1.3冷卻中鋼的組織變化

冷卻條件包括：開(kāi)始冷卻溫度、冷卻速度和冷卻結(jié)束溫度?？蓪⒗鋮s控制劃分為有不同控制目標(biāo)的三個(gè)階段：相變前組織準(zhǔn)備（形變完成至相變前），控制相變前的組織高溫態(tài);相變時(shí)（相變開(kāi)始到相變完成），控制相變過(guò)程的相變反應(yīng);相變后（相變完成至恢復(fù)室溫），控制該過(guò)程的組織狀態(tài)。在不同冷卻條件下，應(yīng)注意形變奧氏體的變化。

2.棒線材生產(chǎn)中控制軋制與控制冷卻技術(shù)的應(yīng)用

2.1控制軋制

考慮到小型軋機(jī)軋制工藝參數(shù)中的變形狀態(tài)很難調(diào)整，孔型設(shè)計(jì)很難確定。因此，小型棒材軋制主要通過(guò)控制各機(jī)床溫度，控溫軋制很大程度的影響了實(shí)際生產(chǎn)效果，及變形條件是否符合控制軋制的要求。這不僅能生產(chǎn)堅(jiān)韌性佳、細(xì)晶組織的鋼材，還兼有簡(jiǎn)化脫碳過(guò)程和熱處理環(huán)節(jié)的作用。例如可通過(guò)軋制控制和冷卻控制來(lái)生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼，可以生產(chǎn)有高強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)冷鐓件，該原料可以不經(jīng)過(guò)酸洗前的退火及冷鐓后的調(diào)質(zhì)，節(jié)省退火時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

控制軋制的常見(jiàn)變形模式有：

1）兩段變形模式，包括奧氏體再結(jié)晶型及未再結(jié)晶型兩個(gè)階段的控制軋制。其特點(diǎn)是加熱溫度更低，以防原始奧氏體晶粒過(guò)度形成。首先在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行粗軋制，經(jīng)變形細(xì)化過(guò)程得到奧氏體晶粒;再在奧氏體未再結(jié)晶型的中軋環(huán)境，利用950 ℃以下的溫度條件來(lái)實(shí)現(xiàn)60 %～70 % 的累計(jì)變形量，至奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變（Ar3）停止軋制。產(chǎn)品中有大量變形奧氏體未再結(jié)晶晶粒，經(jīng)相變生成微細(xì)鐵素體晶粒。

2）三段變形模式，包括奧氏體再結(jié)晶型、未再結(jié)晶型和奧氏體與鐵素體兩相區(qū)軋制三個(gè)階段。較兩段變形模式，其特點(diǎn)是多了一個(gè)階段的精軋，為Ar3 與Ar1 間的兩相區(qū)軋制，根據(jù)鋼材的參數(shù)設(shè)計(jì)終軋時(shí)間。產(chǎn)品中有更多的微細(xì)鐵素體晶粒形成，未再結(jié)晶奧氏體晶粒也主要位于變形帶上，相變微細(xì)鐵素體晶粒及亞結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)等更多。

2.2控制冷卻

在棒線材生產(chǎn)過(guò)程中，軋制產(chǎn)品應(yīng)從熱軋的高溫降至常溫狀態(tài)，這一環(huán)節(jié)的溫度變化情況和冷卻速度決定了產(chǎn)品的內(nèi)部組織、機(jī)械性能和氧化表面。根據(jù)鋼材的種類，冷卻控制對(duì)奧氏體在熱變形后的狀態(tài)、相位前組織有影響，還能夠更直接地影響到相變機(jī)制、析出行為、相變產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)。通過(guò)有機(jī)地結(jié)合軋制控制和冷卻控制，以達(dá)到最佳效果。

在棒材的控制冷卻，連續(xù)的小型軋機(jī)中最普遍使用的是軋制后熱淬火（QTB）和自回火（QTR），通過(guò)在軋制后利用自身熱能，通過(guò)專門安裝的穿水冷卻箱控制鋼的冷卻速度。這一技術(shù)可用于普通低碳鋼板對(duì)微合金、低合金鋼的替代，而軋制強(qiáng)度、韌性和可焊性較好，在熱軋肋筋的生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。也就是說(shuō)，在棒材只選用普通低碳鋼的條件下，可以使鋼筋強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到不同級(jí)別。

棒材的控制冷卻由三個(gè)熱處理階段組成：

1）淬火，將終軋的棒材立即送入包含多個(gè)冷卻水箱的淬火線進(jìn)行表面淬火;2）回火，經(jīng)水冷箱的棒材因穿水急冷而在橫斷面上有較大溫差，經(jīng)熱傳導(dǎo)自回火處理后芯部與表面溫度更接近;3）自然冷卻，在冷床上將棒材回冷至常溫狀態(tài)。

3.結(jié)語(yǔ)

控制軋制和冷卻控制反映了工藝生產(chǎn)技術(shù)控制，可以改善材料、創(chuàng)新材料。材料成型過(guò)程也是一個(gè)物理冶金過(guò)程，為改進(jìn)和提高技術(shù)質(zhì)量提出了新的路徑。為了獲得理想的軋制鋼材，除了成分的合理設(shè)計(jì)，還必須注意冶煉過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如連續(xù)的澆注和軋制。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)發(fā)展和研究，工程師必須克服專業(yè)限制，擴(kuò)大知識(shí)。全面、系統(tǒng)和相互關(guān)聯(lián)地分析問(wèn)題，以了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅呈勛，高帆.應(yīng)力波技術(shù)在棒線材軋機(jī)減速機(jī)監(jiān)測(cè)診斷中的應(yīng)用[J/OL].冶金自動(dòng)化：1-10[2020-12-16].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2067.TF.20201117.1039.002.html.

[2]陳銀庫(kù).棒線材控制軋制和控制冷卻技術(shù)的研究與應(yīng)用探究[J].硅谷，2013，6（23）：30+12.

[3]曹樹(shù)衛(wèi).棒線材控制軋制和控制冷卻技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].河南冶金，2005（03）：23-25+38.

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）