高速线材轧后控制冷却工艺分析

高速线材轧后控制冷却工艺分析

夏海龙

河钢承钢棒材事业部高线工段河北省承德市067002

摘要：高速线材轧后控冷工艺的典型技术，比较了不同技术的装备和工艺特点，分析了典型钢种的冷却工艺特点及其对产品质量的影响，并提出了一种能满足多钢种要求的新的轧后冷却工艺布置形式。

关键词：高速线材；轧后控制冷却

通过研制和消化移植国外先进的高速线材轧制及轧后冷却技术,在高速线材轧后冷却技术方面基本上已达到了国际先进水平,但自主开发新技术的能力还有待提高。

一、控制轧制和控制冷却的机理

线材的控轧控冷实质上是通过控制轧制工艺参数和轧后冷却参数来控制钢材的相变点和组织形态以生产出满足人们需要的钢种。

1.控制轧制机理、钢结构在热塑性变形或变形后的再结晶对控制轧制起着决定性作用，奥氏体晶粒细化是控制轧制的基础。热变形从形变的角度考虑是降低变形抗力和提高钢的塑性变形能力。从组织控制的角度考虑是：完成了钢的奥氏体组织控制。在一定的奥氏体组织条件下进行形变。通过对变形条件的控制，实现对变形过程中组织的控制为相变做组织准备。控制相变过程以获得组织和性能。相变前奥氏体组织不同，相变后组织就会不同。奥氏体化条件不同，不同的动态回复过程(动态回复、动态再结晶)和静态回复过程(静态回复、静态再结晶)而不同的回复过程会形成各种热变形条件下钢的组织变化。

2.控制冷却机理，高温终轧的线材,轧后处于奥氏体完全再结晶状态,应采用轧后快速冷却。因为如果轧后慢冷,则变形奥氏体晶粒将在冷却过程中长大,相变后得到粗大的铁素体组织。由于冷却缓慢,由奥氏体转变的珠光体粗大,片层间距加厚。这种组织的力学性能较低。对于低温终轧的线材,终轧时奥氏体处于未再结晶温度区域,由于变形影响Ar3温度提高,终轧后奥氏体很快就相变,形成铁素体。这种在高温下形成的铁素体长大速度很快。如果轧后采用慢冷,铁素体就有足够长大时间,到常温时就会形成较粗大的铁素体,从而降低了控制轧制细化晶粒的效果。轧后快冷实质上是控制轧制后细化了的变形奥氏体组织。经过快速冷却,相变组织相应变化,钢中析出物的大小、数量、析出部位发生变化,从而使钢材的强韧性得以提高。对于高碳钢和高碳合金钢轧制后控制冷却的机理则是防止变形后奥氏体晶粒长大,降低以致阻止网状碳化物的析出量和降低级别,减少珠光体球团尺寸,改善珠光体形貌和片层间距,从而改善钢材的性能。

二、高线轧后控冷工艺的特点及分析

高线在精轧机(或减定径机组)后至吐丝机间的水冷也称为轧后一次水冷，目的是使轧件从终轧温度快速冷却到所需的吐丝温度，控制线材奥氏体的晶粒度和减少氧化铁皮的产生。最高轧件速度达112m／s，通常设置2～3个水箱，采用闭环自动温控系统来控制温度波动，目前采用引进关键设备和水冷模型可以将吐丝温度差值控制在lo℃左右。通过一次水冷可使线材温度急剧降到750～920℃，使轧制后形成的细晶奥氏体组织经急冷后保留下来，为相变提供合适的金相组织和温度条件，也避免了线材在高温状态的停留，减少了二次氧化铁皮的生成。同时考虑到控制线材芯表温差，水箱(后)设有均温导槽。国内大部分高线轧后控冷工艺的一次水冷工艺基本类似，主要的区别体现在二次风冷上，下面主要就此部分做重点分析。

1.斯太尔摩控制冷却工艺，斯太尔摩辊式风冷运输线作为主要的二次控制冷却设备，经过多年发展，在国内得到普遍应用，斯太尔摩风冷运输线冷却工艺灵活，可以满足大部分线材的不同冷却速率的要求。斯太尔摩风冷运输线常用的控制冷却方式有标准型和延迟型两种，标准型为在辊道输送的散卷冷却运输线下设若干个风机对运输线上的线圈进行强制风冷，通过调整辊道速度来控制线圈间距，并控制每台风机的风量、开启的风机数量及风量分配来达到一定的冷却速率，以获取要求的产品金相组织。一般标准型的技术参数为：散卷线圈运行速度o．4～2．om／s，冷却速率5．o～15．o℃／s，适合高碳钢生产。延迟型为在标准型基础上增加保温罩，侧墙、底板、保温罩增加绝热材料。盖上保温罩，停止送风，线圈在输送机上缓慢运行，在此缓慢冷却过程中完成相变以满足缓冷钢种的冷却要求。保温罩打开、强制送风即可按标准型生产，因此适用范围比标准型更广，国内普遍应用的都是延迟型。

2．DLP高速线材控冷工艺，早期为替代铅淬火处理，以节省工时，节约能源，减少铅尘和铅烟对人体与环境的污染，提出了盐浴处理工艺，后来新日铁在此方向取得突破，开发出了DLP新工艺。DLP工艺是在线材吐丝机后利用线材轧制后的余热来进行盐浴处理，以得到与铅淬火基本相同的组织及性能。线材经吐丝成卷后在800～850℃进入盐浴槽约60s，盐浴槽中盘条移动速度约为20m／min，采用电加热方式熔融NaN03和混合盐，线材在槽内迅速冷却到约500℃，以避免奥氏体在高温区转变为粗大的珠光体，然后进入盐浴槽，在550℃的温度下完成奥氏体一索氏体转变后进人清洗线，用温水冲洗掉残留在其表面的残盐，最后集卷成盘。通过DLP工艺的等温转变过程使线材索氏体比例最大化，一般可达95％～98％，而斯太尔摩控冷一般只有80％～92％。在性能方面以及性能的波动性方面，DLP盘条都与铅淬火盘条接近而优于斯太尔摩控冷盘条。检测及研究表明，DLP线材的显微组织是细小的珠光体一索氏体组织，抗拉强度、断面收缩率和扭转次数与经铅淬火拉拔的钢丝基本相同，与传统的斯太尔摩法处理的线材相比，具有强度高、韧性好、性能离散性小等优点，

3.EDC高速线材控冷工艺，EDC工艺是指热轧线材先经水冷吐丝后散卷浸入热水槽中冷却的在线控制冷却工艺，即散卷热水浴工艺。EDC工艺和DLP工艺类似，只是采用热水做为冷却介质，最早的EDC工艺采用输送辊道升降摆动来控制线材盘卷从热水中通过，通过水淬达到高的冷却速率以提高索氏体化率，调整辊道角度和速度控制盘卷的冷却速率。设备形式上改进为水平可移动框架式布置，将风冷辊道和EDC设施整体移动互换，兼顾斯太尔摩风冷和EDC工艺的优点来满足多钢种的控冷工艺要求。EDC工艺主要是在线强韧化处理，国内在鞍钢高线有实际应用。

4.在线固溶热处理工艺，在线固溶热处理工艺主要针对不锈钢热处理，主要有3类：①在成卷时或成卷后直接水淬，设备简单，生产成本低，但不能控制最终晶粒度，只能处理奥氏体不锈钢，只能满足部分产品质量标准；②在辊式隧道退火炉中在线固溶处理，热轧线材经吐丝成连续散卷后在隧道炉保温约5min后水冷，设备投资高，可控制最终晶粒度，能处理奥氏体、铁素体不锈钢，产品质量和传统离线固溶处理相当；③在吐丝后热卷进入退火炉(包括罩式炉、环型炉等)中在线固溶处理，设备投资大，可控制最终晶粒度，能处理所有不锈钢，也适用于冷镦钢产品在线退火，产品质量比传统离线固溶处理好，但盘卷卷形差。

5.喷雾冷却等其他轧后控冷工艺，喷雾冷却是指热轧线材吐丝后在风冷线上采用风机和水雾来提高热交换效率，加大线材冷却速率的工艺。也有采用次声波产生的高速脉冲气流来冷却线材的，其可加速线材和周围空气的传热而获得高的冷却速率。

控制轧制和控制冷却技术在线材生产中具有举足轻重的作用,因此正确制定控制轧制和轧后冷却工艺,对线材轧制过程进行科学合理的控制,才可以改善盘条的金相组织,提高盘条的力学性能和产品质量。通过科学合理的控制扎制和控制冷却工艺,可以使线材的强度和低温韧性有较大的改善,同时节省能源并使生产工艺简化,可以充分发挥合金元素的作用。

参考文献：

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[2]钱敏.控制冷却及其作用分析.2016

[3]秦亦凡.浅谈控制冷却技术在低碳钢轧制上的应用.2016