控轧控冷工艺（通用3篇）
控轧控冷工艺 篇1
引言
高速铁路是资源节约型和环境友好型的绿色交通运输方式, 中国高度重视高速铁路的发展。瑞典、日本、德国等国家在制造高速铁路列车轴承用钢中表现突出, 这些国家的轴承钢生产状况体现了当今世界轴承钢的质量水平和发展方向。由于我国缺乏制造高速铁路列车轴承用钢的先进冶炼工艺、热加工及热处理技术, 运行速度200km/h以上的高速列车均采用进口轴承, 使得我国高速铁路整体装备水平受限。
为使得国产优质材料应用到高速铁路客车轴承上, 提高客车轴承的使用寿命和可靠性, 自主研究适应运行速度200km/h以上的高速列车轴承用钢生产工艺已迫在眉睫[1,2]。参照日本新干线使用经过表面渗碳的合金结构钢作为轴承套圈的技术思路, 提出采用合金元素配比良好的20Cr Ni2M o钢, 经过表面渗碳后作为高铁轴承套圈。因此对20Cr Ni2Mo钢控轧控冷工艺参数的深入研究十分必要, 对于设计合理的热加工工艺, 更大的发挥20Cr Ni2Mo钢潜力, 使其成功应用到高速铁路列车轴承中具有重大意义。
1 实验材料及方法
1.1 实验材料
本实验用钢是由抚顺特钢通过真空熔炼+电渣重熔冶炼工艺生产的20Cr Ni2Mo钢, 具体化学成分如表1所示。
%
1.2 实验方法
为研究不同终轧温度对20Cr Ni2Mo钢显微组织的影响, 利用热模拟机进行热模拟试验, 测定不同冷却速度对钢显微组织的影响。
注:a=30℃/s;b=10℃/s;c=5℃/s;d=2℃/s;e=1℃/s;f=0.5℃/s;g=0.2℃/s;h=0.1℃/s;i=0.05℃/s。
控轧控冷热模拟实验在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室MMS-300热力模拟实验机上进行, 压缩试样加工成尺寸为8mm×15mm的圆柱形试样。
实验工艺如图2所示。开轧温度为1100℃, 终轧温度为800~950℃, 冷却速度分别为1℃/s、5℃/s、10℃/s、20℃/s、40℃/s, 终冷温度为630℃、650℃、680℃将实验后的试样沿热电偶处轴向切开, 磨制成金相试样, 利用Image-Pro-Plus图像分析软件进行铁素体体积分数、铁素体平均晶粒尺寸分析, 通过对实验所得曲线分析, 同时结合金相组织观察, 研究不同工艺参数对试验用钢微观组织演变的影响规律[3]。
2 实验结果及讨论
2.1 冷却速度的影响
终轧温度850℃、不同冷却速度 (1、5、10、20、40℃/s) 下的显微组织形貌如图3所示。相同终轧温度不同冷却速度铁素体体积分数如图4所示。结合图3和图4可以看出, 随着相变区冷却速度的提高, 铁素体的体积分数减小, 平均晶粒尺寸减小, 带状组织改善。
由于终轧后冷却速度小, 可以有充足的时间使奥氏体向铁素体转变, 冷速大使奥氏体向铁素体转变的时间减少, 抑制了奥氏体向铁素体转变, 并在随后形成了贝氏体, 控轧控冷工艺参数对各相体积分数和晶粒尺寸的控制主要通过对形核率和长大速率的控制而实现。当形核率的影响占主要作用时, 铁素体平均晶粒尺寸减小;当长大速率的影响占主要作用时, 平均晶粒尺寸增大[4]。相变区冷却速度提高时铁素体晶粒尺寸没有明显改变, 可见相变区冷却速度对铁素体平均晶粒尺寸影响不大, 对铁素体体积分数影响较明显。故在相变区冷却速度低时, 形核率和长大速率对铁素体晶粒尺寸影响作用抵消, 对晶粒的尺寸影响不大。当冷却速度增加时, 奥氏体相变的过冷度增加, 相变的形核驱动力增加, 铁素体形核点增多, 在晶粒尺寸不变的情况下, 铁素体的体积分数增加[5]。相变过程中, 贫溶质区形成铁素体时所排出的碳在珠光体产生之前所扩散的距离是影响带状程度的决定因素。随着冷却速度的增大, 贫溶质区碳扩散的距离减少, 因此珠光体的形核点分布均匀, 带状组织改善[6]。
2.2 终轧温度的影响
相同冷却速度20℃/s, 不同终轧温度 (800℃、850℃、900℃、950℃) 下的光学组织形貌如图5所示。由图5可以看出随着终轧温度的升高, 铁素体的体积分数降低, 铁素体平均晶粒尺寸呈现增大的趋势。不同终轧温度下, 组织都不均匀, 有明显带状组织。
终轧温度的提高, 一方面是奥氏体尺寸增大, 减小了晶界面积, 形核位置减少, 奥氏体晶粒边界的铁素体形核率降低, 铁素体体积分数降低[7];另一方面, 终轧温度的提高降低了变形晶粒内部位错密度, 降低变形储存能, 铁素体内部形核率降低, 同时降低了奥氏体发生相变的自由能, 抑制铁素体相变[8,9]。
因此, 终轧温度的提高将降低铁素体的体积分数, 由图6可以看出, 终轧温度每提高50℃, 铁素体体积分数约降低9%。
3 结语
1) 20Cr Ni2Mo轴承钢在相同终轧温度、不同冷却速度下, 随着相变区冷却速度的提高, 铁素体的体积分数减小, 平均晶粒尺寸减小, 带状组织改善。
2) 相同冷却速度时, 随着终轧温度的升高, 铁素体的体积分数减小, 终轧温度每提高50℃, 铁素体体积分数约降低9%。
3) 在相变区随着冷却速度提高, 终轧温度的升高, 可有效控制减小铁素体体积分数。
参考文献
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控轧控冷技术应用实践 篇2
东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司在2002年与意大利POMINI公司合作引进了具有90年代先进水平的棒材连轧生产线, 于2002年10月热试车。其中POMINI公司负责连轧线的设计和主要设备供货, ABB公司负责全线电控设计与电控设备的供货, 步进梁式加热炉由北京凤凰炉公司设计并制造, 其余辅助设备由国内制造, 北京钢铁设计总院承担了连轧线的工厂设计。
2 生产的钢种与规格
目前, 北兴公司生产产品为圆棒材。轴承钢生产规格为φ20-φ75mm, 最大轧制速度为13m/s (φ20mm) , 采用的连铸坯料为250mm×280mm, 根据用户要求可采用模铸坯生产, 坯型245mm×245mm, 坯长6m。
3 主轧线的组成及布置
4 控轧控冷设备及布置情况
在主轧线16架轧机后、20架轧机后及22架轧机后, 各有一段水冷段, 其工艺布置图如下图1:
1-中轧机2-精轧前水箱3-飞剪4-精轧机5-精轧间水箱6-精轧机7-精轧后水箱
其工艺参数如下:
4.1 1#水冷段 (16架轧机后)
水冷线长度:约6m
返红距离:约18m
最大水压:0.8Mpa
最大水流量:120m3/h
最多水冷管数量及型号:
2个TR40 (φ16~φ30)
2个TR50 (φ32~φ40)
2个TR75 (φ42~φ60)
4.2 2#水冷段 (20架轧机后)
水冷线长度:约12m
返红距离:约15m
最大水压:0.8Mpa
最大水流量:240m3/h
最多水冷管数量及型号:
4.3 3#水冷段 (22架轧机后)
水冷线长度:约12m
最大水压:0.8Mpa
最大水流量:180m3/h
最多水冷管数量及型号:
3个TR40 (φ16~φ30)
3个TR50 (φ32~φ40)
3个TR75 (φ42~φ60)
4.4在线高温计的布置
主轧线上设置了5个高温计, 分别布置在出炉、4架轧机后、1#水冷段后、2#水冷段后、3#水冷段后。
5 控轧控冷技术在北兴公司的应用情况
目前, 北兴特钢控轧控冷线主要应用在轴承钢棒材上, 通过连铸坯控制偏析程度、加热扩散、控制终轧温度降低轴承钢的网状级别。
从开始试验到目前主要采取了以下几点措施:
5.1控制连铸坯料的[C]=0.95~1.00%之间。
5.2控制连铸坯料的加热2段和均热段温度在1200℃以上, 均加之和保证在120分钟以上, 对于模铸坯料控制加热温度在1140~1180℃。
5.3四架后170圆坯料停留时间控制在3~4分钟, 保证进入中轧机组的温度控制在950℃左右。
5.4合理选择水冷管直径与棒材直径相差10~15mm, 以保证棒材冷却效果及冷却均匀。
5.5保证来水压力和来水流量。
5.6设备实现棒材红头轧制, 保证棒材轧制顺利进行。
5.7生产过程中, 轧机末架速度降速5~10%。
5.8冷床冷却方式为自然冷却。
5.9试验规格主要集中在φ22~φ40之间, 通过以上措施, 出现网状结果同一批次不稳定现象, 个别试样出现超标。
6主要问题
6.1从金相观察, 连铸坯中心1.5mm范围内碳偏析较为严重, 有的边缘碳与中心碳差20个, 造成中心网状碳化物提前析出, 大多数级别在4~5级的水平, 而其它区域的网状碳化物的级别在3级以下的水平。
6.2模铸坯的网状情况较连铸坯的情况要好些, 其合格率能保证在80%以上的水平.
6.3对于φ32~φ40mm的其终轧温度有时不能保证在800~850℃之间, 大多数为850~900℃, 上冷床温度也较高, 大多数为780~900℃之间, 造成其网状级别较高, 此规格是下次试验的重点攻关对象。
6.4生产过程中, 设备上实现了红头轧制, 保证头部不被淋黑, 改善了棒材咬入情况, 保证了轧制稳定, 但头尾未穿水长度在10~30米范围内, 主要原因为控制水开启的比例阀动作较慢, 其全开启时间在2~3秒, 而棒材进入水冷管的速度在4~9m/s。
6.5水处理站来水流量设计总流量为540m3/h, 但实际流量只能保证在100~190m3/h, 此问题在下步试验过程中加以解决。
6.6对于管径与棒材直径相差较大时, 水冷管的冷却效果不好, 下步准备增加气封的数量, 保证水冷效果。
7下一步措施
7.1进一步控制加热温度, 进而有效控制棒材终轧温度。
7.2提高供水比例阀的动作速度, 减小棒材未穿水的长度, 最终控制在1~2米的范围内。
7.3提高供水系统的供水总量。
7.4通过自动控制系统, 实现棒材温度、水压和水流量的合理匹配。
7.5研究可行方案, 在上冷床前的辊道中再上一段水冷段, 以增加轧后冷却效果, 降低棒材上冷床温度。
摘要：控轧控冷技术是目前轧钢生产技术的重要发展方向, 本文重点介绍了北满特钢2002年从意大利POMINI公司的引进的22架连轧机组的的轴承钢控轧控冷的应用情况, 为其它小型材生产厂家提供参考。
关键词：控轧控冷,轴承钢,应用
参考文献
[1]王友铭, 李曼云, 韦光.钢材的控制轧制和控制冷却, 1995 (1) .
控轧控冷工艺 篇3
1 控轧控冷的工艺流程和技术原理
控轧是指在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制, 使塑性变形和固态相变相结合, 以获得细小晶粒组织, 使钢材具有优异的综合力学性能的轧制工艺。控冷是指控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的热处理技术。将控制轧制和控制冷却这两种强化手段相结合能够进一步提高钢材的强韧性, 并获得良好的综合力学性能。
控轧控冷的主要工艺流程为:钢坯加热——粗、中轧轧制——精轧控制——轧后冷却。
1.1 钢坯加热
在炉内加热使钢坯温度均匀性达标的, 要尽量缩短高温停留时间, 避免形成过于粗大奥氏体晶粒。由于一些合金元素对奥氏体化临界温度起到很大作用, 因此温度制度的确定必须与钢种相结合。小型棒线材生产中一般要求钢坯出炉温度不低于950℃。
1.2 粗、中轧轧制
一般粗中轧采用常规轧制工艺, 即通过对加热时长大的初始奥氏体晶粒反复轧制、再结晶使之细化, 获得细小均匀的奥氏体组织, 为最终组织晶粒细化做好准备。
1.3 精轧控制
根据钢种以及性能要求的不同, 精轧可以采用未再结晶型轧制或两相区控制轧制, 即低温精轧工艺。对于奥氏体未再结晶型控轧, 钢材在此温度区间轧制时不发生奥氏体再结晶现象, 奥氏体晶粒被拉长, 随着变形量的加大, 变形带的数量也增加, 且在晶粒内部分布得更加均匀, 提高了铁素体形核密度, 促进了α晶粒细化。
采用两相区轧制时, 未相变的奥氏体晶粒更加伸长, 在晶粒内形成形变带, 在已相变的铁素体晶粒内形成亚结构, 最终获得微细的多边形α晶粒和含有亚晶粒的α晶粒。
1.4 轧后冷却
根据产品的化学成分和规格, 可对轧后钢材采用快速水冷、正常空冷、缓冷或先快后慢等不同的冷却制度, 以求获得最佳的产品性能。在轧机设备能力允许的情况下, 采用低温加热, 燃耗下降值要远大于低温轧制导致的电耗上升值。在控制轧制中采用低温轧制, 一方面可以显著降低成本, 同时再结晶奥氏体细化, 使钢材的强度和韧性得到提高。通过轧后控制冷却工艺相结合, 可以大大提高钢材综合机械性能, 节约金属、能源, 降低成本。
2 自动控轧控冷系统的组成
2.1 控轧控冷设备的配置
在加热炉内、精轧机前、冷却穿水箱的入/出口和中间、冷床入口侧等位置安装高精度的红外线测温仪, 用来实时检测控轧控冷工艺全过程的钢材温度数据和变化规律。由吸水泵、增压泵、管道和压力/流量调节阀或变频恒压系统等组成冷却供水系统, 经过单线冷却管、两切分冷却管和三切分冷却管等装置给精轧过程中和轧后钢材的冷却供水。控轧控冷设备的配置如下图所示:
2.2 电气自动化系统的配置和主要功能
电气自动化系统配备SIEMENSPLC系统进行逻辑跟踪控制, 通过I/O口与人机接口画面 (HMI) 、工程师站相连接, 以获取有关的生产数据、轧件数据、数学模型计算数据和控制命令, 并对阀门进行相应控制, 如开闭、启停、速度控制、流量调节等, 并将实时检测轧件的温度及水路上的各个工艺参数传送给监控级。配备工艺数学模型, 能完成模型的预设定、模型的再设定、模型的动态调整及自学习自适应功能, 最终保证钢件的温度控制精度, 满足工艺要求。电气自动控制系统的网络原理图如下所示。
控轧控冷的电气自动化控制系统由S7-300 PLC (选用CPU315-2DP) 、工控机、控制元器件和操作台等硬件组成, 并利用STEP7进行软件编程, 实现与远程I/O采用DP方式进行网络连接。完成接收、执行工艺过程计算机的设定控制冷却规程, 采集检测仪表的信号并进行处理, 上传检测仪表的输出信号, 进行控冷过程跟踪。过程控制级及HMI系统采用高性能工控机, 建立工艺数学模型, 利用WINCC6.0进行软件编程。根据控冷过程的数学模型对控制冷却进行计算分析后, 给出控制的优化设定值, 在轧件完成冷却后进行自学习自适应。
3 结语