控轧控冷

控轧控冷（精选3篇）

控轧控冷 篇1

1 前言

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) .

[2]卢盛意.连铸坯质量 (第2版) [M].北京:冶金工业出版社, 2000 (10) .

高速线材生产中的控轧控冷技术 篇2

关键词：高速线材,控制轧制,控制冷却,工艺改进

随着我国新型工业化的发展, 钢铁材料产业充当着非常重要的地位, 线材生产是钢铁轧制生产的一项重要内容, 线材产品的质量和性能与其生产设备和生产工艺有着密切的关系, 其中控制轧制和控制冷却技术对高速线材生产有着较大的影响。轧机的设备组成不同, 生产工艺的不同, 其产出的线材性能也就不同。

线材在轻重工业产业中占有重要的地位, 高速线材是轧钢中的一类, 对高速线材的生产设备及生产工艺进行研究和设计, 对现代钢铁工业的发展和需求有着战略性意义。

1 控轧控冷技术的研究现状

在线材生产过程中, 控轧控冷技术有着非常重要的作用, 钢材强度、韧度等性能是通过添加一些添加剂在一定温度下控制得到的。将钢材中奥氏体向铁素体发生转变, 使钢材的组织发生大规模的相变, 从而使强度发生大幅度的变化。而控制轧制就是通过控制热轧钢材时的温度和压力等条件达到最佳值, 从而热轧钢材省略热处理的过程并且能达到与正火相同的组织结构。因此轧制钢材可以通过强化压下和控制冷却等技术来提高钢材的性能, 达到或超过有热处理钢材的性能。

控制冷却就是指在控制轧制后, 为了弥补单一控制技术不能使相变组织细微化的不足, 在奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度快速冷却, 以此获得更高的强度。为了获得所需要的组织和性能, 可以利用控制轧制过程中线材热轧后的余热, 用一定的生产工艺控制线材的冷却速度。

实践证明, 钢材利用控制轧制方法生产能够提高其强度和韧性等, 同时也能简化生产工艺过程, 扩大钢材的使用范围、延长使用寿命。

1960年前后, 在欧美和澳大利亚等国家和地区, 利用在单纯轧制钢材的过程中添加微量元素提高钢材的强度技术生产大直径管线钢材。1970年初, 随着社会生产对低碳化钢铁的需求, 同时要求线材组织微细化, 因此需要控制轧制后通过冷却来控制相变本身以获得最佳效果。二十世纪八十年代左右, 世界上最初的控冷设备和技术研发成功。

1920年到1960年左右, 英国的控轧控冷技术主要是为了制造厚板, 随后这些技术在欧洲、美国和日本得到了发展。我国的轧制工艺也有很大进步和发展, 但是高速线材生产中控轧控冷技术的改进、完善、提高、更专业提出了更高的要求。当今的高线厂生产中设备及工艺存在着很多问题, 钢材的产量低, 钢材性能差, 合格率不到95%。

2 高速线材控轧控冷设备及方法

高线生产设备及工艺方面存在着不同的问题, 影响线材的生产, 导致钢材产量低, 性能差等问题, 最后浪费材料, 造成成本高。因此对于研究高线生产设备及工艺有很重要的意义。高线轧后生产线主要分为五个区:水冷区、成圈区、散卷控冷区、散卷收集区、PF线及精整区。

水冷区主要是由精轧机组前、后水冷装置构成的, 也就是水冷箱和水冷段。精轧机组前的水冷箱主要是用来恒温轧制, 用来预先调节线材精轧形变引起的温升, 精轧后的水冷段可以将线材控制在30~60℃。此次冷却主要是为了控制线材组织转变, 改进线材的性能。

不同的钢材种类, 钢材的规格决定着精轧机组进口温度, 钢材的性能和轧制速度则是由于出口温度决定。出口设置高温计连接控制阀, 主动控制出水温度。线材水冷工艺程序要求冷却幅度大、精度高, 调整操作方便。

1) 成圈区。成圈区的主要设备主要包括夹送辊、成圈器和现场操作箱等。处于水冷段和吐丝机之间夹送辊主要是用来夹送水冷后的线材。对于不同的线材, 选用不同的夹送方式以及合理的夹送长度。吐丝机则是为了线圈运送到运输机。

2) 散卷控冷区。散卷控冷输送区主要是由风冷辊道、冷却风机、保温罩盖等组成。将吐丝机处形成的线卷运到集卷筒入口的传动装置止, 并且使线材以散卷状态连续通风进行控制冷却是风冷段的主要功能。

控制轧制的主要方法:

1) 两阶段控制轧制。两阶段控制轧制就是完全再结晶型与未再结晶型配合的轧制工艺, 在完全再结晶区轧制时, 钢材一般要在1000℃以上才能发生变形, 为了完全奥氏体化, 再结晶钢材温度必须大于950℃;也就是要在没有完全结晶时进行一定的轧制, 并在未再结晶区进行快速冷却, 继续进行轧制。此方法轧制的钢材可以使铁素体相变形核创造条件, 使韧性提高, 脆性转变温度下降。

2) 三阶段控制轧制。三阶段控制轧制是一种完全再结晶型、未再结晶型及奥氏体与铁素体两相区轧制相配合的轧制工艺。

3) 低温精轧技术。低温轧制技术就是轧出产品前最后几道次的形变发生在正火轧制工艺或热机轧制工艺对应的温度范围内。

控制轧制后的控制冷却过程主要分为一次冷却、二次冷却、三次冷却等阶段。其主要冷却方式有1) 喷水冷却:水以一定压力连续从喷嘴喷出水流, 水流稳定不间断的连续喷流的冷却方法就是喷流冷却。这种冷却方式的不足之处在于冷却范围不大, 水压要求高。2) 雾化冷却:水和加压的空气一起从喷嘴中喷出形成雾状流, 利用雾状流冷却的方法就是雾化冷却。这种冷却范围大, 可以解决喷水冷却方式的不足, 但是这种方式需要特殊的设备。3) 层流冷却:喷流出的水若流速较低时可以保持平滑的层流状态, 这样的冷却能力比喷流冷却高。4) 浸水冷却:将钢材直接浸入在冷却水中冷却, 但是这种冷却方式不易控制, 造成钢材质量问题。5) 管内流水冷却:水在水冷器的管内平行板之间流动可以进行冷却钢材。

线材的控轧控冷生产工艺流程:一方面热连铸坯到热坯输送提升, 另一方面是冷连铸坯到冷坯上料, 二者可以通过轨道输送放到加热炉中加热, 利用高压水降磷, 之后用粗轧机轧制, 转换1#飞剪切头到中轧机轧制后, 转换2#飞剪切头后用预精轧轧机轧制, 预水冷后转换3#飞剪切头后用无扭精轧机轧制, 最后水冷, 线材初步成型, 进行后续的生产施工。

3 结论

线材产品的质量和性能与其生产设备和生产工艺有着密切的关系, 高速线材是轧钢中的一类, 对高速线材的生产设备及生产工艺进行研究和设计, 能够很好利用控轧控冷技术提高线材的质量, 降低线材成本, 提高成材率, 对现代钢铁工业的发展和需求有着战略性意义。

参考文献

[1]周红德, 温东, 贺小波等.高速线材生产中的控轧控冷技术[J].第二届钢材质量控制技术——形状, 性能, 尺寸精度, 表面质量控制与改善学术研讨会文集, 2012.

[2]李龙, 丁桦, 杨春征等.控轧控冷工艺对低碳铌微合金钢组织和性能的影响[J].钢铁研究学报, 2006.

控轧控冷 篇3

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

[1]孙振华.我国铁路客车高速轴承研究分析[J].铁道车辆, 2004, 42 (8) :4-7.

[2]尤绍军.我国轴承钢及热加工技术的现状和研究方向[J].金属热处理, 2012, 37 (1) :119-125.

[3]方开泰, 马长兴.正交与均匀试验设计[M].北京:科学出版社, 2001.

[4]C.S.Chou, J.R.Yang, C.Y.Huang.The effect of prior compressive deformation of austenite on toughness property in an ultra-low carbon bainitic steel[J].Materials chemistry and physics, 2001, 69 (1) :113-124.

[5]杨王玥, 胡安民, 齐俊杰, 等.低碳钢多道次热变形中的应变强化相变与铁素体动态再结晶[J].金属学报, 2000, (11) :016.

[6]W.Chen, F.King, E.Vokes.Characteristics of nearneutral p H S tress corrosion cracks in an X-65 Pipeline[J].Corrosion, 2002, 58 (3) :267-275.

[7]王占学.控制轧制与控制冷却[M].北京:冶金工业出版社, 1988.

[8]崔忠圻, 覃耀春.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社, 1989.