高速线材的控轧控冷论文

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1、摘 要：控制轧制与控制冷却相结合能将热轧钢材的两种强化效果相加，进 一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合性能。随着控制轧制与控制冷却机 理研究的不断深入，除了在中厚板、热连轧带钢生产中采用控制轧制与控制 冷却工艺之外，在棒线材生产中也取得了比较成熟定型的控制冷却工艺，控 制轧制和控制冷却是热轧生产中的新技术和新工艺，是金属塑形加工专业的 理论与实践不可缺少的一个重要组成部分， 是金属压力加工专业的前沿技术 关键词：控制轧制；控制冷却；奥氏体；珠光体；晶粒细化；斯太尔摩冷却 法；温度；冷却一、前言 随着钢铁冶金技术的不断提高，控制轧制与控制冷却作为一项基本技术 在高速线材生产过程中起到了决定性的

2、作用，本文论述了控扎控冷的基本原 理和方法。二、控制轧制的概念（一）什么叫控制轧制 控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷 却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。控 制轧制钢德性能可以达到或者超过现有热处理钢材的性能。（二）控制轧制的优点 控制轧制具有常规轧制方法所不具有的突出优点。归结起来大致有如下 几点：1. 许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等 综合机械性能有很大的提高。例如控制轧制可使铁素体晶粒细化，从而使钢 材的强度得到提高，韧性得到改善。2. 简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。3. 由于钢材的强韧

3、性等综合性能得以提到，自然地导致钢材使用范围 的扩大和产品使用寿命的增长。从生产过程的整体来看，由于生产工艺过程 的简化，产品质量的提高，在适宜的生产条件下，会使钢材的成本降低。4. 用控制轧制钢材制造的设备重量轻，有利于设备轻型化。（三）控制轧制的种类控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。控制轧 制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性的作用。根据奥氏 体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程、Ya转变的两相区 变形），控制轧制可分为三种类型。1、再结晶型的控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过 程中或者在两道次之间发生动态或

4、静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过 反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒 提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终 轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的 温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别 需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低 合金高强度钢。2、再结晶型的控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变 形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变 形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形

5、核点多，相变 后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适 用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。3、两相区的控制轧制它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素 体两相区再继续进行塑性变形，并在 A 温度以上结束轧制。实验表明：在两 r1 相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体 只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（ 15%30%），回复程度减小 在两相区的高温区，铁素体已发生再结晶；在两相区的奥氏体中富集，碳以 细小的碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当就可以得 到细小的铁素体和珠光体混

6、合物。，从而提高钢的强度和韧性。在实际轧制中，由于钢种、使用要求、设备能力等各不相同，各种控制 轧制可以单独应用，也可以把两种或三种控制轧制工艺配合在一起使用。三、线材的控制轧制（一）线材控制轧制概况 随着线材轧制速度的提高，扎后控制冷却成为必不可少的一部分，但是 控制轧制在线材中的应用是 20世纪70年代后期才开始的。由于线材变形过 程中由孔型所确定，要改变各道的变形量比较困难，轧制温度的控制主要取 决于加热温度（即开轧温度），在无中间冷却的条件下，无法控制轧制过程 中的温度变化。因此，在过去的线材轧制中控制轧制很难实现。为满足用户对线材的高精度、高质量要求，高速线材轧机得到发展，无 扭精轧

7、机组机型进一步改进。 1984年以后，摩根公司提供的 100m/s 高速无 扭轧机组均为V型结构。新一代V型机组在结构上作了重大改进，2根转动 周接近地面基础，机组重心下降，倾动力矩减少，增加了机组的稳定性。它 噪声级别低，视野开阔，便于操作管理，机组重量较轻。在第一套V型机组问世以后，高速线材轧机将控制轧制技术引入了工艺设备等总体设计。现代高速线材轧机已能生产高精度的产品，如各生产厂家生产5.5mm线材的尺寸偏差普遍可达土 0.15mm，有些厂家可达不超过土 0.1mm。为了满足 用户对线材精度提高的更高要求，达到精密及及精密尺寸偏差（直径偏差=土 （0.2%0.3%）X直径）。近几年出现了

8、精密尺寸规圆机及精密轧机，有三辊 柯克斯（Kocks）三机架无扭精轧机及两辊三机架（或二机架）台克森（Tekisun） 高精度轧机。尤其是在1985年摩根公司退出台克森双机架轧机与无扭精轧机 配合，轧出G5.06.5mm线材，可保证直径偏差为土 0.1mm。台克森轧机可在 700C轧制，轧制能力大，可以进行控制轧制，可生产某些汽车用的非调质钢 及快速球化钢。有的在高速线材精轧机组前增设预冷段（可降低轧件温度100 C）及在精轧机组各机架间设水冷导位装置，以降低轧件出精轧机组的温度等。在第一套V型机组问世后，摩根公司在高速线材轧机上引入控温轧制技 术 MCTR（Morgan Contralled

9、 Temperatare Rolling ），即控制轧制。控温 轧制有如下两种变性制度：A 二段变形制度 粗轧在奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形及再结晶细化奥氏体晶粒； 中轧及精轧在950C以下轧制，是在Y相的未再结晶区变形，其积累变形量 为60%70%，在A附近终轧，可以得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶 r3粒，相变以后能得到细小的铁素体晶粒。B 三段变形制度粗扎在Y再结晶区轧制，中轧在950C以下的Y未再结晶区轧制，变形 量为 70%，精轧在 A 与 A 之间的双相区轧制。这样得到细小的铁素体晶粒 r 3r1及具有变形带的未再结晶奥氏体晶粒，相变后得到细小的铁素体晶粒并有亚 结构及位错

10、。为了实现各段变形，必须严格控制割断温度，在加热时温度不 要过高，避免奥氏体晶粒长大， 并避免在部分再结晶区中轧制形成混晶组织， 破坏钢的韧性。一般采用降低开轧温度的办法来保证对温度分别为 900C、850C，精轧 机组入口轧件温度分别为925C、870C，出口轧件温度分别为900C、850C。在设计上，低碳钢可在800C进入精轧机组精轧，常规轧制方案也可在 较低温度下轧制中低碳钢材，以促使晶粒细化。中轧机组前加冷水箱可保证精轧温度控制在 900 C，而在精密轧机处轧 制温度为700C750C，压下量魏35%45%,以实现三阶段轧制。如能在无扭精轧机入口将钢温控制在 950C以下，粗中轧可考虑

11、在再结 晶区轧制，这样可降低对设备强度的要求。日本有的厂将轧件温度冷却在650C进入无扭精轧机组轧制，再经斯太 尔摩冷却线，这样可得到退化珠光体组织，到球化退火时，退火时间可缩短 1/2.四、控制冷却基本知识 在轧钢生产中（热轧），其生产出来的产品都必须丛热轧后的高温红热状态冷却到常温状态。这一阶段的冷却过程将对产品的质量有着极其重要的 影响。因此，如何进行线材的轧后冷却，是整个线材生产过程中产品质量控 制的关键环节之一。（一）控制冷却的概念 轧钢生产中的冷却方法有许多种，但归纳起来只有以下两大类1、常规冷却常规冷却的含义是指从轧机出来的热轧产品在其后的剪切、收集、打捆 包装等精整工序中不加以

12、任何控制手段，而让其在周围环境中自然冷却的一 种方法，又称“自然冷却”。2、控制冷却 控制冷却在轧钢领域内属于控制轧制的范畴，它是指人们对热轧产品的冷却过程有目的地进行人为控制的一种方法。确切的说，所谓控制冷却，就 利用轧件热轧后的轧制余热，以一定的控制手段控制其冷却速度，从而获得 所需要的组织和性能的冷却方法。几十年来，许多工程技术人员和理论工作 者为此做了大量的工作，使得各种热轧产品的质量大大提高。对线材控制冷却的研究工作开始于 20 世纪 50 年代末至 60 年代初。当 时由于连续式线材轧机的不断完善和发展，轧制速度越来越高，盘重越来越 大，由此带来产品质量的一系列问题，促使人们对原来

13、的自然冷却方法都作 出改进。到了 20 世纪 60 年代中期，随着无扭线材轧机的问世，美国、加拿 大、德国、日本等国都相继对线材轧后的冷却问题展开了大量的试验研究， 于是各种线材控制冷却方法也就应运而生。（二）线材控制冷却的目的和要求 在一般的小型线材轧机上，由于轧制速度低，终轧温度不高（一般只有750C850C），且线卷盘重不大，所以扎后的盘卷通常只是采用钩式或链式 运输机进行自然冷却。尽管这种自然冷却的冷却速度慢，但因盘卷小，温度 低，故对整个线材盘卷组织和性能影响不大。随着线材轧机的发展，线材的终轧速度和终轧温度都不断提高，盘重也 不断增加。尤其时现代化的连续轧机，其终轧速度在 100m

14、/s 以上，终轧温度 高于1000C,盘重也由原来的几十公斤增至几百公斤甚至达 231。这种情况 下，采用一般的堆积和自然冷却的方法不仅使线材的冷却时间加长，厂房设 备增大，而且会加剧盘卷内外温差，导致冷却极不均匀，并将造成以下不良 后果：1. 金相组织不理想。晶粒粗大而不均匀，由于大量的先共析组织出现， 亚共析钢中的自由铁素体和过共析钢中的网状碳化物增多，再加上终轧温度 高，冷却速度慢，使得晶粒十分粗大，这就导致了线材在以后的使用过程中 和再加工过程中力学性能降低。2. 性能不均匀。盘卷的冷却不均匀使得线材断面和全长上的性能波动 较大，有的抗拉强度波动达240MPa，断面收缩率波动达12%。

15、3. 氧化铁皮过厚，且多为难以去处的 Fe O 和 Fe O 。这是因为在自然3 4 2 3 冷却条件下，盘卷越重盘卷厚度越大，冷却速度越慢，线材在高温下长时间 停留而导致严重氧化。自然冷却的盘条氧化损失高达 2%3%，降低了金属收 得率。此外，严重的氧化铁皮造成线材表面极不光滑，给后道拉拔工序带来 很大困难。4. 引起二次脱碳。由于线材成卷堆冷，冷却缓慢，对于含碳量较高的线材来说，容易引起二次脱碳。上述不良影响随着终轧温度的提高和盘重的增加而越加显著。若适当地 控制线材冷却速度并使之冷却均匀，则能有效地消除这些影响。因此，对于 连续式线材轧机，尤其是高速线材轧机，为了克服上述缺陷，提高产品质

16、量， 实现轧制后的控制冷却是必不可少的。既然自然冷却中出现的线材质量问题主要是由于冷却速度太慢所致，所 以工艺上对线材控制冷却提出的基本要求是能够严格控制轧件的冷却速度， 使其既能保证产品质量符合要求，又能尽量地减少氧化损耗。当然，在具体 进行控制冷却设计和制定冷却工艺时，还应根据个生产厂的具体情况，从简 化工艺、减少附加设备、降低生产成本、提高经济效益以及改善后部工序的 劳动条件等几方面来加以综合考虑。随着高速线材轧机的发展，控制冷却技术得到不断地改进和完善，并且 在实际应用中越来越显示出它的优越性。五、控制冷却的几种方法（一）线材控制冷却的三个阶段1、奥氏体急速过冷阶段（一次冷却）一次冷却

17、是通过轧后穿水冷却来实现，它是指从终轧开始到变形奥氏体 想铁素体或渗碳体开始转变的温度 （吐丝温度）范围内控制其开始冷却速度 冷却速度和控冷（快冷）终止温度。在这段温度中采用快冷的目的是控制变形奥氏体的组织状态，组织晶粒 长大或碳化物过早析出形成网状碳化物，固定由于变形引起的位错。另外还 可减少二次氧化铁皮生成量。相变前的组织状态直接影响相变机制、相变产 物的形态、粗细大小和刚才性能。经验表明，一次冷却的开始快冷温度越接 近终轧温度，细化变形奥氏体的效果越好。2、“等温”处理阶段（二次冷却）热轧钢材进行一次快冷后，立即进入冷却的第二阶段，即所谓的二次冷 却（散卷冷却）。所谓散卷冷却就是将成卷的

18、线材布成散卷状态，控制钢材 相变时的冷却速度和冷却速度以及体制控冷的温度，以保证获得要求的相变 组织和性能。3、迅速冷却阶段（三次冷却） 当相变结束后，除有时考虑到固溶元素的析出采用慢冷外，一般采用空冷到 室温，目的是为了减少氧化铁皮的损失。根据冷却方式不同，又分为多种。目前比较完备的有斯太尔摩法、施罗 曼法、DP法、热水浴法（ED法）、淬火一回火法、流态冷床法等。（二）斯太尔摩冷却法 斯太尔摩控制冷却法是由加拿大斯太尔柯钢铁公司和美国摩根设计公 司于 1964 年联合提出的。目前已成为引用最普遍、 发展最成熟、使用最为稳 妥可靠的一种控制冷却方法。这种方法的工艺布置特点时使热轧后的线材经 两

19、种不同的冷却介质进行两次冷却（即一次水冷，二次风冷）。重点是在风 冷段实现对冷却速度的控制。斯太尔摩冷却法的冷速可以调节。在水冷段可以通过调节水量和水压的 大小来控制冷度，在风冷段靠改变运输机速度（即改变线圈的重叠密度）和 改变风机风量来控制冷却速度。1、斯太尔摩控制冷却法的形式 包括标准型冷却、缓慢型冷却和延迟型冷却（1）标准型斯太尔摩冷却法 这种控制冷却的工艺布置时线材从精轧机出来后首先进入冷水导管通水快速冷却。根据不同的钢种和用途将线材冷到接近相变开始温度（750C900C ）冷却后的线材经吐丝机成圈散布在链式运输机上，盘卷在运输机运 输过程中由不知在运输机下方的吹风机进行冷却。标准型斯

20、太尔摩冷却的运输速度时 0.251.3m/s ，冷却速度为 410C/s。（2）缓慢型斯太尔摩冷却法 缓慢型与标准型的不同之处是在运输机的前部加了可移动的带有加热烧嘴的保温炉罩。有些厂还将运输机的输送链改成输送辊，运输机的速度也 可设定得更低些。由于采用了烧嘴加热保温和慢速运输，所以可使盘卷在这 阶段以很缓慢的冷却速度冷却，故称之为缓慢斯太尔摩冷却法。缓慢型斯太尔摩冷却的运输速度魏0.051.3m/s ,冷却速度为0.2510 C /s。（3）延迟型斯太尔摩冷却法 此种冷却法是在标准型的基础上，结合缓慢型冷却的工艺特点加以改进而成。他是在运输机的两侧装上隔热的保温层（侧墙），并在两侧保温墙的

21、上方装有可灵活开闭的保温罩盖。当保温罩打开时，可进行标准冷却，若关 闭保温罩盖，降低运输机速度，又能达到缓慢型冷却效果。他比缓慢型冷却 法简单而经济。由于它在设备构造上不同于缓慢型，但又能减慢冷却速度， 故称其为延迟型冷却。延迟型斯太尔摩冷却的运输速度为 0.051.3m/s ，冷 却速度为l10C/s。标准型斯太尔摩冷却法适用于高碳钢线材。缓慢型斯太尔摩冷却适用于 低碳及低合金钢线材。由于缓慢型冷却需要附加燃烧加热设备，投资大，能 耗高，所以没有得到发展而被延迟型冷却所代替。延迟型控制冷却法适应性 广，工艺灵活，所以近几十年来所建的斯太尔摩冷却线大多采用延迟型。2、斯太尔摩控制冷却法的效果

22、斯太尔摩控制冷却法可适用于多有大规模生产的钢种，可得到控制金属组织，提高综合性能、减少氧化铁皮的综合效果。经过斯太尔摩控制冷却法处理的线材，其氧化铁皮的生成量可控制到 0.2%，比常规集卷冷却法少 1%左右。由于氧化铁皮生成量少，且 FeO 的比重 大，便于酸洗，故酸洗时间较常规冷却法可省 40%左右。就金属组织来说，斯太尔摩控制冷却法减少了金属组织中片状珠光体的 含量。按常规冷却法所得到的片状珠光体含量为 20%30% ，而按斯太尔摩控 制冷却法所得到的片状珠光体含量仅为 10%20% 。斯太尔摩控制冷却法尚可控制铁素体的平均粒度，因此机械性能波动很小强度波动很小，强度波动值一般不超过土 2

23、0Pa，断面收缩率波动一般也不 大于土 2%，这就提高了线材经受冷加工的能力，而接近了铅浴的效果。3、斯太尔摩冷却法的特点1) 冷却速度可以人为控制，这就容易保证线材的质量。2) 与各种控制冷却方法相比，斯太尔摩法较为稳妥可靠。三种类型可 适用于很大生产范围，基本上能满足当前现代化线材生产的需要。3) 设备不需要较深的地基。4) 投资费用高，占地面积大。5) 运输机上线材冷却靠风冷实现，因此线材质量受车间环境温度和湿 度的影响较大。6) 由于主要依靠风冷降温，线材二次氧化较为严重。(二)施罗曼冷却法 施罗曼控制冷却法是在斯太尔摩冷却法基础上发展起来的。与斯太尔摩 冷却法相比，施罗曼法做了两项较

24、大的变动：1) 改进了水冷装置，强化了水冷能力，使轧件一次水冷就尽量接近于 理想的转变温度，从而达到简化二次冷却段的控制和降低生产费用的目的。2） 采用水平锥螺管式成圈器，成圈后的线圈可立着进行水平移动，依 靠自然空气冷却，实盘卷冷却更为均匀且易于散热。这两项变动的结果取消 了成圈后的强制风冷而任其自然冷却，这样就使得二次冷却过程基本上不受 车间气温和湿度的影响，并可防止在相变过程中线圈相互搭接而造成相变条 件不一致。这是施罗曼法的主要优点。从工艺上说，施罗曼法和斯太尔摩法的主要区别在于斯太尔摩法侧重二 次冷却，其对冷却速度的控制手段主要放在风冷区。而施罗曼法强调一次水 冷，线材温度控制主要依

25、靠水冷来保证。由于施罗曼法成圈后的二次冷却是 自然冷却，冷却能力弱，对线材相变过程中的冷却速度没有控制能力，所以 用施罗曼法冷却的线材在质量上不如斯太尔摩法易于保证。（三）其他控制冷却法 除了上述两种典型的控制冷却法之外，很多国家的线材生产厂根据自己 的实际情况和设备提点，发展和研制了许多其它类型的控制冷却方法。其中 包括间歇水冷法、ED法和EDC法、迪马克一八幡竖井法以及流态床法等。这 些方法的共同目的都是为了以最简单的经济手段得到最佳的质量效果。1、间歇水冷法间歇水冷法就是将水冷区分成若干段，每两段之间留有一定的距离不水 冷（称为恢复段），使线材在通过水冷区时，间断地被水冷却。这种设计的

26、目的是为了防止线材表面和芯部温差过大而造成组织不均匀，同时也是为了 避免一次冷却过激而形成马氏体。简介水冷法设备虽然简单，但冷却速度难以控制，因此线材质量亦得不到保 证。2、ED法和EDC法ED法时英文Easy Drawing的缩写，意思是“客易拉拔，所以中文称 为“易拉拔法”，又称热水浴法。此种方法的工艺布置是将终轧后的线材先经一段水冷，其温度可控制在 850C左右。水冷后的线材进入吐丝机吐丝，并使吐出的线圈直接落进90C以上的热水槽中，利用水受热后可在线材表面形成稳定蒸汽膜的特点来一直 冷却速度。有些资料表明，利用稳定蒸汽膜，有的在水中加入诸如肥皂之类 的有机脂。EDC法是针对ED法的操作

27、面积小和不便连续化控制的缺点，在 ED法基 础上发展起来的一种冷却方法。它与ED法的不同之处使用吐丝机将线圈散布 于浸于水中的运输机上。运输机根据需要可调整速度和调整运输机在水中的 浸入长度，以控制线材冷却时间。ED法和EDC法的优点是占地面积小，工程 投资少，操作较灵活。但用ED法和EDC法冷却的线材，奥氏体分解温度较高， 因而强度较低，耐磨性差。3、迪马克八幡竖井法此法师德国迪马克公司和日本八幡共同研制的一种塔式 （竖井）冷却法， 又称DP法。其主要工艺布置是将扎后的线材用水冷到600C左右吐丝。吐丝 后的线圈依次放在垂直链式运输机的托钩上 （运输机垂直置于一柱形筒内） , 按一定速度下降

28、（此速度可调）。同时从垂直塔壁上的风孔吹入压缩空气进 行冷却。对有些需快速冷却的钢种亦可喷水急冷。竖井法一般只能用于轧速 为45 m/s以下的线材轧机，不适合高速线材轧机使用。4、流态床冷却法六太创冷却法又称 KP 法，是日本神户钢铁公司研制的一种线材冷却方 法。线材从成品轧机中出来后，首先进入冷水管急冷（一般冷到 650750C） 然后经吐丝机落入流态床中由链式运输机移送到集卷筒内集卷。和其他控制冷却法一样，流态床法的冷却过程也是分两段进行。第一段 是水冷管急冷，第二段冷却在流态床中控制进行。流态床的基本原理是依靠一定速度的气流使固体颗粒流态化，形成一层 类似液体沸腾的固体颗粒层。固体颗粒用

29、一定直径的细小锆沙，刚玉或石英 砂等，装入隔热容器中。然后从容器底部可透气的绝热板气孔中通过适当速 度的气流，这时固体颗粒即被气流翻起而全部处于悬浮的运动状态，形成一 个固体颗粒悬浮运动空间，如同液体沸腾。再从底部通入煤气和空气混合气， 依靠煤气在流态层中的燃烧使流态层具有一定的温度。这样就可根据不同材 质和性能的要求，对线材进行加热、保温和冷却等处理。值得指出的时，由于流态床法可以调节冷却介质（即固体颗粒流态层） 温度来对冷却速度加以控制，所以用此法处理的线材质量比其他方法都好， 甚至超过铅浴淬火的水平。但这种方法使用的设备复杂，车间噪声大，污染 严重，而且线材表面二次氧化也较严重。表 1

30、各种冷却方法工艺特点比较序号冷却方法工艺特点优点缺点1斯太尔摩法水平式，散卷冷却，一次水冷，二次风冷，冷速可控制产品强度高，性能波动小，易于控制，氧化铁皮少占地面积大，设备多， 投资费用高，冷却过程 在一定程度上受环境影 响2施罗曼法水冷段长，强制水冷。卧 式吐丝机吐丝后的线圈 可立着行走，散卷后自然 冷却设备较简单，易于操作和维修。冷却过程不受车间环境影响产品性能难以控制3间歇水冷法多段穿水冷却设备简单，投资少产品性能不均匀，且难以控制4热水浴法有ED法和EDC法两种形式，冷却介质为沸水，靠蒸汽膜控制冷却速度设备简单，占地面积小,投资费用低产品强度较低，性能波动大5DP法立式冷却装置，冷却介

31、质 有冷风和水两种可供选 择结构紧凑，占地面积小,投资费用低成产销率不咼，不适应高速线材轧机使用6KP法水平式，散卷冷却，冷却介质为固体颗粒产品强度咼，性能均匀，氧化铁皮少设备复杂，维修困难，粉尘大，噪声咼六、控制冷却工艺参数设计我们知道，线材的控制冷却主要是改变金相组织，进而改变拉拔性能等 为目的的一种热处理工艺，所以控冷工艺参数设计的理论依据是 C 曲线。线材控制冷却需要控制的工艺参数主要是终轧温度、吐丝温度、相变区 冷却速度以及集卷温度。这些参数是决定线材产品最终质量的关键，它们的 改变会使产品性能产生很大的变化。因此，正确设定和控制冷却工艺参数， 是整个线材生产工艺控制中一项极其重要的

32、工作。（一）终轧温度的设定 由于奥氏体晶粒度影响相变过程中的组织转变和转变产物的形貌，因此 通过控制终轧温度来控制奥氏体晶粒便有着一定的意义。1、高低合金高强度钢以及冷镦钢之类线材的终轧温度碳钢 对于强度和韧性要求较严格的高碳钢、低合金高强度钢以及冷镦钢之类 线材，由于它们的使用性能和再加工性能的需要，要求奥氏体晶粒细化（粗 晶粒冲击韧性差）、脱碳层薄，所以它们的终轧温度不能过高，一般控制在 930980 C。2、低碳软钢、碳素焊条钢线材的终扎温度 对强度性能要求不高，主要用于拉拔铁丝、制订等用途的低碳软钢、碳 素焊条钢等，由于含碳量低，奥氏体化温度高，所以终轧温度应相应高一些， 一般可设定在

33、 9801050 C。3、轴承钢线材的终轧温度 对于轴承钢，为了避免网状碳化物形成，在轧机能力许可的情况下，应该使终轧温度尽可能低于900C。如不能达到，则需在轧后快冷至650C左右 保温。4、奥氏体铁素体型不锈钢线材的终轧温度 对某些奥氏体铁素体型不锈钢，为了让碳化物充分溶解，以便在后续冷却中得 到固 溶处 理的 效果 ， 必须 进行高温终 轧。终 轧温度一般 不低于 1050 C。终轧温度的控制可通过增加或减少精轧机机架间水冷量和精轧机前 水箱水量来实现。（二）吐丝温度的设定 它是控制相变开始温度的关键参数，对于常见的各种线材，不可能存在 合乎人们要求的、使产品具有最佳力学性能和冶金性能的

34、唯一吐丝温度。最 佳吐丝温度的选择应结合钢种成分、过冷奥氏体分解温度（“c”曲线的位置） 及产品最终用途等几方面的因素加以综合考虑。采用水冷段不供水的措施， 吐丝温度可高达950C，通过调水冷段的供水阀可获得低于 950C的吐丝温 度，对于不同尺寸的线材为了得到同样的吐丝温度， 阀门调节量就不尽相同， 一般把吐丝温度控制在760C以上。在斯太尔摩控冷工艺中，一班根据钢种和用途的不同将吐丝温度控制在 760900 C。部分钢种选用下列吐丝温度：钢种吐丝温度拉拔用钢（中碳）870C冷镦钢（中碳）780C碳素结构钢线材840C硬线（高碳）785C软线（一般用途低碳钢丝线材）900C建筑用钢筋780C

35、低合金钢830C对于高碳钢，如果含锰量增加，吐丝温度则可进一步降低。 通过改变吐丝温度可以引起强度性能的变化。对低、中碳钢为了提高温 度，应降低吐丝温度，而对高碳钢，则要提高吐丝温度才能获得强度的增加。其他吐丝方法，诸如ED法、施罗曼法、间歇水冷法，KP法等，因没有 风冷段控制，顾可参照斯太尔摩法将吐丝温度设定得再低一点，一般为850C 700C。但对碳钢最低不应低于600C（表面温度不能低于500C），以防止 产生所不希望的马氏体组织。需要说明的是，对有些以强度为主的线材，如建筑用钢筋，为了提高其 抗拉强度，有意将吐丝温度设定得很低（600 C以下），让其表面形成马氏体， 然后在后续冷却中利

36、用芯部余热进行自回火而得到回火马氏体。这样处理使 线材抗拉强度大大提高。（三）相变区的冷却速度控制 相变区冷却速度决定着奥氏体的分解转变温度和时间，也决定着线材的 最终组织形态，所以整个控冷工艺的核心问题就是如何控制相变区冷却速度。对具有散卷风冷运输和这一类型的冷去工艺来说，冷却速度的控制取决 于运输机的速度、风机状态和风量大小以及保温罩盖的开闭。运输机速度是改变线圈在运输机上布放密度的一种工艺控制参数。通过 改变运输机速度来改变线圈布放密度，从而控制线材的冷却速度，这是散卷 冷却运输机的重要功能。一般来说，在轧制速度、吐丝温度以及冷却条件相 同的情况下，运输机的速度越快，线圈布放得越稀，散热

37、速度越快，因而冷 却速度越快。但这种关系并非对全部速度范围都成立，当运输机的速度快到 一定值时，冷却速度达到最大，及时再增大运输机速度，冷却速度也不再增 加。这是因为运输机速度加快增加了线圈间距，使线圈之间的相互热影响不 断减小，甚至消失，此时运输机速度增加，不能提高冷却效果。相反，运输 机速度加快缩短了盘卷的风冷时间，反而会降低冷却效果。运输机速度的确定除了与钢种、规格和性能要求有关之外，还与轧制速 度有关。因为在运输机速度不变的情况下，轧制速度的变化使线圈间距有所 改变，从而引起冷却速度变化，所以要求轧制速度保持相对稳定。资料表明， 当轧制速度的变化值超过 2.5%时，应对运输机速度作出相

38、应比例的调节。斯太尔摩空冷工艺根据轧制速度和轧制规格的变化，以 5mm线材的轧 速魏75m/s作为基准速度，给出了下列运输机速度范围：冷却类型线材规格/mm运输机速度/m min i标准型5.51652.930.4延迟型5.516种 4.513.5另一种5.516.7 根据冷却速度要求和冷却性质，标准型冷却的运输读读随线材规格的增 大而减慢，延迟型冷却的运输速度则随规格的增加而加快。对于可实现多段速度单独控制的辊式运输机，要求各段速度有一微量变 化，以改变线圈之间的接触点。此外，无台阶的多段速度控制运输机的各段 速度设定有个原则，即后段速度必须大于或等于前段速度，否则易造成线圈 相互穿插而乱线

39、。散卷运输机下方一般有多台可分当控制风量的冷却风机，根据冷却的需 要能进行多种状态的组合操作。先介绍如下：(1) 所以风机均开启，并以满风量工作。这种操作的冷却速度最大可达10C/s，主要适用于要求强制风冷段高碳钢种(s C0.60%)；(2) 各风机以75%、50%、25%、0%任意一种风量操作，可以实现410C /s的冷却速度，这种操作适用于中等冷速要求的钢种；(3) 前几台开启、后几台关闭，或前几台关闭、后几台开启，或其 中任意几台风机组合开启、其余关闭。这三种操作分别适用于要求现快冷后 满冷，或现慢冷后快冷，或非均匀冷速的钢种；(4) 所有风机关闭。这种操作的冷却速度可依据运输机速度(

40、或线 圈间距)和罩盖的开闭情况在l6C/s范围内得到控制。它适用于要求冷却 速度较慢的低碳、地合计及合金钢种。保温罩盖只有开、闭两种状态。按缓冷工艺即斯太尔摩的延迟型工艺操 作时，罩盖关闭，进行强制风冷或散卷空冷时，罩盖打开；也可根据钢种特 性和冷素要求，任意关闭其中某一段或某几段罩盖，其余打开。(四) 集卷温度的确定集卷温度主要取决于相变结束温度及其后的冷却过程。为了保证产品性 能，避免集卷后的高温氧化和 FeO 的分解转变以及改善劳动环境，一般要求 集卷温度在250C以下。优势由于受冷却条件的限制，集卷温度可能会高一 些，但不应高于350C。所以，多数情况下要求及卷段鼓风冷却，以降低集 卷

41、温度。（五）头尾不冷段长度的设定为了避免水箱水流对线材头部造成的阻力，每根钢的头尾要有一段不水 冷。头尾不冷段长度的设定主要取决于钢种和规格以及水冷段的长度。一般 对于小规格线材要等到头部全通过三段水冷箱到达夹送辊时才能通水冷却。 在尾部还未出水冷箱时就要从前到后每个水箱逐个断水不冷。对于中等规格 的软线线材，一般是轧件头部到达下一水箱时，前一水箱开始通水，尾部可 全冷。对大规格线材，由于轧制速度慢、直径粗。故可让其头部通过某一水 箱后就对该水箱通水。但大规格硬线，不能对其尾部冷却，否则尾部太硬不 便于通过吐丝机成圈。七、结论1、控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。控 制轧

42、制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性的作用。根据 奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程、Ya转变的两 相区变形），控制轧制可分为三种类型。2、在轧钢生产中（热轧），其生产出来的产品都必须丛热轧后的高温 红热状态冷却到常温状态。这一阶段的冷却过程将对产品的质量有着极其重 要的影响。因此，如何进行线材的轧后冷却，是整个线材生产过程中产品质 量控制的关键环节之一。3、根据冷却方式不同，又分为多种。目前比较完备的有斯太尔摩法、 施罗曼法、 DP 法、热水浴法（ ED 法）、淬火回火法、流态冷床法等。4、线材控制冷却需要控制的工艺参数主要是终轧温度、吐丝温度、相 变区冷却速度以及集卷温度。这些参数是决定线材产品最终质量的关键，它 们的改变会使产品性能产生很大的变化。因此，正确设定和控制冷却工艺参 数，是整个线材生产工艺控制中一项极其重要的工作。参考文献：袁志学，高速线材生产，北京：冶金工业出版社， 2005赵志业，金属塑性变形理论，北京：冶金工业出版社， 1961 刘文，王兴珍，轧钢生产基础知识问答，北京：冶金工业出版社 1994王有铭，型钢生产理论与工艺，北京：冶金工业出版社， 1995 李生智，金属压力加工概论，北京：冶金工业出版社， 1983 宋维锡，金属学，北京：冶金工业出版社， 1979傅德武，轧刚学，北京：冶金工业出版社， 1985