高速线材控冷工艺研究与应用

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1、鼋钢拔禾 Cl S C T E CHN OL OGY bl 5l No 4 De c 2 8 高速线材控冷工艺研究与应用 卿俊峰 余万华 ! 王绍斌 刘勇 ( 1 重钢股份公司高线厂；2 北京科技大学 ) 摘 要 介绍了重钢高速线材轧钢厂对控冷丁 岂的研究，采刚 “ 博士后数据模型”模拟优碳盘条性能 与金相组织 ，优化控冷工艺所取得的效果。 关键词高速线材轧机控冷_T艺 “ 博士后离线数据模型” 优碳盘条力学性能与金相组织 Co n t r o l l e d c o o l i n g t e c h n o l o g y r e s e a r c h a n d a p p l ic

2、a t i o n i n Hij h - s p e e d W i r e Ro d Qi n g J u n f e n g ，Y u Wa n h u a !，Wa n g S h a o b i n ，L i u Yo n g ( 1 、C h o n g q i n g I r o n &S t e e l ；2 、U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ) Ab s t r a c t I n t r o d u c e d c o n t r o l l e d c o o l i n g

3、t e c h n o l o r e s e a r c h i n Hi g h - s p e e , 1 wi r e Ro d ” T i l e p o s t - d o c t o r a t e n u mb e r a c c o r d i n g t o t h e mo d e l ” t o l l S e S i mu l a t i n g t h e s u p e r i o r c a r 1 ) o i l wi r e r o d p e r f o r ma n c e a n d t h e n fi c r o s t n l c t u r e

4、 ， t h e n p t i mi z a t i o n c o n t r o l s t h e e f f e c t wh i c h t h e c o l d c r a f t o b t a i n s K e y wor d s h i g h s p e e d w i r e r o d mi l l c o n t r o l l e d c o o l i n g t e c h n o l o g 7 ” T h e p o s t d o c t o r a t e n l l r n b e r a c e o M i n g t o t h e mo d

5、 e l ”S u p e r i o r c a r 1 ) o n wi r e r o d Me c h a n i c s p e r f o r ma n c e a n d mi e r o s t n l c t u r e 1 概 述 1 1高线盘条生产发展趋势 中围的线材生产随中同经济近 2 0年的快速发 展而跳跃发展，产量不断增加。据不完全统计 ，我 国目前有引进和国产高速线材生产线 1 0 0多条，市 场已趋于饱和，尤其低档 ( 普通建筑材 )产品已供 大于求，在宏观经济调控下， 仅仅靠生产低档 ( 普 通建筑材 ) 产品的企业频临亏损的边缘。 为了生存 ， 许多企业迫切

6、需要开发产品附加值高的新产品。 重钢高速线材轧钢厂是取代原复二重轧机的国 产化设备 ， 轧线共有 2 8机架 ， 全线采用平立交替无 扭连续轧制， 保证轧制速度 8 0 m s 的普碳钢生产线。 面对 13 益竞争的市场 ，高线盘条在普碳钢系列上随 着建筑市场的兴衰而兴衰 ，市场竞争因此越来越残 酷。重钢高速线材轧钢厂为了能在市场竞争中站稳 脚跟，在规模、设备能力和设备的先进性处于劣势 的情况下， 高线人积极响应公司 “ 走品种效益之路” 的号召，探索开发附加值更高的产品。 目前重钢高 速线材轧钢厂已开发出 4 5 、5 0 、5 5 、6 0 、6 5 、7 0 、 4 0 7 5 、7 5

7、 C 、7 7 、 8 O 、 6 5 M n 等优碳盘条。产品基本上 满足标准要求， 但许多线材制品厂为了降低生产成 本，取消了再加T前的一些热处理工序，他们要求 盘条不经过热处理而直接拉拔 ，这样就要求盘条本 身拉拔性能好。根据大量的研究资料表明：优碳盘 条的拉拔性能与其组织索氏体化有直接关系 ，组织 索氏体化越高其拉拔 I生能越好 ，拉拔过程越不易断 裂。为了在激烈的市场竞争中求得生存，同时扩大 优碳盘条生产规模 ，为下一步开发更高级别产品打 好基础，必须对优碳盘条生产过程的控冷工艺进行 研究。 1 2控轧、控冷与索氏体简述 单纯的控制轧制或控制冷却以及将二者组合在 一起的技术 目前多称

8、为 T MC P ( 热机械控制处理工 艺) 。狭义的 T MC P主要指厚板的控制轧制 ， 必要时 与控制冷却有机地结合，生产m不同材质的轧制T 艺。 于各轧钢厂的轧钢设备能力 、平面布置及产 品不同，要想经济有效地生产出目标I I- i l l ,J 产品， T M C P的具体内窬也因各钢铁厂具体情况而异。总 高速线材控冷T 研究与应川 之 T MC P技术是可以普遍利用的知识， 为研究人员 、 技术员在考虑各厂特殊情况的同时，提供了具体应 用 的理论基础 。 控制轧制是一项人为地使奥 氏体中尽可能大量 地形成铁索体相变核的品格异质 ，并有效地将铁素 体品粒细化的技术 ，控制轧制技术的要

9、点可具体归 纳如下 ： ( 1 ) 尽可能降低加热温度 ，即将开始轧制前的 奥氏体晶粒微细化。 ( 2 ) 使中问温度区(例如 9 0 ( ) 以上) 的轧制道次 程序最佳化 通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化。 f 3 ) 加大奥 氏体未再结 晶区的累积压下量 ，增 加奥氏体每单位体积的品粒界面积和变形带面积。 控制冷却是对控制轧制后的奥氏体用高于空冷 的速度从 A ， 以上的温度控制冷却至相变温度区域， 进行控制冷却铁素体将使其进一步晶粒细化。控制 冷却引起的 A 降低虽然对铁素体的晶粒细化有一 定作用，但是根据实际经验，对再结晶奥氏体进行 水冷的效果并不很大。在对末再结晶奥氏体进行控 制冷

10、却时，会产生明显的铁素体品粒细化效果。控 制冷却从 A 以上的温度开始 ， 在相变终了温度附近 (5 5 o 5 o o 0( ； ) 结束，然后进行空冷。 索氏体是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合 物，索氏体的片间距比普通片层珠光体的片间距要 小，片间距与过冷度有关系，过冷度越大( 即转变温 度越低) ，片间距越细。珠光体的力学性能与珠光体 的层间距有关 ：层 间距越小 ，相界越多 ，在外力作 用下 ，抗塑性变形能力增强 ，故强度越高，同时塑 性也增大，故索氏体的综合性能较好。 2 重钢高线控轧控冷装备 2 1控轧装备 重钢高线钢坯加热采用步进梁式转炉煤气燃烧 加热炉 ，钢坯加热温度可以根据

11、钢种进行人工控制 ， 没有针对不同化学成分采用系统的微观分析 自动控 制系统。 重钢高速线材轧机是取代原复二重轧机的国产 化设备 ，轧线共有2 8 机架 ，全线采用平立交替无扭 连续轧制 ，保证轧制速度8 0 m s 的普碳钢生产线。因 此无论是轧辊本身还是机械 、电器配备均达不到控 轧所要求的低温、大压下量的条件。因此，无法实 现控轧。 2 2控冷装备 2 2 1水冷控制装备 S LO P S L1 P S L2 P Q 1 a 1 h 1 c喜 2 a 2 l 2 c 3 a 3 h 皿 ：皿 ：皿 皿 皿 I 图 1水冷段冷却示意图 精轧后，重钢高线的水冷段采用三段水箱。具 体的丁艺参数

12、见表 1 。 表 1 重钢高线水冷段的工艺参数 注 ：L An ： 空冷段 ； T E Z n ： 水 冷段 。 在水冷段 ， 有三组水箱组成，在每组水箱，各 有三个阀门分别控制三段喷头，前后喷头的距离有 一定的差异，大致每个阀门控制的三段喷头的距离 为1 4 3 5 m 。 每组水箱的距离不同， 第一组与精轧机的 距离为7 5 2 5 m ， 第一组与第二组的距离为7 6 2 m，第 二组与第三组的距离为4 5 9 m，第j组与吐丝机的距 离为1 1 3 m 。因此，生产过程中， 可根据各钢号性能 要求采用了相应的水冷工艺 。 2 2 2风冷装备 4l 高速线材控冷_丁艺研究与应川 FL l

13、 P F L2 P FL 3P FL 4 P F L5 P 8 _ _ _ - _ _ - - - 0 T T _ T 8 7 8 4 84 84 8 4 8I4 l 0 0 图 2风冷段冷却示意图 在重钢风冷段， 有 7 台风机，第一台风机的问 的产品性能。 距为 8 7 m，最后一台风机的间距为 1 0 0 5 m ， 中间风 为了取得优碳盘条良好的拉拔性能 ，以求在激 机的间距为 8 4 m 。 第一台风机前有3 8 m的空冷段， 烈的市场竞争中求得生存，重钢集团公司将 “ 品种 第 7台风机后有 1 5 m长的空冷段， 每台风机的风量 钢组织索氏体化”列为博士后项目面向社会招标。 大小

14、可以调节。可根据优碳盘条拉拔性能要求，需 公司相关人员经过与各位投标博士交流后，最终选 要在组织相变点前进行加速冷却，防止晶粒在高温 择了与北京科技大学的留英博士一余万华博士合 下急剧胀大，从而形成铁素体组织；同时优碳盘条 作。该项目主要解决品种钢生产过程性能的在线预 在组织相变点以下。 则不需要快速冷却，否则会形 报与控制，提高产品实物质量。整个_T作分两步进 成屈氏体组织和马氏体组织，它们对盘条的拉拔性 行， 第一步就是针对重钢高速线材轧机找 影响盘 能产生较大的破坏性影响，拉拔过程经常断裂。 条性能的因素，从而开发 “ 离线数据模型”模拟指 3 控冷工艺研究 导生产 ，为在线预报系统提供

15、依据 ；第二步_T作就 综上所述 ，重钢高线厂现有装备不具备控轧条 是将离线系统转变为在线系统 ，实现系统在线预报 件， 但有进行控冷的一些装备，通过技术研究和一 与生产控制。 定的硬件投人 。能够实现控冷生产， 从而获得较好 4 2 图3 影响盘条性能主要因素树状图 高速线材控冷_T艺研究与应用 3 1研究步骤及方法 针对近年来开发优碳盘条的经验，并结合 “ 博 士后项目”数据模型的研究 ，我们经过充分讨论， 形成了以下研究步骤及方法： 3 1 1 根据 C C T相变曲线， 运用 “ 博士后项目”的数 据模型模拟优碳盘条生产过程的控冷与组织索氏体 化的关系 ，找出最佳相变温度区域。 3 1 2 产研结合， 打造 “ 博士后项 目” 离线数据模型。 3 1 3 将离线数据模型转化为在线性能预报、 控制系 统。 口o o 8 o o 7 oo 6 oo 5oo 。 。 3 0o 2o o 1o o o 3 1 4分析相变组织索氏体化的多少与拉拔性能的 关系，制订新的工艺制度。 3 1 5跟踪各种工艺条件下优碳盘条组织索氏体化 与用户使用情况。