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1、线材产品特性4.0产品特性在当今的线材和钢丝市场，对线材冶金特性和表面质量的精确控制的 要求要求钢厂改善在线冷却工艺。斯太尔摩控制的冷却系统提供了必须的 能力控制线材.其中机架间冷却、水箱冷却和斯太尔摩运输机的组合是必备 的处理设备。便于在较大材料范围内由线材生产厂生产出必要的微观结构。 斯太尔摩运输机具有在较宽范围内的冷却速度上生产出最佳微观结构的低 碳钢直到高碳钢，低合金钢和特殊钢材。表4.1列出通过斯太尔摩运输机处 理的各种线材的牌号和应用。4.1低碳钢低碳钢在线材业界一般量化定义为含炭量最大0.23%的钢。低碳钢又进 一步被细分为包括含碳范围一般在0.15%到0.23%的中低碳钢。低碳
2、钢线材 通常进行面积变化量超过97%拉拔或面积变化量超过85%冷锻处理。为达到 这种极度变形，低碳钢必须抵抗变形特性，高延展性和低加工硬化指数。 影响这些拉拔特性的因素是化学成分，铁的结品粒度大小和应变时效。低碳钢化学成分可随生产钢的方法不同而变化。沸腾钢含碳、硅、铝 和氮较低，能生产出可用于冷处理的最佳效果的钢。一般地，与连续型材 (continuously strand cast steel)铸钢相比沸腾钢表现出超级冷处理 特性，如图4.1所示。高氮钢，一般在电炉炼钢情况下产生，容易产生动态 应变时效导致加工硬化指数升高。不含铝的钢一般不用因为铝的氮化物是 铁的品粒粒度更加改善从而增加加工
3、硬度。低碳钢的抗拉强度与铁的晶粒 粒度和碳的超级饱和程度以及碳化物的析出形态有关。稳定的碳化铁是碳 析出的最佳形态，它应当存在于低碳钢中以产生好的拉拔性能。如果碳在 铁晶粒的间隙中存在，或在断层中析出或是均匀分布的碳化物，则在拉拔 中会增加硬化速度。后变形冷却的程度是控制碳形态的主要参数。慢的冷 却速度允许有充足的时间形成碳化铁，而对低用于拉拔钢丝的碳钢来说， 碳化铁是已显示是碳析出的最好形式。对低碳钢，目的通常是产生最低的抗拉特性和加工硬化速度，因此可 以允许最大限度的冷加工直接拉拔。微观结构上这表现出一个大的铁素体品粒带有最少量的珠光体。图4.2时延迟冷却沸腾钢的微观结构。图4.3a,b,
4、c是在增加谈含量时低碳钢微观结构的变化。AISI钢产品手册列出了对低碳钢铸件的化学成分的范围和加热温度。 这些范围也规定在各种其他标准如JIS,DIN, BS, NF欧洲标准。然而，这 些范围通常限制较宽松。而大多数工厂会按更小的公差操作。对于延伸率 大于96%的低碳钢，表4.2列出了化学成的范围对低碳钢在此范围内可在斯 太尔摩运输机上获得好的效果。4.2中高碳钢在钢丝业，中高碳钢一般被叫做中高碳钢钢丝，这些钢包括碳含量大 于0.23%到包括0.44%的钢种。中高碳钢钢丝的最终典型用途使用在冷成型 加工上。例如冲压和锻造等。镦锻的程度可通过严格的事先热处理和随后 的微观结构变化来控制。退火的线
5、材一般用于普通的镦锻，如六角头螺栓。 对严格的冷变形操作，线材受到一个球状退火热处理。在斯摩运输机上慢 慢冷却程序可以产生出有充分延展性的普通镦锻产品的微观结构。根据的 镦锻量的程度，可能会需一些中间退火程序。在很多情况下，钢丝制造厂 将要求线材生产厂对某个特定钢种和产品符合某些镦锻量的要求。这意味 着工厂必须对预定钢种其前端和尾端进行镦锻测试。镦锻轧制线材镦锻量 达到40-60%。中碳钢的微观结构见图4.3d,e中碳钢的形态包括一个铁和珠光结构。 低温轧制对冷成型钢种的最终线材特性有重大影响。见图4.7部份关于控温 轧制。4.3高碳钢高碳钢每一般轧线业界定义为含碳量大于0.44%的钢种。在斯
6、太尔摩控 制的冷却型运输机上处理的高碳钢随后被冷拔（硬拔丝）或用于诸如钢丝 绳，轮胎帘布，预应力混凝土钢筋，基床弹簧等。处理高碳钢的主要目的是获得精细的不会溶解的珠光结构。减少了铅 浴的必要。精细珠光体的强度大于粗珠光体。因为位错对薄片型结构的碳 化铁和铁的通过有更大的难度。在冷却经过相变冷却的鼻部后，可获得高的强度。在斯太尔摩运输机 上处理高碳钢，冷却不足也不会产生贝氏体或者马氏体。除非出现大量的 剩余元素。而过度冷却在水冷时候会发生。如果在斯太尔摩运输机出现过 于低速的冷却。微观届国会含有大量粗大珠光体。随着他的增加，最终产 品强度降低。对过共晶钢，低速冷却会导致过先共晶碳化铁在奥氏体品粒
7、 边界析出。铁素体的增加会降低高碳钢线材的抗拉强度，对过共晶钢，先 共晶，先共晶碳化铁会在奥氏体品粒边界析出。碳化铁是一种硬而且脆的 相态。他的出现会导致钢丝拉拔时断裂。在高碳钢中，微观结构含有精细不溶的珠光体和最小量的先共晶铁素 体的线材是可以直接拉拔的。在线材含碳量0.45-0.85%时，微观结构将基 本上由细的珠光和少量的经历边界铁组成。存在与微观结构中细的珠光体体数量一般等于或超过通常空气浴下同 规格线材中的数量。在规格大于6.5毫米时，微观结构将包含稍微少的细珠 光和稍微多的可溶珠光体。对在斯太尔摩运输机上处理的各种规产品可溶 珠光体的数量在5-20%之间。图4.4和4.6是典型的微
8、观结构图。图4.7示出 了随碳含量变化，高碳钢微观结构发生的变化。这些微观结构在斯太尔摩 运输机的最快速冷却速率时可以产生。参与和金元素对高碳钢的可硬性有重大影响。对某些钢种，合金对生 产出高抗拉强度是必需的。而连铸方坯会产生偏析，这是在拔丝中产生杯 裂和锥裂的主要原因。因此在炼钢加合金时，尽量减少偏析效应。4.4低合金钢一般的低合金钢线材用于制造零件如紧固件，弹簧，工具和焊条。低合 金钢典型的后续加工工艺包括球化退火和酸洗，淬火冷成型等。如处理螺 栓一样。一般的，这些钢在斯太尔摩运输机上进行处理获得尽可能的最软 的机械特性。既不使用风扇和所有罩盖关闭。在斯太尔摩运输机处理的低 合金钢微观结构
9、类似于普通碳素钢，包括铁素体和珠光题。图4.8和4.9给 出了弹簧和焊条钢的微观结构特性。图4.3f给出了一个AISI8620低合金钢 的微观结构。某些低合金钢的机械冶金和后续热处理特性可以通过低温轧制得到提高。参见4.7部分控制温度轧制。控制温度轧制和冷却由于客户要求而日益增长。在钢界是个非常感兴 趣的话题。他在钢的很多领域实行：热轧带钢，轧板，棒材和线材轧制， 轻重型材轧制。在钢板和棒材和线材产品中已经作了很多有关控制冷却的 工作。基本的控制冷却是一种用于提高产品的特性的机械和冶金工艺。性 能改善是通过控制钢的化学成分和热机械处理工艺参数来是产品获得细的 品粒结构。这两个因素一起决定了材料
10、的最终显微结构和特性。化学成分 决定临界温度和再结品速率，热机械参数通过温度和形变控制再结品和恢 复的动力学行为。为选择产品的最佳操作条件，对涉及的工艺和参数有彻 底的了解是很必要的。在经常遇到的化学成分固定的情况下，如果在客户指定的钢种下其特 性以及产品的性能只能通过热机械工艺来控制，则对长的钢材产品，如棒 材，带材和小型材，有几个重要的参数必须在热机械工艺中注意：-设备能力（分开力和转矩极限）-设备位置（机架间距）-辅助冷却（水箱位置和布置）-轧制速度-终轧温度-轧后冷却设计和开发轧机和具体的轧制操作要求具有对轧材和形变以及热工方 面的知识与了解。从材料的角度看，时间-温度-形变特征是形成
11、所有显微结构的决定性 因素。从工艺角度，通过变形和温度的恢复是最终获得所需显微结构和特 性的关键。现代高质量的轧机通常在低的终轧速度下轧制低到中碳钢和低 合金钢。对此一般的叫法是控制轧制。这样做是促进品粒细化，并改善轧 后的特性，改善对随后热处理的响应和板材/线材的表面质量。对随后需进行冷成型操作的钢，材料必须进行球化退火已产生充分软 的有延展性的微观结构用于冷成型。这样的随后热处理是非常消耗时间的 工艺。因为球化是一个控制扩散的工艺并对珠光体结构增大增加困难。低温轧制可以大大减少在加热炉里的时间。这是由于细的片状碳化物转化成 球状碳化物所需时间减少所致。基于实验室研究，典型的低的轧制温度即
12、使球化退火时间最小，在650-750摄氏度范围内。低温轧制有利的钢种是： 用于制造焊接链的合金钢：(AISI4615，4620，4320，8620，6822),用于冷 锻和锻造的碳素钢和低合金钢是(AISI1023-1044,4130,4134,4140,5140)， 合金弹簧钢(AISI6150,9254)。对弹簧钢的热化学处理，最佳的轧制安排是 在温度上面50-100摄氏度之间完成变形。这个临界温度取决于合金量和碳 含量。对弹簧钢，低轧制温度取决于化学成分，一般的在800-850摄氏度之 间。如果终轧温度降到再结品温度以下，其特性会变为各向异性。对大多 数冷成型钢种，也可通过低温轧制降低抗拉强度。而且也会实现对合金焊 条钢的改善。低抗拉强度是由于与更细的奥氏体品粒结构的破裂而导致铁 素体数量增加引起的。
