棒材、线材、型钢的TMCP.doc

棒材、线材、型钢的TMCP 日期：11月12日 作者：admin 钢板以外的产品，如棒钢、线材早在80年前就开始运用TMCP技术了。棒钢、线材是经下道工序的锻造、热处理、拉丝等加工，最终制成结构部件的坯材，与产品本身性能为厚板或薄板不同，它的问题在于下道工序的加工性。但是，部分棒钢是直接热处理后加以使用的，尽管采用TMCP省略热处理和提高性能是个问题，但并不是棒钢产品共同的问题。而且，线材尤其是共析钢的高硬线材，由于要拉丝，需要实施高速珠光体组织的铅溶淬火处理，从广义上来说，采用TMCP来省略这一处理也是一个问题，目前正在通过各种在线热处理解决这个问题。 首先，对棒钢、线材制品中的中、高碳钢热加工后的奥氏体组织变化和相变情况，井上作了综合报告。热加工后的再结晶情况与低碳钢的情况差不多。只是，Nb等微量添加元素的影响有某些不同，若考虑基于溶解度积的固溶量，则是可以解释的。对如果是铁索体、珠光体组织的相变情况，则除珠光体体积百分率多以外，基本上与低碳钢情况相同，通过控制轧制可改进性能。但是，当珠光体体积百分率比铁素体体积百分率还要大的时候，含未再结晶区轧制在内的控制轧制，有时不能细化珠光体晶粒，也有不一定朝着希望的方向发展的时候。如果变成以珠光体为主的组织，则情况就不同了。若是从奥氏体相变的珠光体，与珠光体相的实际大小有关的球粒或晶团变得微细，决定珠光体钢性质的珠光体层的间隔由于相变受到促进，在高温下发生相变而变大，因使用目的不同，会产生种种不适。 棒钢基本上是以原来的形状正火，或部分淬火回火处理后使用。在这种情况下，通过TMCP可改善轧制材的强度和韧性而省略热处理。只是由于棒钢轧机是采用多孔型轧辊轧制机架的连续轧制，不像厚板轧制那样有轧制程序的自由度。并且，由于是相当快的高速轧制，加工带来绝热式发热，轧制温降小，有时会存在温度上升等特有情况。三瓶等人以省略中碳棒钢的热处理(QT)为目的，对0.33C-Nb钢的控制轧制作出报告。特别是关于控制轧制，为保证特定的目标韧性值，需要将精轧温度定在800、这通过低温加热、低速轧制、中间轧制系列后的水冷来实现。泽田等人对0.4C-V、Nb系棒钢的控制轧制也作了报告。奥氏体粒径尽管受加热温度的影响，但精轧温度对它的影响要大得多。他们在中间轧制系列和精轧系列之间配置了冷却水的冷却管，通过此处的冷却来确保900以下的低精轧温度，以得到细粒组织。 作为高强度钢筋用棒钢的制造技术，有比利时的CRM开发的Temocore(表面预先淬火)工艺。欧洲与日本不同，很早就使用高强度钢筋(YS400600 MPa)了，但在日本不怎么受重视。Tempcore工艺是制造高强度和焊接性、延展性好的钢筋的独特技术，该方法是在紧接精轧机列的后面设置水冷装置，对棒钢表面急冷后空冷，仅使表面相变成马氏体，然而通过核心部产生的回热使马氏体自己回火，核心部分相变成铁素体、珠光体组织(图7-15)。在马氏体和铁素体珠光体组织的边界生成贝氏体组织。由于通过这样的直接热处理可降低成分，因此可得到具有高焊接性、且弯曲特性好的高强度棒钢，强度控制通过回火温度(回热的最高温度)的控制可以很容易实现，该设备最初于1975年设置在ARBED。1984年以欧洲为中心，设置在包括澳大利亚、印度在内的26家钢铁公司，据报告年产量达到150万t。引进该方式的BHP的Killmore等对该工艺的特点和运用Nb、V对棒钢特性进行改进作了报告。他们指出通过这些微量添加元素可制造YS600MPa级的高强度钢筋；利用添加微量Ti析出TiN和急冷带来的控制冷却效果，也可细化核心部的铁索体珠光体组织。 型钢作为结构用材，有些用途要求具有与厚板相同的性能，有需要使用TMCP技术的情况。但是，进行型钢轧制时，为确保形状轧制计划的自由度少，且断面内的加工量、温度极其不均匀，需要对此采取措施。米井等对低温用的H型钢的轧制作了报告，相对于工字梁腹，翼缘冷却得慢，尤其是翼缘和梁腹的圆角部的温度变高。他们除了用低温加热外，采用从翼缘中央部的外侧水冷和从工字梁腹下侧对圆角部进行水冷解决温度不均匀性问题。Lessel对在北海使用的低温大型H型钢的制造，提出在中间轧制前从翼缘外侧冷却，使Nb钢在900以下通过施加20的压下，得到所期待的性能。北田等对为降低500MPa级船体结构用不等边不等厚T形钢(NAB)的碳当量而应用控制轧制的事例作了报告。控制轧制在奥氏体未再结晶区实施35以上或在2相区实施10以上的压下。但是，从确保各断面位置处性能的均匀性观点出发，为均等850以下轧制中途的翼缘和工字梁腹的压下条件，需要对轧辊形状作仔细研究。 线材轧机上配置有对高硬线材进行直接热处理的控制冷却设备。高硬线材的拉丝性希望微细均匀的珠光体组织，因此，作为轧制后的离线热处理，在有珠光体相变初起(Nose)的550附近进行恒温相变的铅浴淬火或简易型的空气铅浴淬火。1964年Stelco和MorganConseruction公司开发了轧制后进行直接铅浴淬火的Stelmor工艺(注：当时线材轧机高速变化，由此精轧温度上升，带卷冷却中的氧化铁皮量处于增加的趋势。作为解决措施尝试了各种冷却，这时注意到了可同时进行空气铅浴淬火的可能性，成为开发该工艺的契机)，并在全世界普及。该技术是在轧制后的线材通过水冷装置后，尽量少重叠并呈圆弧状落在输送机上，在移送途中从下方鼓风冷却，在接近相变头部的温度得到微细珠光体。其效果尽管比铅浴淬火差，但与空冷相比，在拉丝性方面有很好的效果。根据井上先生的报告摘要，在恒温相变情况下，奥氏体粒度不影响与拉丝性有关的珠光体、分层间隔，但在发生像Stelmor工艺那样的模拟恒温相变时，如果是细粒奥氏体，由于在晶界处生成的珠光体核变多，相变温度升高，相变受到促进，因而珠光体、分层间隔变大，故在这种情况下，更偏爱粗粒奥氏体，并且在降低c的时候也是粗粒的晶界铁素体变少，拉丝性得到改善。引进Stelmor后，进而继续致力于接近铅浴淬火的工艺的开发，探索线材的运输方法，在日本进一步使用了均匀鼓风的冷却方式，而作为冷却介质，采用了取代鼓风的热水或流动层的方式。在线材轧机上，也在进行不需要冷加工后的热处理的非调质型高强线材的轧制。权藤等对采用低C-1.2/1.8Mn-Nb、V，Ti-(B)钢制造700MPa级高强紧固件和1000MPa级PC钢丝用棒钢的情况作了报告。他们基本上进行的是通过控制轧制引起奥氏体再结晶的细粒化和由Stelmor进行的控制冷却。作为控制轧制，为了在900以下进行60以上的轧制，在第1中间、第2中间轧制系列后分别进行水冷，降低轧制温度，控制冷却后的组织为铁素体珠光体或贝氏体组织。森先生等几位对冷拉丝后冷锻状态下制成800MPa的高强紧固件的非调质钢线材的制造作了报告。用采用线材轧机轧制0.1/0.2C-1.4Mn-(Nb)钢后，用热水浸渍的控制冷却工艺进行冷却，得到偏差少的所期待的铁素体、珠光体钢。 732 不锈钢的TMCP 无相变的奥氏体系或铁索体系不锈钢也可适用广义的TMCP。山本等对在奥氏体系SUS304厚板上，运用TMCP提高强度的实例作了报告。这种钢与正常的拉伸强度相比，屈服点(0.02的屈服强度)低到200-250MPa，作为结构用钢使用是不利的。但是，即便是通过热轧得到细粒奥氏体时，细粒化带来的强度上升在铁素体组织的三分之二时变得太大，其结果需要导人位错进行强化。实际上，在970的再结晶温度以上轧制后，如果在900以下进行一定量的轧制，则可不受轧制温度的影响，从而得到由合计压下量决定的再现性好的强度。例如，在20的压下量下，基准屈服点从250 MPa上升到500MPa。在进行这样的轧制后进行控制冷却时的耐腐蚀性与固溶热处理时的耐腐蚀性相同。山本等对特殊情况下的铁素体系不锈钢厚板(高纯度18Cr2Mo)的粒度调整作了报告。