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文档简介

1、北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业螺纹钢筋的生产多采20MnSiV轧制HRB40螺纹钢,以及更高级别钢筋。 为了达到需要的使用性能,需要在钢中添加一定数量的微合金元素, 因此造成了 生产成本的增加。控轧控冷工艺就是通过轧制与冷却过程的控制,可减少微合金 元素的使用量,降低生产成本,实现带肋钢筋的晶粒细化和性能强化, 整个过程 既不会对现有过程产生不良影响,又能使钢筋的强度有了一定的提高,钢筋性能 稳定性得以保证。同时还可以解决轧机产量提高后冷床冷却能力不足的问题。同时,由于性能的提高,同样的建筑结构可以少使用钢材,符合低碳时代的需求, 具有广阔的应用前景。本课题基于对螺纹钢控轧控冷工艺的研

2、究,了解控轧控冷生产工艺过程以及 控轧控冷前后螺纹钢组织性能的变化,在保证性能的前提下,减少合金使用量, 优化生产,达到降低生产成本的目的。关键词:控轧,控冷,3AbstractScrew thread steel production as 20MnSiV rolling HRB400 screwsteel, and a higher level ofreinforcement.In order to achieve the useof performanee requirements, the need to add a number of micro alloy eleme nt ins

3、teel, result ing in thein creaseofproduct ioncost. Con trolledrolli ng andcon trolledcooli ngprocess isthrough con trolledrolli ngand cooli ngprocess, and can reduce theuse amountof microalloyingelements, reduce theproductioncost, realizethegrainrefinement and properties of ribbed steelbar reinforce

4、ment,the whole process will notproduceadverse effects onthe existing process, but also can make the steel strength were improved. The reinforced performanee stabilityto ensure the. At the sametime, canalso solve thecooli ng ability of cooli ng table theshortage problem.Atthe same time, due to the in

5、 creased performa nee, buildi ng structure also can use less steel, with low carb on eradema nd, has the broad applicatio n prospect.The research on the screw thread steel of con trolled rolli ng and con trolled cooli ng processbased on con trolled rolli ng and con trolled cooli ng, the cha nge of p

6、roduct ion process andcon trolledrolli ngandcon trolled cooli ng after screw steel orga ni zati on un dersta nding of performanee, under the premise of guaranteeing the performances,reducethe alloy usage,optimizeproduction,achieve the aim of reducingtheproduct ion cost.Keywords: con trolled rolli ng

7、, con trolled cooli ng,目 录摘 要 1Abstract 2引 言 11.2课题研究的目的 11.3本文的主要工作 12控轧控冷工艺原理 22.1控轧原理 22.2控冷原理 22.3控制轧制冷却 32.4我国几种典型的连续式棒材轧机布置图。 43控轧控冷后常见缺陷分析 63.1表面裂纹 63.2表面没有完全淬透 63.3表面组织粗大 63.4穿水装置冷却效果影响因素分析 64本厂控轧控冷工艺实施条件 84.1基本条件 84.2控轧控冷工艺及设备要求 84.3控轧控冷设备的选型要求 9结束语 10北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业1.1选题背景钢筋是重要的建筑用钢材,其

8、应用非常广泛,用量也很大。随着建筑行 业的迅猛发展,对热轧螺纹钢筋的性能要求越来越高。为了达到需要的使用性能, 需要在钢中添加一定数量的微合金元素, 因此造成了生产成本的增加。控轧控冷 工艺就是通过轧制与冷却过程的控制, 实现带肋钢筋的晶粒细化和性能强化, 整 个过程既不会对现有过程产生不良影响, 又能使钢筋的强度有了一定的提高,钢 筋性能稳定性得以保证。同时可减少微合金元素的使用量,降低生产成本。1.2课题研究的目的本课题基于对螺纹钢控轧控冷工艺的研究,了解控轧控冷生产工艺过程以及 控轧控冷前后螺纹钢组织性能的变化,在保证性能的前提下,减少合金使用量, 优化生产,达到降低生产成本的目的。1.

9、3本文的主要工作1.3.1理解控轧控冷工艺原理。1.3.2依据理论优化本厂螺纹钢生产工艺,1.3.3对控轧控冷后螺纹钢进行理论分析。32控轧控冷工艺原理2.1控轧原理所谓控制轧制,是对奥氏体硬化状态的控制,即通过变形在奥氏体中积累大 量的能量,在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体, 为后续的相变过程中实现 晶粒细化做准备。硬化的奥氏体内存在大量的“缺陷”,例如变形带、位错、孪 晶等,它们是相变时铁素体形核的核心。这种“缺陷”多,则铁素体的形核率越 高,得到的铁素体晶粒越细。得到硬化奥氏体的基本手段是“低温大压下”和添 加微合金元素。“低温”是为了抑制奥氏体的再结晶,保持其硬化状态;“大压下”则

10、是为了增加硬化奥氏体所储存的变形能。增加微合金元素,例如Nb,可以提高奥氏体的再结晶温度,使奥氏体在比较高的温度即处于未再结晶区,因而 便于利用常规的轧制(温度)制度实现奥氏体的硬化。为了突破控制轧制的限制,同时也是为了进一步强化钢材的性能,在控制轧 制的基础上,又开发了控制冷却技术。控制冷却的核心思想,是对硬化奥氏体的 相变过程进行控制,以进一步细化铁素体晶粒,以及通过相变强化得到贝氏体等 强化相,进一步改善材料的性能。2.2控冷原理螺纹钢筋具有一定的淬透性,在终轧后其温度仍在Ac3以上,在合适的穿水冷却工艺控制下,避开珠光体型和中温贝氏体相变区域, 在钢筋表面一定厚度 内发生马氏体相变,而

11、心部基体组织在短时的水冷条件下,未能发生马氏体相变, 只能发生扩散性珠光体相变,形成晶粒度细小的等轴的铁素体和珠光体组织。在穿水冷却后,由于心部仍具有较高的温度,使得边缘的马氏体组织自回火获得了 强度较高、综合性能良好的回火索氏体组织,并消除了淬火所引起的组织应力, 改善了材料内部应力分布,这种应力分布有利于提高材料的综合力学性能。因此, 在相同的化学成份和合金元素含量(主要是碳和锰)的前提下,穿水冷却钢筋将 比传统轧制钢筋具有更高的强度。因此生产相同强度级别的螺纹钢筋如采用穿水 冷却工艺,可适当降低锰元素含量。在这里所谓的合适的工艺控制,是指在钢坯加热后的轧制过程中,利用电气 控制系统以及传

12、感器、温度计等,控制的钢坯温度,控制水量大小,控制轧机转 速等。在设定冷却参数时要充分考虑水冷速度对轧后高温钢材组织变化的影响,通过控制轧后金属内部变形能的释放, 达到细化晶粒,减少珠光体的片层间距的目 的,达到稳定和 理想的金相组织结构,保证性能要求。棒材穿水冷却采用“轻穿水、低过冷、细晶化”的冷却方式,在精轧机与 倍尺剪之间增设双线轧后高效穿水冷却系统,冷却水温度控制在4550C,只需对系统适当补水,水耗小,可降低运行成本。2.3控制轧制冷却在精轧机组前或者在精轧机组内部机架间设置冷却水箱或冷却器, 准确控制 轧件在精轧机组内的温度,结合一定的变形量,获得较好的产品机械性能,这一 过程称为

13、“控制轧制”。对整个生产线来说,主要采取以下几项措施2.3.1控制开轧温度,为了在粗、中轧后获得完全的再结晶组织,提高成品 显微组织的均匀性,要求钢坯出加热炉温度不低于 950r。控制粗、中轧工序, 即通过对加热时粗化的初始丫晶粒进行大变形量轧制一再结晶使之得到细化,获得均匀细小晶粒的丫组织。2.3.2控制精轧工序,根据轧制钢种的不同,精轧可采用未再结晶型控制轧 制或两相区控制轧制,统称为低温精轧工艺。采用未再结晶型控制轧制,即在奥 氏体未再结晶区进行轧制,丫晶粒沿轧制方向伸长,在丫晶粒内部产生形变带, 提高a的形核密度,促进a晶粒的细化。口a)钢筋图1(b)在中轧后增加了水箱,降低轧件进精轧

14、机组的温度,可以提高钢筋度控制不灵活,温明显,产品性能的性能,但由于精轧是六机8 沪 r9 1Q图1(c)为(b)的优化布置,在精轧机组内部增加了控轧水箱,进1156/12奉材步控图 迪为典型的优特钢生产线,所有棒材产品均从17# 18#轧机轧出,通过控制终轧温度和一定的变形量,获得较好的机械性能产品。可以在18#轧机后组:7立ffi;成品控冷装置;93朴创心10冷床;11机组间控轧增加定径机组,单线生产高精度高质量棒材产品,而不适合螺纹钢切分生产。图I不同的现代化棒材生产线布遗2.5穿水冷却系统构成穿水冷却系统包括三部分:供水系统、自动化系统和水箱。2.5.1供水系统供水系统一般是独立环流程

15、如图2所示。7里自处理站以外的,成系统,水的循-L控冷却水首先由高压水泵打入轧制线上的水箱中的冷却器内,被降温后,LJ I水水温上升 510C,冷却水进入水沟收集,通过管路控轧件在冷却器中 水流到水处理站的热水池,由泵打入、高速过滤器,然后利用余压上冷却塔,I然后利:涮线,完成一个循环。入冷水池,再由水从冷却塔下来后进泵组IV图2冷却水循环流程图2.5.2自动化系统该系统由检测F I 0;一北京科技大学远人教育学院毕程与成四仪表、执行机构及OPLC组成,匕业作业水箱为例,其控制控轧回复温度(为理如图3所示。轧线检测内容主要s轧料钢种闭环控制系统,以冷却模创设71:是轧件在水箱出入口温度、下游轧

16、机入口)及控冷回复温度11口)、冷却水温度、T3冷却水匸水冷削水m压力、进入水箱的冷却水流量,执行元件主TO冷抑水遛度;TI阀。 A 气疏开闭调I HJ直时订;M,U圖布剋j F冷即廣H丿八 F韭比训曰.量,要是电动调节阀、泄压阀、气动开闭4:縮人H刚1源;丁术衲出门河泊;T网宴漏厦;图3穿水冷却控制原理2.5.3冷却水箱冷却水箱装置由内部冷却器、箱体、横移小车及替换辊道组成。替换辊道是根据生产需要配置的,当不使用穿水时,通过小车横移将冷却器移离轧制线, 使 用辊道将轧件输送至下游轧机或冷床。冷却器安装在水箱内部,由若干段组成, 便于精确控制温度,并且可以实现快速更换。为安全起见,水箱一般采用

17、盖板密 封。对于螺纹钢棒材生产,冷却器可以布置成五线以适用切分工艺要求。目前普遍使用的冷却器有两种型式,即湍流管式和套管式。湍流管冷却器由于其紊流效 果强,冷却效率高,适合大断面棒材。套管冷却器阻力小,适合小断面棒材和线 材的冷却。5北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业3控轧控冷后常见缺陷分析3.1表面裂纹边缘裂纹是一种最常见的质量缺陷,也是穿水冷却工艺控制的重点和难点。通常深达0.150.25 m m。产生表面裂纹的原因有几种可能:钢筋轧后入水温度过高,边缘形成粗大的马氏体组织,产生较高的组织应力,当超过材料 本身强度极限时形成淬火裂纹,这种裂纹容易在带肋拐角部形成;母材本身存 在表面脱碳

18、,脱碳层在淬水时,由于其相变温度与基体存在差异,产生较大应力, 加之脱碳部位强度低,易在淬水时形成表面龟裂;母材本身存在表面缺陷或小 裂纹,淬水时产生应力集中,进一步加深或扩展。3.2表面没有完全淬透没有完全淬透的组织表现为回火索氏体 +网状淬火屈氏体(图8),其实 质是表面组织没有完全发生马氏体转变而发生了珠光体型转变,形成淬火索氏体组织。这种组织将明显降低 材料的强度,应避免出现这种不完全淬火组织。出 现这种缺陷组织的原因主要是在生产过程中穿水速度过快所致。3.3表面组织粗大表面组织晶粒粗大,易出现边缘淬火裂纹,甚至在淬硬层内部形成沿晶裂纹 严重影响钢筋冷弯性能和焊接性能,焊接时易产生裂纹

19、。这种缺陷组织主要原 因是钢筋轧后入水温度过高所致。3.4穿水装置冷却效果影响因素分析3.4.1 流速的影响在穿水装置中,水流速度起到关键的作用。热量传导的速度与温差成正比。两个物体之间的温差越大,热量传导的速度越快,也就是热传导效率越高。轧件 在穿过文氏管过程中,始终处于冷却水的包围。高温的轧件将迅速把热量传递给 冷却水,使水温上升。如果轧件周围的水流速较慢,则水温迅速上升,减少了与 轧件之间的温度差,从而降低传热效率。另一方面,水流速度慢时,轧件表面的 水将迅速汽化,形成汽膜,阻挡轧件与水的接触,大大降低冷却效果。而高速流 动的冷却水不仅能消除汽膜,迅速带走热量,使得轧件始终与低温的冷却水

20、接触, 提高传热效率,同时冷却水高速流动产生强烈的紊流,增加了局部的热交换性能。342水温的影响从上述分析中可以看出,水温越高,冷却水与轧件之间的温差越小,则换热 效率越低。反之,水温越低,换热效率越高。根据冷却水系统热负荷计算,供水 温度提高5C,冷却水用量将需增加30%才能达到相同的冷却效果。3.4.3水压、水量的影响在相同管径中,提高供水压力就意味着提高水流速度, 就能有效提高换热效 率。而水量是维持水压的必要条件。因此,水压、水量和流速是一个同一体的三 个侧面,不能分离。94本厂控轧控冷工艺实施条件4.1基本条件4.1.1 本公司轧钢棒材车间共有21架水平安装轧机,轧制规格及最大线速度

21、:为 12X 3( 14m/s)、为 14X 2 (15m/s)、为 16X 2 (14m/s)、为20 (15m/s)、 为 22 (13m/s)、为 25 (11.5m/s)、为 28 (9m/s)、为 32 (8m/s)。推钢式加热 炉加热能力为冷钢坯加热120吨/小时;4.1.2 开轧温度:950-1000 C左右;终轧温度:900-1000 C左右;4.1.3 21 #成品轧机出口到3#倍尺飞剪前入口空间距离为23.7米;4.1.4 3#倍尺飞剪中心到冷床入口距离为 62米;4.1.5 轧机钢种为低合金钢:HRB400(E)、HRB500(E);4.1.6 轧制规格1236)mm螺纹钢。4.2控轧控冷工艺及设备要求4.2.1 控轧控冷后轧件不得有扭曲的问题;4.2.2 控轧控冷后轧件不能有冷却不均匀引起的波浪弯问题;4.2.3 控轧控冷后钢材满足国标关于 GB1499.2 2007的第1号修改的技术 要求;4.2.4 成品机架中心线与3#剪中心线的距离为2223.7米;4.2.5 满足机时产量120吨的需要,轧制规格及最大线速度为12 X 3(14m/s)、为 14X 2( 15m/s)、为 16X 2( 14m/s)、为 20( 15m/s)、为 22( 13m/s)、 为 25 (11.5m/s

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