钢材轧后控制冷却

1、2021/2/61 钢材轧后控制冷却钢材轧后控制冷却目的目的:改善钢材的组织状态改善钢材的组织状态 提高钢材的性能提高钢材的性能 缩短热轧钢材的冷却时间缩短热轧钢材的冷却时间 提高轧机的生产能力提高轧机的生产能力冷却介质冷却介质:气体、液体气体、液体 （水最常用）（水最常用）2021/2/627.1 CCT曲线及转变产物曲线及转变产物控制冷却的理论基础控制冷却的理论基础:过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线 （ CCT曲线）曲线）图图9-1为共析钢的为共析钢的CCT曲线曲线 1 CC:转变中止线转变中止线 奥氏体分解停止奥氏体分解停止,余下部分到更低温度转变为余下部分到更低温度

2、转变为 马氏体马氏体2021/2/631CC:转变中止线转变中止线VV C PVV C MArVCVV C PMAr2021/2/64图图9-2为转变温度和为转变温度和转变产物与冷却速度转变产物与冷却速度的关系图的关系图2021/2/65图图9-3为亚共析钢的为亚共析钢的CCT曲线曲线1 M2 F+P+B+M3 F+P+B+M4 F+P5 F+P2021/2/66一般轧后控制冷却过程分为三个阶段一般轧后控制冷却过程分为三个阶段 一次冷却一次冷却:终轧温度终轧温度 Ar3（或（或Arcem） 即相变前即相变前 目的目的:控制变形奥氏体的组织状态控制变形奥氏体的组织状态,阻止奥氏体晶粒的长阻止奥氏

3、体晶粒的长 大大,阻止碳化物析出阻止碳化物析出,固定因变形而引起的位错固定因变形而引起的位错, 降低相变温度降低相变温度,为相变做组织上的准备。为相变做组织上的准备。开始快冷温度越接近终轧温度越好开始快冷温度越接近终轧温度越好,使得奥氏体晶粒细化使得奥氏体晶粒细化,有效有效晶界面积晶界面积S。 二次冷却二次冷却:相变开始温度相变开始温度 相变结束温度相变结束温度 目的目的:控制相变过程控制相变过程,获得不同的组织及性能获得不同的组织及性能 1 三次冷却三次冷却:相变后相变后室温室温 目的目的:减少氧化铁皮减少氧化铁皮 22021/2/67以含以含Nb钢为例钢为例:经一次冷却后经一次冷却后,二次

4、冷二次冷却分别采用三种冷却速却分别采用三种冷却速度度,在在600以后采用以后采用空冷空冷(a) F+P 组织组织(b) F+B 组织组织(c) 少量少量F+大量大量B 组织组织 12021/2/687.2 轧后快速冷却工艺参数对钢材强韧性的影响轧后快速冷却工艺参数对钢材强韧性的影响 铁素体晶粒粗细铁素体晶粒粗细 珠光体片层间距大小珠光体片层间距大小 贝氏体量的多少贝氏体量的多少 碳、氮化物的析出量碳、氮化物的析出量 -钢的强韧性钢的强韧性1. 轧后冷却速度的影响轧后冷却速度的影响2. 轧件冷却速度轧件冷却速度=(轧件开冷温度轧件开冷温度-轧件终冷温轧件终冷温度度)3. /冷却时间冷却时间202

5、1/2/692021/2/6102021/2/611中厚钢板中厚钢板 V冷冷过高过高钢板心部与表面温差钢板心部与表面温差 应力应力产生表面裂纹产生表面裂纹冲击韧性冲击韧性板厚板厚H最大最大V冷冷2021/2/6122. 轧后开冷温度的影响轧后开冷温度的影响3. T开开尽量接近尽量接近T终轧终轧4. 原因原因:3. 轧后终冷温度的影响轧后终冷温度的影响4. T终冷终冷-控制冷却中很重要的控制指标控制冷却中很重要的控制指标5. 与设备冷却能力、冷却区长度、轧件移动与设备冷却能力、冷却区长度、轧件移动6. 速度有关速度有关 2021/2/613T终冷终冷过高过高-设备冷却能力不够设备冷却能力不够,组

6、织未充分组织未充分 细化细化,控冷目的未达到控冷目的未达到T终冷终冷过低过低-轧件冷却过度轧件冷却过度,韧性恶化韧性恶化2021/2/6144. Nb、Ti等微合金含量的影响等微合金含量的影响2021/2/615铌含量小于铌含量小于0.04,强度强度急剧提高急剧提高,脆性转化温脆性转化温度急剧下降度急剧下降控冷材比控轧材强度控冷材比控轧材强度更高、韧性更好更高、韧性更好2021/2/6160.05%以上呈饱和倾向以上呈饱和倾向2021/2/6177.3 线材轧后控冷线材轧后控冷一原理一原理珠光体型控冷珠光体型控冷 索氏体索氏体 利于拉拨利于拉拨 理论上理论上:等温转变等温转变,如曲线如曲线a

7、组织为索氏体组织为索氏体 实际生产难以实现实际生产难以实现无控冷无控冷:曲线曲线d 组织为组织为 F+粗大片状粗大片状P控冷控冷:曲线曲线c 组织微细组织微细 S+F(少量少量)+P(少量少量)斯太尔摩法斯太尔摩法 施劳曼法施劳曼法2021/2/618马氏体型控冷马氏体型控冷 中心索氏体中心索氏体,表面回火马氏体表面回火马氏体 轧后淬火回火处理轧后淬火回火处理线材轧后急冷（强烈冷线材轧后急冷（强烈冷却）却）,T表表Ms,使表层使表层产生马氏体产生马氏体M,中心温度中心温度高高,产生索氏体产生索氏体,出冷出冷却段后却段后,中心热量向外传中心热量向外传播播,使表面层马氏体回火。使表面层马氏体回火。

8、2021/2/619二控冷方法二控冷方法控冷工艺三个阶段控冷工艺三个阶段: 奥氏体急冷奥氏体急冷 （过冷奥氏体）（过冷奥氏体） 相变相变 （索氏体或马氏体）（索氏体或马氏体） 快冷快冷 （减少氧化铁皮）（减少氧化铁皮）从各种工艺的布置和设备特点来看从各种工艺的布置和设备特点来看,不外乎两种类型不外乎两种类型:）轧后穿水冷却散卷风冷（空冷）轧后穿水冷却散卷风冷（空冷） 美国美国 斯太尔摩冷却工艺斯太尔摩冷却工艺 英国英国 阿希洛冷却工艺阿希洛冷却工艺 德国德国 施劳曼冷却工艺施劳曼冷却工艺 意大利意大利 达涅利冷却工艺达涅利冷却工艺2021/2/620）轧后穿水冷却其它布圈方式）轧后穿水冷却其它

9、布圈方式 ED法（热水浴法）法（热水浴法） 由日本住友公司发明由日本住友公司发明 线材成圈后落入热水中进行冷却线材成圈后落入热水中进行冷却 EDC法和法和SEDC法是在法是在ED法基础上的改进法基础上的改进 流态床冷却（流态床冷却（KP法）法） 日本神户钢铁公司研制日本神户钢铁公司研制 冷却介质冷却介质:固体粒流态层固体粒流态层 1 迪马克法（淬火回火法）迪马克法（淬火回火法） 德马克八幡竖井法（德马克八幡竖井法（DP法）法） 由西德德马克和日本八幡由西德德马克和日本八幡 共同研制的一种塔式冷却工艺共同研制的一种塔式冷却工艺 2 亚声波冷却法亚声波冷却法 由瑞典莫加德沙马公司开发由瑞典莫加德沙

10、马公司开发 以空气作为冷却介质以空气作为冷却介质,利用亚声波加速冷却利用亚声波加速冷却 间歇多段穿水冷却间歇多段穿水冷却 3 2021/2/62112021/2/62212021/2/6232021/2/624三斯太尔摩法三斯太尔摩法类型类型 此控冷工艺是由加拿大斯太尔柯钢铁公司和美国摩此控冷工艺是由加拿大斯太尔柯钢铁公司和美国摩根设计建筑公司于年联合提出的。该冷却线根设计建筑公司于年联合提出的。该冷却线在世界上投产的已有二百多条。在世界上投产的已有二百多条。线材轧后经两次冷却线材轧后经两次冷却:一次水冷一次水冷,一次风冷一次风冷根据运输机的结构和状态不同冷却线的风冷段分三种根据运输机的结构和

11、状态不同冷却线的风冷段分三种形式形式:2021/2/625 ）标准型）标准型 线材轧后先水冷线材轧后先水冷,根据钢种和用途不同根据钢种和用途不同,线材冷却线材冷却至至750850吐丝成圈吐丝成圈,散卷一圈圈地布放在敞开的散散卷一圈圈地布放在敞开的散卷冷却运输机上卷冷却运输机上,由下方风室鼓风冷却。每个风冷段设由下方风室鼓风冷却。每个风冷段设置一台风机置一台风机,调节风门控制风量。调节风门控制风量。运输机速度为运输机速度为 0.21.4m/s,冷速为冷速为 412/s,最适合最适合高碳钢。高碳钢。2021/2/626 ）缓慢型）缓慢型 在散卷运输机前三段设有可移动的带有加热烧嘴的保温炉罩在散卷运

12、输机前三段设有可移动的带有加热烧嘴的保温炉罩, 盖子可以开关。盖子可以开关。 运输速度运输速度 0.051.4m/s,冷速冷速 0.2510/s,最适合低碳钢、最适合低碳钢、 低合金钢、合金钢低合金钢、合金钢 特点特点 缓慢冷却缓慢冷却:烧嘴加热烧嘴加热 慢速输送慢速输送 线圈堆积线圈堆积 冷却高碳钢时可打开燃烧室的上盖并吹风冷却冷却高碳钢时可打开燃烧室的上盖并吹风冷却 这种设备结构受高温烘烤容易变形这种设备结构受高温烘烤容易变形,结构复杂结构复杂,造价高造价高2021/2/627）延迟型）延迟型 不用烧嘴加热不用烧嘴加热,在运输机两侧装上隔热的保温层侧在运输机两侧装上隔热的保温层侧墙墙,上方

13、有可灵活开闭的保温罩盖。上方有可灵活开闭的保温罩盖。 打开保温罩打开保温罩标准型标准型 关闭保温罩关闭保温罩缓慢型缓慢型 运输速度运输速度 0.051.4m/s,冷速冷速 110/s,适合各类适合各类 钢种钢种此种设备简单、经济、适用性广、工艺灵活此种设备简单、经济、适用性广、工艺灵活,近十几近十几年所建的斯太尔摩冷却线大多选用延迟型。年所建的斯太尔摩冷却线大多选用延迟型。2021/2/628工艺布置工艺布置 精轧机组精轧机组水冷段水冷段吐丝机吐丝机散卷运输机风冷散卷运输机风冷 集卷筒收集集卷筒收集2021/2/629）水冷段）水冷段:T终终10401080 水冷区急冷后水冷区急冷后:7508

14、50 全长全长 3040m,由由23个水箱组成。每两个水箱个水箱组成。每两个水箱 之间用一段之间用一段610m无水冷的导槽隔开无水冷的导槽隔开恢复段。恢复段。2021/2/630 恢复段目的恢复段目的: 使线材表面和芯部温度差趋于一致使线材表面和芯部温度差趋于一致 防止线材表面形成马氏体组织防止线材表面形成马氏体组织 水冷区控制冷却的目的水冷区控制冷却的目的:延迟晶粒长大延迟晶粒长大 限制氧化铁皮形成限制氧化铁皮形成 接近相变温度接近相变温度 ）风冷段（散卷运输机）风冷段（散卷运输机）:全长全长 6090m,设设 35 个风机室个风机室,每个风机室长约每个风机室长约 9m,风量可以调风量可以调

15、 节节,经风冷后线材温度约为经风冷后线材温度约为 350400。 散卷冷却运输机大多采用辊式运输机散卷冷却运输机大多采用辊式运输机,辊道分成若干辊道分成若干 段段,各段单独传动各段单独传动,辊速可变。辊速可变。2021/2/631效果效果冷却速度可以人为控制冷却速度可以人为控制,容易保证线材质量。容易保证线材质量。稳妥可靠稳妥可靠,适应范围大。适应范围大。设备不需要深的地基设备不需要深的地基标准型生产的高碳钢线材标准型生产的高碳钢线材,性能接近于铅浴淬火。性能接近于铅浴淬火。延迟型生产的低碳钢线材延迟型生产的低碳钢线材,可去掉退火工序可去掉退火工序,直接拉直接拉拨。拨。 2021/2/632四

16、施劳曼法四施劳曼法 斯太尔摩法斯太尔摩法:侧重二次风冷侧重二次风冷 施劳曼法施劳曼法: 强调在水冷区控制冷却强调在水冷区控制冷却,在运输机上在运输机上 自然冷却自然冷却 工艺特点工艺特点: 改进了水冷装置改进了水冷装置,强化了水冷能力强化了水冷能力,简化二次冷却简化二次冷却 段的控制段的控制,降低生产费用。降低生产费用。 采用水平锥螺管式成圈器采用水平锥螺管式成圈器,成圈后的线圈可立着进成圈后的线圈可立着进 行水平移动行水平移动,冷却均匀冷却均匀,易于散热。易于散热。2021/2/633主要优点主要优点: 由于是自然冷却由于是自然冷却,使得二次冷却过程基本不受车使得二次冷却过程基本不受车间气温

17、和湿度的影响间气温和湿度的影响,并可防止在相变过程中线圈相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。互搭接而造成相变条件不一致。主要缺点主要缺点: 成圈后的二次冷却是自然冷却成圈后的二次冷却是自然冷却,冷却能力弱冷却能力弱,对对线材相变过程中的冷却速度没有控制能力线材相变过程中的冷却速度没有控制能力,线材质量线材质量不如斯太尔摩法。不如斯太尔摩法。2021/2/634五种型式五种型式:如图如图10-5所示所示 1:垂直线圈和水平线圈进行空气自然冷却。垂直线圈和水平线圈进行空气自然冷却。 适合于各种碳素钢适合于各种碳素钢:线圈仅呈水平状放置。低速空气冷却。线圈仅呈水平状放置。低速空气

18、冷却。:吐丝后面加保温罩吐丝后面加保温罩,罩内可装烧嘴进行加热保温。罩内可装烧嘴进行加热保温。 适合某些需要缓冷的钢种。适合某些需要缓冷的钢种。:在运输机的后部加了冷却罩。适用于要求低温收集的钢种。在运输机的后部加了冷却罩。适用于要求低温收集的钢种。:经过一段空气冷却后经过一段空气冷却后,在一个辊道式连续退火炉内加热并在一个辊道式连续退火炉内加热并 保温保温,然后进入水池急冷。主要用于处理奥氏体（不经水然后进入水池急冷。主要用于处理奥氏体（不经水 冷冷 ）和铁素体（经水冷）不锈钢。）和铁素体（经水冷）不锈钢。2021/2/63512021/2/636控制冷却的理论基础是什么控制冷却的理论基础是什么?请画出共析钢的请画出共析钢的CCT曲线并分析之曲线并分析之用图说明冷却速度对共析钢奥氏体转变温度及转