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1、线材的控轧控冷研究摘要控制轧制和控制冷却技术在线材生产中具有重要作用,合理制定控轧控冷工艺就能改善线材的组织和性能。本文着重叙述了线材生产中控制轧制和控制冷却技术的机理、特点、方式、应用及斯太尔摩冷却工艺。关键词:线材生产；控制轧制；控制冷却；斯太尔摩冷却工艺1控制轧制和控制冷却的机理线材的控轧控冷实质上是通过控制轧制工艺参数和轧后冷却参数来控制钢材的相变点和组织形态以生产出满足人们需要的钢种。1.1控制轧制机理热塑性变形过程中或变形之后的钢组织的再结晶在控制轧制中起决定作用,奥氏体晶粒的细化是控制轧制的
2、基础。热变形从形变的角度考虑是降低变形抗力和提高钢的塑性变形能力。从组织控制的角度考虑是:完成钢的奥氏体组织的控制;在一定的奥氏体组织条件下进行形变,通过对形变条件的控制,实现对变形过程中组织的控制为相变做组织准备;控制相变过程,以获得要求的组织和性能。不同的相变前的奥氏体组织,相变后组织就会不同,性能就不同。奥氏体化条件不同、形变条件的不同,热变形过程中会出现不同的动态回复过程晶、静态回复过程、而不同的回复过程会形成各种热变形条件下钢的组织变化。1.2控制冷却机理高温终轧的线材,轧后处于奥氏体完全再结晶
3、状态,应采用轧后快速冷却。因为如果轧后慢冷,则变形奥氏体晶粒将在冷却过程中长大,相变后得到粗大的铁素体组织。由于冷却缓慢,由奥氏体转变的珠光体粗大,片层间距加厚。这种组织的力学性能较低。对于低温终轧的线材,终轧时奥氏体处于未再结晶温度区域,由于变形影响Ar3温度提高,终轧后奥氏体很快就相变,形成铁素体。这种在高温下形成的铁素体长大速度很快。如果轧后采用慢冷,铁素体就有足够长大时间,到常温时就会形成较粗大的铁素体,从而降低了控制轧制细化晶粒的效果。轧后快冷实质上是控制轧制后细化了的变形奥氏体组织。经过快速冷
4、却,相变组织相应变化,钢中析出物的大小、数量、析出部位发生变化,从而使钢材的强韧性得以提高。对于高碳钢和高碳合金钢轧制后控制冷却的机理则是防止变形后奥氏体晶粒长大,降低以致阻止网状碳化物的析出量和降低级别,减少珠光体球团尺寸,改善珠光体形貌和片层间距,从而改善钢材的性能。2线材控制轧制和控制冷却的方式及特点2.1控制轧制的方式及特点线材为了获得高强度、高韧性的综合性能,可以采用不同的控制轧制工艺来达到。根据热扎过程中变形奥氏体的再结晶状态不同,相变机制不同,将其划分为四个阶段,图1描述了四个阶段的组织变化
5、情况。图1控制控冷的四个阶段第一阶段为再结晶奥氏体(区域轧制(约950℃以上)。在高温轧制后急速进行再结晶,此阶段将因加热而粗化的奥氏体晶粒经反复轧制一再结晶进行细化,再结晶区轧制是通过再结晶进行奥氏体晶粒的细化,此阶段中奥氏体的进一步细化较为困难,它是控制轧制的准备阶段。第二阶段是未再结晶奥氏体区域轧制(约950℃~Ar3之间)。随着轧制温度的下降,奥氏体再结晶被抑制,仍保持加工硬化状态。随着压下量的增加,奥氏体晶粒伸长,同时晶粒内有大量形变带和位错。这是控制轧制最重要的阶段。第三阶段是在(α＋γ)两相
6、区轧制(约Ar3以下)。在此区轧制时,未相变的奥氏体晶粒更加伸长,同时,晶粒内形成了形变带及位错,在这些部位形成新的等轴铁素体晶粒。先析出的铁素体晶粒由于塑性变形,在晶粒内部形成大量的位错,经回复形成亚晶结构。这些亚晶结构使钢的强度提高,韧脆转变温度降低。两相区轧制使相变后的组织更加细小,同时产生了位错强化及亚晶强化,从而进一步提高了钢的强度和韧性。第四阶段为轧后加速冷却。在特定温度区(500℃~600℃)内增加冷却速度,使未相变的晶粒发生相变,变成微细的多边化晶粒。A晶粒更加细密,且内部包含亚晶粒,这种
7、包含亚晶粒的混合组织可使强度增大。采用什么类型的控制轧制工艺,取决于钢的化学成分,对成品钢材组织性能的要求,轧机的设备条件和工艺水平以及对轧机产量的要求等等。特别是轧机后面是否具备钢材控制冷却设备,冷却设备能力的大小都直接影响到控制轧制工艺的选择。2.2控制冷却的方式及特点线材轧后的冷却方式分为自然冷却和控制冷却。线材轧后控制冷却过程分为3个阶段。(1)一次冷却从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Ac范围内的冷却,其目的是控制热变形后的奥氏体状态,阻止奥氏体晶粒长大或碳
8、化物析出,固定由于变形而引起的位错,加大过冷度,降低相变温度,为相变做组织上的准备。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度,细化奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。(2)二次冷却热轧钢材经过一次冷却后,立即进入由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段,在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止冷却温度等参数,就能控制相变过程,从而达到控制相变产物形态、结构的目的。(3)三次冷却相变之后直到室温这一温度区间的冷却。一般钢材相
