專(zhuān)利名稱(chēng):在鐵素體區(qū)卷取線棒鋼材的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于線棒鋼材的卷取或成圈工藝,其中在罐籠中卷取低于軋制溫度的軋件或借助吐絲機(jī)以線圈方式將軋件吐放到運(yùn)輸裝置上并在運(yùn)輸裝置終端用芯軸集絲成盤(pán),在此過(guò)程中進(jìn)行冷卻并在卷取過(guò)程或集絲成盤(pán)后繼續(xù)進(jìn)行冷卻。
在人們所熟知的工藝中,軋制后的線棒鋼材在罐籠里(例如加雷特式卷取機(jī))進(jìn)行卷繞或借助吐絲機(jī)以線圈方式被吐放到輸送輥道或輸送鏈上并在輸送裝置終端用芯軸收集成盤(pán)。在這種己知工藝中,卷取過(guò)程是在800℃-1000℃的高溫下進(jìn)行的。
在EP-A-0058324中描述了對(duì)低于軋制溫度的線材進(jìn)行控冷的裝置。此裝置帶有一個(gè)其上設(shè)有許多標(biāo)準(zhǔn)件的機(jī)座,這樣就能使該裝置適用于不同冷卻環(huán)境。在此裝置中實(shí)施冷卻的第一部分設(shè)計(jì)得很短,從而可以在約850℃下吐絲成圈。成圈是由吐絲機(jī)完成的,它成螺旋狀地把線材繞成圈并在冷卻裝置的第二部分中將線圈吐放到后續(xù)運(yùn)輸裝置上。在運(yùn)輸裝置上借助鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)實(shí)施冷卻。
這種眾所周知的工藝的缺點(diǎn)是,為了得到細(xì)晶且可拉伸的材料,在整段線圈上盡可能快且均勻地冷卻軋件,這只有在高成本的情況下才能作到??墒?,因?yàn)樵谶\(yùn)輸裝置邊緣的線圈要比在其中間的線圈密得多,所以為達(dá)到上述目的,只能在諸多限制條件下并在技術(shù)方面投入大量資金(如要使用導(dǎo)向板、不穩(wěn)定裝置等)的情況下才能做到。
當(dāng)例如用AT393806B所述的所謂的“加雷特式”卷取機(jī)卷取線棒鋼材時(shí),線棒鋼材在此卷取機(jī)被直接繞成盤(pán)卷,在整個(gè)軋件長(zhǎng)度內(nèi)取得相同的理想冷卻條件更困難。盤(pán)卷內(nèi)的線圈密度根據(jù)卷取機(jī)結(jié)構(gòu)的不同而或多或少地不一樣且是隨機(jī)的。也就是說(shuō),在盤(pán)卷內(nèi)的各線圈冷卻環(huán)境是沒(méi)有規(guī)律的,因此軋件在整個(gè)軋件長(zhǎng)度上具有不均勻的應(yīng)力分布;軋件易表現(xiàn)出粗晶結(jié)構(gòu)且這種粗晶也不均勻;因此,只有在確保整個(gè)盤(pán)卷發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的情況下,才能中斷強(qiáng)冷,否則將會(huì)出現(xiàn)形成淬火組織的危險(xiǎn)。這就要求漫長(zhǎng)的運(yùn)輸路程和運(yùn)輸時(shí)間。
本發(fā)明的目的是提供一種線棒鋼材的卷繞或成圈工藝,在此工藝中通過(guò)不均勻的冷卻避免了上述缺陷或?qū)⑸鲜鋈毕萁档阶畹统潭取?br>
在線棒鋼材的卷取或成圈工藝中,所提出的目的是通過(guò)權(quán)利要求1指出的措施實(shí)現(xiàn)的。在此工藝中,在罐籠中卷繞低于軋制溫度的線棒鋼材或借助吐絲機(jī)以線圈方式將其吐放到運(yùn)輸裝置上并在運(yùn)輸裝置終端用芯軸集絲成盤(pán),在卷取過(guò)程中要進(jìn)行冷卻并在卷繞過(guò)程或在集絲成盤(pán)后繼續(xù)冷卻。于是,從軋制溫度開(kāi)始的線棒鋼材冷卻在卷繞或成圈之前進(jìn)行,直至進(jìn)入轉(zhuǎn)變區(qū)為止。所述轉(zhuǎn)變區(qū)由與待冷卻鋼種相對(duì)應(yīng)的ZTU圖表的Ar3或Ar1線表示(ZTU圖就是時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變圖表),由此可以確保,在根據(jù)鋼種進(jìn)行冷卻后,軋件緊接在集絲成盤(pán)或卷取之前、之中或之后在其整個(gè)軋件長(zhǎng)度和橫截面內(nèi)均勻地且?guī)缀跏堑葴氐赜蓨W氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體或根據(jù)需要轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。
本發(fā)明的措施是,大部分的冷卻都轉(zhuǎn)移到成圈或卷繞前進(jìn)行,而在卷取過(guò)程中一直進(jìn)行冷卻,直到Ar3或Ar1線的轉(zhuǎn)變區(qū)為止,從而使成圈或卷繞主要在約650℃下進(jìn)行。通過(guò)上述措施實(shí)現(xiàn)了,鐵素體轉(zhuǎn)變或珠光體轉(zhuǎn)變和根據(jù)需要的貝氏體轉(zhuǎn)變確定無(wú)疑地是在成圈或卷繞之前、之中或之后進(jìn)行的。在成圈或卷繞時(shí)強(qiáng)制實(shí)施的繼續(xù)冷卻不會(huì)對(duì)組織產(chǎn)生嚴(yán)重影響,從而使各線圈位置和集絲密度不再重要了。
因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的工藝,轉(zhuǎn)變幾乎是等溫且均勻地在整個(gè)軋件長(zhǎng)度上進(jìn)行的,所以可以生產(chǎn)出具有最佳強(qiáng)度性能、均勻且低應(yīng)力的細(xì)晶組織。
另外,在650℃的低溫下進(jìn)行成圈或卷繞的優(yōu)點(diǎn)是,通過(guò)較低的吐絲溫度或卷繞溫度降低了表面損傷的危險(xiǎn)性。在本發(fā)明工藝中,如果已經(jīng)完成轉(zhuǎn)變,則因成圈溫度或卷繞溫度從800℃-1000℃降到大約650℃,從而使變形阻力略微增大或不增加。這是因?yàn)轶w心立方鐵素體晶粒的變形阻力明顯小于面心立方奧氏體晶粒變形阻力。
按照本發(fā)明,如果轉(zhuǎn)變是在成圈或卷繞過(guò)程之中或之后進(jìn)行的,則在能量級(jí)方面,卷取工作預(yù)計(jì)約加重30%。但是為此而消耗的些許能量可通過(guò)省去后續(xù)的熱處理以及運(yùn)輸裝置而得到更多的補(bǔ)償。
在成圈或卷繞之后立即進(jìn)行轉(zhuǎn)變可被證明是因鋼種不同而必不可少的。為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)變,根據(jù)本發(fā)明,軋件借助蓋板或保溫帽而避免繼續(xù)受到冷卻,從而使轉(zhuǎn)變幾乎等溫地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利設(shè)計(jì)方案,至轉(zhuǎn)變區(qū)為止的冷卻將在一個(gè)可調(diào)節(jié)的冷卻段內(nèi)、特別是在水冷段內(nèi)受到調(diào)節(jié)和控制,從而使軋件表面不會(huì)過(guò)冷而落到馬氏體形成(MS線)區(qū)域內(nèi),從而避免在軋件表面上出現(xiàn)不希望有的淬火缺陷。
在轉(zhuǎn)變成所希望的鐵素體或珠光體或貝氏體后并在集絲成盤(pán)或卷繞過(guò)程后,按照本發(fā)明,軋件一直接受強(qiáng)冷而直到打包溫度為止并隨后送往打包站。上述情況是可行的,這是因?yàn)?,由于完成了進(jìn)入所希望相區(qū)的轉(zhuǎn)變,所以通過(guò)強(qiáng)冷而無(wú)需擔(dān)心不希望有的組織變化和不均勻的應(yīng)力分布。
至此,常用的運(yùn)輸和傳送裝置如盤(pán)卷運(yùn)輸帶、鉤式軌道等用于精心冷卻的裝置都可因此省去。
以下用兩個(gè)實(shí)施例以及在附圖中對(duì)本發(fā)明工藝的優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步描述。其中
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例所用的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(ZTU)圖表(連續(xù)圖表);圖2是本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(ZTU)圖表(等溫轉(zhuǎn)變);圖3是帶有加雷特式卷取機(jī)的軋制設(shè)備的局部示意圖;圖4是帶有吐絲機(jī)的軋制設(shè)備的局部示意圖;圖5是合金工具鋼的Kf-溫度-圖表(材料100Cr6,中等變形速率φm=0.1/s,曲線簇φ=0.1-0.7);圖6是非合金結(jié)構(gòu)鋼的Kf-溫度-圖表(材料C15,中等變形速率φm=0.1/s,曲線簇φ=0.1-0.7)。
例1加雷特式卷取機(jī)a)按照現(xiàn)有技術(shù),用加雷特式卷取機(jī)在850℃下進(jìn)行卷取,材料為Ck45(化學(xué)成分以重量百分比表示Ca=0.44,Si=0.22,Mn=0.66,P=0.22,S=0.029,Cr=0.15,V=0.02)對(duì)直到Ar3或Ar1曲線為止的、三個(gè)不同的線圈的冷卻過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的Ck45號(hào)鋼的時(shí)間-溫度-連續(xù)轉(zhuǎn)變圖表,測(cè)定方法對(duì)直徑為4.5mm、長(zhǎng)度為15mm的試樣進(jìn)行膨脹和金相學(xué)試驗(yàn);對(duì)直徑為4mm、0.5或0.1mm厚的薄片進(jìn)行熱分析(空氣急冷)。三個(gè)試驗(yàn)用線圈a1、a2、a3的冷卻過(guò)程分別用虛線表示。其所示為a1第一線圈(與冷的卷繞底座接觸)在90秒冷卻時(shí)間內(nèi)(由850℃降到630℃)所達(dá)到的強(qiáng)度為825N/mm2。
a2在1/2盤(pán)卷高度處的外線圈在200秒冷卻時(shí)間內(nèi)(由850℃降到630℃)所達(dá)到的強(qiáng)度為765N/mm2。
a3在1/2盤(pán)卷高度處的內(nèi)線圈在20分鐘冷卻時(shí)間內(nèi)(由850℃降到630℃)所達(dá)到的強(qiáng)度為695N/mm2。
可以得出以下結(jié)論,預(yù)計(jì)在軋件全長(zhǎng)上的強(qiáng)度波動(dòng)在上述數(shù)量級(jí)內(nèi)。
b)在根據(jù)本發(fā)明工藝進(jìn)行冷卻后,用加雷特式卷取機(jī)在650℃時(shí)進(jìn)行卷取(材料為Ck45,與上述材質(zhì)相同)。此冷卻過(guò)程在圖2(曲線b)中示出了。
圖2是按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況的時(shí)間-溫度-等溫轉(zhuǎn)變圖表。測(cè)定方法對(duì)外徑為4mm、內(nèi)徑為3.2mm、長(zhǎng)為30mm的空心試樣進(jìn)行膨脹和金相學(xué)試驗(yàn);對(duì)1.5mm厚的薄片進(jìn)行金相學(xué)試驗(yàn)。實(shí)際上,所有試驗(yàn)用線圈正如圖2曲線b所示那樣在相同條件下近似等溫地轉(zhuǎn)變。在軋件全長(zhǎng)所達(dá)到的強(qiáng)度為930N/mm2。通過(guò)本發(fā)明工藝取得了在軋件全長(zhǎng)上的相同強(qiáng)度。這種相同的強(qiáng)度就其絕對(duì)值而言也明顯高于目前常見(jiàn)的工藝所獲得的強(qiáng)度。
由于軋件在卷繞后己在整個(gè)軋件長(zhǎng)度上進(jìn)行了組織轉(zhuǎn)變,基于此,可以在從卷取機(jī)出來(lái)后立即通過(guò)空氣強(qiáng)冷或通過(guò)噴水冷卻而把盤(pán)卷降到打包溫度,這樣就可以盡可能地省去常見(jiàn)的運(yùn)輸裝置。
例2帶斯太爾摩傳送帶的吐絲機(jī)a)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),在800℃-850℃的吐絲溫度下成圈在這種成圈溫度下,由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體是在將軋件放到運(yùn)輸帶后發(fā)生的。由于線圈聚集在運(yùn)輸帶的邊緣區(qū)域,所以在一個(gè)線圈內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)不同的冷卻速率,這會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度波動(dòng)。另外,如果不超過(guò)通常在一個(gè)線圈內(nèi)所允許的10-15N/mm2的強(qiáng)度差值,則需要在技術(shù)上巧費(fèi)心思(如轉(zhuǎn)向氣流、導(dǎo)流槽、不同的運(yùn)輸帶速率等)。
b)在按照本發(fā)明工藝進(jìn)行冷卻后在650℃時(shí)進(jìn)行成圈如果線材成圈前被冷到650℃,則由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體是在把軋件放到運(yùn)輸帶上之前或之后馬上發(fā)生的,因此可以得出這樣的結(jié)論,首先可以盡可能地消除在同一線圈內(nèi)的強(qiáng)度波動(dòng),另外,提高了總的強(qiáng)度級(jí)別。
由于冷卻到650℃,于是在成圈或卷繞前發(fā)生鐵素體或珠光體轉(zhuǎn)變??赏ㄟ^(guò)上述冷卻而利用這樣的事實(shí),即在奧氏體區(qū)內(nèi)具有面心立方晶格的鋼材的Kf值明顯大于在轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體后具有體心立方晶格同種鋼材的Kf值。在溫度從850℃降到650℃時(shí),預(yù)計(jì)不會(huì)造成大很多的卷繞力,這一點(diǎn)可從圖5和圖6(Kf-溫度-圖表)中看到。
在圖3和圖4中示意地畫(huà)出了根據(jù)本發(fā)明而對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行冷卻的情況。
圖3示出了帶有加雷特式卷取機(jī)的軋制設(shè)備的局部。從最后一個(gè)軋機(jī)機(jī)座(2)出來(lái)后,軋件(1)進(jìn)入冷卻段(3),軋件(1)在冷卻段(3)中根據(jù)本發(fā)明而冷卻到所希望的轉(zhuǎn)變區(qū)。當(dāng)隨后在加雷特式卷取機(jī)(4)中進(jìn)行卷繞時(shí),根據(jù)本發(fā)明,軋件(1)已經(jīng)完成了組織轉(zhuǎn)變,或者在加雷特式卷取機(jī)(4)進(jìn)行卷繞的過(guò)程中或其卷繞之后發(fā)生完全的組織轉(zhuǎn)變。這樣一來(lái),就不用擔(dān)心每個(gè)線圈在卷繞過(guò)程中會(huì)形成不同組織。也可以在卷繞過(guò)程后使卷好的盤(pán)卷完全轉(zhuǎn)變并可以在加雷特式卷取機(jī)外進(jìn)行強(qiáng)冷。
圖4所示為帶有吐絲機(jī)(6)的軋制設(shè)備的局部。根據(jù)本發(fā)明,軋件(1)在吐絲機(jī)(6)前就在冷卻段(3)內(nèi)接受冷卻,直到達(dá)到所希望的轉(zhuǎn)變區(qū)為止。在吐絲過(guò)程中,轉(zhuǎn)變已全部完成,或者在成圈后,轉(zhuǎn)變發(fā)生于運(yùn)輸裝置(7)上(線圈被吐放在運(yùn)輸裝置上),或者在集絲裝置(8)中發(fā)生上述組織轉(zhuǎn)變。因?yàn)樗芯€圈通過(guò)本發(fā)明的冷卻幾乎等溫地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,所以在這里所生產(chǎn)的盤(pán)卷(9)還可以在從集絲裝置(8)中出來(lái)后立即被強(qiáng)冷到打包溫度。
本發(fā)明的工藝不局限于所列舉的實(shí)施例。原則上講,它可以適用于所有成圈器或卷繞裝置,在這種情況下,則在吐絲或卷繞前的冷卻方式顯然與上述冷卻裝置不同地用于生產(chǎn)中。
權(quán)利要求
1.一種線棒鋼材的卷取或成圈工藝,其中低于軋制溫度的軋件在一個(gè)罐籠中進(jìn)行卷繞或借助吐絲機(jī)以線圈方式被放到運(yùn)輸裝置上并在運(yùn)輸裝置終端經(jīng)過(guò)芯軸收集成盤(pán),在此過(guò)程中要進(jìn)行冷卻并在卷取過(guò)程或在集絲成盤(pán)后繼續(xù)進(jìn)行冷卻,其特征在于,從軋制溫度開(kāi)始的軋件冷卻一直在成圈或卷繞之前進(jìn)行,直到到達(dá)轉(zhuǎn)變區(qū)為止,所述轉(zhuǎn)變區(qū)由與待冷卻鋼種相對(duì)應(yīng)的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變圖表的Ar3或Ar1曲線表示,由此可以確保軋件緊接在根據(jù)鋼種進(jìn)行的冷卻之后或在卷取或集絲成過(guò)程中或之后均勻地在軋件全長(zhǎng)和橫截面內(nèi)幾乎是等溫地由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體或根據(jù)需要轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝,其特征在于,在成圈或卷繞后才轉(zhuǎn)變的鋼種借助蓋板或保溫罩不接受進(jìn)一步的冷卻,從而使轉(zhuǎn)變幾乎是等溫地進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝,其特征在于,軋件冷卻要這樣進(jìn)行,以使軋件表面不會(huì)過(guò)冷而落到馬氏體形成(MS線)區(qū)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的工藝,其特征在于,如此進(jìn)行軋件的冷卻,以使鐵素體轉(zhuǎn)變或珠光體轉(zhuǎn)變?cè)陔S后的卷取過(guò)程之前就完成了,這是因?yàn)樵诰砣∵^(guò)程中可利用鐵素體或珠光體的較小變形阻力這一事實(shí),低變形阻力是由鐵素體或珠光體的體心立方晶格結(jié)構(gòu)決定的。
5.如權(quán)利要求1-4之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的工藝,其特征在于,軋件冷卻在所力求達(dá)到的轉(zhuǎn)變區(qū)之前在可調(diào)節(jié)的冷卻段、最好是在水冷段內(nèi)進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1-5中之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的工藝,其特征在于,在實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)變后并在卷取過(guò)程或集絲成盤(pán)之后,對(duì)線棒鋼材要進(jìn)行強(qiáng)冷,直到其達(dá)到打包溫度為止。
全文摘要
當(dāng)成圈或卷繞線棒鋼材時(shí),在罐籠中卷取低于軋制溫度的軋件或借助吐絲機(jī)將軋件吐放到運(yùn)輸裝置上并在運(yùn)輸裝置終端用芯軸集絲成盤(pán),在此過(guò)程中且在集絲成盤(pán)或卷取后一直進(jìn)行冷卻。軋件由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體或珠光體。因受設(shè)備條件限制而產(chǎn)生不同冷卻條件,不同冷卻條件產(chǎn)生了由不同組織結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的強(qiáng)度差異。本發(fā)明建議,從軋制溫度開(kāi)始在成圈或卷繞前一直進(jìn)行冷卻直到轉(zhuǎn)變區(qū)為止,于是軋件可以在其全長(zhǎng)內(nèi)均勻地轉(zhuǎn)變并避免了強(qiáng)度差別。
文檔編號(hào)B21C47/26GK1188693SQ9711438
公開(kāi)日1998年7月29日 申請(qǐng)日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者M·梅耶爾, H·G·哈爾譚, W·羅若夫, P·J·毛克 申請(qǐng)人:Sms舒路曼-斯瑪公司