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斯太尔摩控冷工艺在高速线材生产中应用
1．概况
    13mm盘卷,f5.5mm---f唐钢高速线材厂是引进含有八十年代国际装备水平线材生产线。该生产线轧制速度为90m/s，最高可达108m/s,产品规格为 12mm螺纹盘卷。该厂关键生产工艺步骤以下：f10mm---f
210精轧机----三段水冷箱水冷----夹送辊夹送----吐丝机吐丝----斯太尔摩风冷辊道风冷----剪尾----集卷筒集卷----运卷小车运卷、卸卷----P/F线运输----剪头、检验----打包机打包----电子称称重----卸卷----入库f300预精轧机(机架间有立活套）----预水冷----3#切头飞剪、转向器----侧活套----废品卡断剪----10*f400中轧机----2#切头、切废飞剪----6*f500粗轧机----1#切头、切废飞剪----5*f连铸坯(135mm*135mm)----步进加热炉加热----出炉----夹送、废品或事故卡断剪----4*
2．控制冷却工艺特点
    线材轧后控制冷却是整个线材生产中产品质量控制关键手段之一，它对线材成品内部组织、力学性能及二次氧化全部相关键影响。控制冷却实质是利用轧件轧后轧制余热，以一定控制手段控制其冷却速度，从而取得所需要组织和性能，以达成提升产品质量目标。1964年，加拿大斯太尔柯钢铁企业和美国摩根企业联合研制高速线材轧机，首次采取了线材散卷控制冷却工艺，称之为斯太尔摩控制冷却方法。这是线材生产发展史上重大技术革命之一，并在世界高速线材轧机控冷线上得到了广泛应用。斯太尔摩控冷工艺有三种类型：（1）标准型：采取标准型冷却时，从精轧机出来线材以压力水进行快速冷却，依据不一样钢种和用途将线材冷却到靠近相变开始温度（760--900℃），冷却后线材经吐丝机形成线环状，呈散卷状叠放在运输机上，线卷在运输过程中鼓风进行散卷冷却。标准型斯太尔摩冷却运输速度为0.25—1.3m/s,冷却速度为4--10℃/s。（2）缓慢型：缓慢型和标准型不一样之处是在运输机前部加了可移动带有加热烧嘴保温炉罩。运输机速度设定更低些，可使盘卷以很缓慢冷却速度冷却。缓慢型冷却运输速度为0.05—1.3m/s, 冷却速度为0.25--10℃/s。(3)延迟型:延迟型是在标准型基础上,结合缓慢型冷却工艺特点加以改善而成。它是在运输机两侧装上绝热材料保温墙，并在保温墙上方装有开关灵活保温罩盖。当保温罩盖打开时，可进行标准型冷却；若关闭保温罩盖，降低运输机速度，又能达成缓慢冷却效果，但比缓慢冷却型结构简单而经济。延迟型冷却运输速度为0.05—1.3m/s, 冷却速度为1--10℃/s。标准型适适用于高碳钢线材，缓冷型适适用于低碳钢及低合金钢线材。因为缓冷型冷却需要附加加热设备，投资大、能耗高，而被延迟型冷却所替换。延迟型冷却适应性广、工艺灵活、投资适中，所以得到了广泛应用。唐钢高速线材厂辊式延迟型斯太尔摩控冷线，不仅能进行延迟型冷却，也能进行标准型冷却，其冷却速度最低可控制在1℃/s以下，最高可达10℃/s以上，所以冷却范围宽，适应性广3．控制冷却工艺参数
    控制冷却工艺中要求控制参数关键是终轧温度、吐丝温度、相变区冷却速度（经过调整运输机速度、风量大小及保温时间来达成）和集卷温度等。
3.1终轧温度设定
    因为奥氏体晶粒度影响相变过程中组织转变和转变后产物形态,所以,经过控制终轧温度来控制奥氏体晶粒度有着实际意义。终轧温度设定视钢种不一样而异。对于强度和韧性要求较严格高碳钢、低合金高强度钢及冷镦钢之类线材，因其实用性能和再加工性能需要，要求奥氏体晶粒细化（粗晶粒冲击韧性差），其终轧温度通常控制在930--980℃。对于强度要求不高，关键用于拉拔钢丝、制钉低碳钢、碳素焊条钢等，因为碳含量低，奥氏体化温度高，终轧温度对应高些通常可设定在980--1050℃。对于轴承钢，为避免网状碳化物生成，在轧机能力许可情况下，应该使终轧温度尽可能低至850℃，如不能达成，则需在轧后强冷至780℃左右吐丝。另外，对于一些A-F型不锈钢，为让碳化物充足溶解，方便在后续冷却过程中得到固容处理效果，必需进行高温终轧。终轧温度通常不低于1050℃。终轧温度控制，可经过增减精轧机前面水冷箱冷却水量及钢坯出炉温度来实现。
3.2吐丝温度设定
    吐丝温度是控制相变开始温度关键参数。对于斯太尔摩冷却法来说，通常依据钢种和用途不一样，将吐丝温度控制在760--900℃范围内。在具体制订工艺参数时，应结合过冷奥氏体分解温度，（即“C”曲线位置）、钢种成份、产品使用范围等几方面原因加以综合考虑。如高碳钢过冷奥氏体分解温度较低，吐丝温度可设定低部分，而低碳钢过冷奥氏体分解温度较高，故吐丝温度也要高。对于产品用途、性能要求也要充足考虑，即使同一钢种、相同规格线材，因其用途不一样而应选择不一样工艺参数。另外，延迟型冷却设备风冷段冷却速度控制比标准型好，所以延迟型冷却设备吐丝温度应比标准型低部分，对于部分钢种吐丝温度可参考表1吐丝温度。
表1吐丝温度选择
钢种    吐丝温度℃
拉拔用钢(中碳)    870
冷镦钢(中碳)    780
一般线材    840
硬线(高碳)    780—850
建筑用钢筋    780
软线(低碳)    850—900
低合金钢    830
高淬硬性钢    900

    经过改变吐丝温度可引发线材强度、性能改变。对于低碳钢，在保持其它条件不变前提下，为提升强度，应降低吐丝温度；而对于中、高碳钢，在保持其它条件不变前提下，提升强度，则要提升吐丝温度。前者经过细化铁素体晶粒达成，后者则是经过减小珠光体片间距（索氏体化）来实现。从理论上讲，高碳钢线材直径越大，吐丝温度应越高，但线材尺寸作用和吐丝温度作用相比，可忽略不记。为确保线材性能均匀一致，冷却条件必需保持相对稳定。吐丝温度应严格控制，通常许可波动±10℃。
3.3相变区冷却速度设定
    相变区冷却速度决定着奥氏体分解转变温度和时间，它对线材最终组织形成起着决定性作用。在控制冷却相变过程中，冷却速度控制关键取决于运输机速度调整、风机组合状态、风量大小及保温罩盖开闭情况，这些参数确实定依靠于“C”曲线或“CCT”曲线。相变区冷却速度控制是控制冷却中难点。因为受钢冶金质量、化学成份、设备性能及冷却介质等原因影响，极难选择一条得到最好组织状态和性能要求转变冷却曲线。只能在现有生产工艺条件下，在选择理想曲线基础上对工艺参数进行合适调整，并给予修正，以确定最好优化参数。
3.4集卷温度
    C。在大多数情况下，要求相变后集卷段鼓风快速冷却，以降低集卷温度。但也有些钢种例外，如轴承钢。°C以下集卷。而因为受冷却条件和冷却区长度限制，实际集卷温度要高些，但最高集卷温度应小于400°集卷温度取决于相变完成后冷却速度。为了确保产品性能，避免集卷后高温氧化及改善劳动环境，通常要求250
4．控制冷却工艺应用
4.1低碳钢
    低碳钢线材多为Q195—235钢。关键用来深入拉丝和作建筑用材，二者性能和组织要求各不相同。拉丝用线材需经很大拉拔变形，所以要求强度低、塑性好，其金相组织以较多含量大快铁素体为好，珠光体含量越少越好，而且铁素体晶粒要求粗大部分，以使拉拔变形均匀，塑性好，不易拉断；而建筑用线材则要求较高抗拉强度和一定韧性，故要求其组织晶粒细小，而且应尽可能提升珠光体含量。鉴于上述不一样要求，对两种用途低碳钢线材采取了不一样冷却工艺，其工艺参数见表2。拉拔用线材冷却较慢，使奥氏体分解在高温下进行，而且分解转变时间较长，有利于先共析铁素体充足析出和长大。而建筑用线材虽为延迟型冷却，但冷却速度相对较高，且吐丝温度较低，以降低奥氏体分解温度和缩短分解转变时间，得到较多珠光体和较细晶粒。
表2低碳钢线材冷却工艺参数
工艺参数    拉丝用    建筑用
C   °C    880°吐丝温度, C°800
运输辊道速度,m/s    0.08    0.15—0.25
保温罩盖    全关    中间部分关闭
风机风量    全部0%    1#50%,6#80%
4.2H08Mn2Si钢
    当线材冷却速度较高时，得到线材室温组织为珠光体+贝氏体+少许铁素体，当冷却速度较低时(小于1 C/s）,得到组织为铁素体+少许珠光体。该钢要求强度低、塑性好，其金相组织以较多含量大快铁素体为好，而且铁素体晶粒要粗大部分，这种钢含有良好拉拔性能。为此，对冷却速度按下限控制，工艺参数见表3。°
表3 H08Mn2Si钢线材冷却工艺参数
C    辊道速度,m/s    保温罩盖    风机风量°吐丝温度
C    0.05 °850   1#,6#风机处开,其它盖上    1#20%,6#80%其它风机关闭
4.3高碳钢
高碳钢线材多为60—80#钢,线材通常见来拉制多种硬线钢丝或制作高强度钢丝绳、钢绞线等多种钢丝制品。故线材性能控制首先要提升拉拔性能。这就要求线材组织应以索氏体组织为主，组织中铁素体含量应尽可能少，且以块状均匀分布而非网状析出。另外，组织中不得有淬火组织（即马氏体或贝氏体）出现。为此，采取了标准型冷却工艺，工艺参数如表4。 
  表4高碳钢线材冷却工艺参数
C    辊道速度,m/s    保温罩盖    风机风量°吐丝温度,
850    1.10—1.30    全开    1#50%,其它100%
4.4冷镦钢 
    冷镦钢线材钢种通常为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。这种线材关键用于制造螺栓、螺钉、铆钉等紧固件和多种冷镦成型配件，用途广泛。冷镦钢最终产品要有足够强度和良好韧性和塑性。其组织为铁素体+珠光体，采取延迟型冷却，对ML10—ML45钢工艺参数如表5。
表5 冷镦钢线材冷却工艺参数
C    辊道速,m/s    保温罩盖    风机风量°吐丝温度,
820--840    0.10—0.20    1#,5#,6#风机处开,其它盖上    1#50%,5#50%,6#80%其它关闭
4.5F-M双相钢
    该钢要求组织为铁素体,基体上均匀分布一定数量“小岛状”马氏体。其工艺参数如表6。
表6 F-M双相钢线材冷却工艺参数
C    辊道速,m/s    保温罩盖    风机风量°吐丝温度,
830--850    0.35    全开    1#30%,2#30%,其它100%
5．结束语
延迟型斯太尔摩控冷线能够较灵活控制冷却工艺，依据各钢种用途和性能要求，进行最好工艺配合，尤其适适用于要求轧后缓慢冷却低合金和合金类钢种，所以在新品种开发领域有着宽广前景。另外，采取斯太尔摩控冷工艺生产和开发多种线材氧化铁皮少，在组织和性能上能很好地满足用户需要，使线材在后续加工中可省略热处理和酸洗工序，降低加工成本。