不同钢种的冷却、终轧温度

在热加工过程中，形变终止温度对钢的组织有重要影响，形变终止温度愈高，晶粒聚集长大的倾向性就愈强，所得到的奥氏体晶粒也就愈粗大，因此应尽量降低成材时的形变终止温度，但一般不低于，即通过控制轧制控制冷却手段来细化晶粒提高产品质量。

低碳钢的形变终止温度应掌握在靠近800℃，最低也不要低于750℃以下。


对于高碳钢，为防止形成网状渗碳体，在成材时形变终止温度宜控制在约850℃左右，如果再把形变终止温度和轧后快冷很好的配合起来，就有可能将先共析渗碳体的析出完全加以抑制，而不出现网状渗碳体，即使形成也是细薄的易于消除，不需要增加额外的工序。


过共析碳素钢与合金钢轧制以后，过剩渗碳体形成渗碳体（碳化物）网沿晶界分布。具有渗碳体网的钢材降低冷变形能力和增加产生淬火裂纹的倾向性。钢为消除渗碳体网要进行复杂的热处理，热处理并非能随时达到目的。因此，必须创造轧制后在钢中不形成渗碳体网那样的条件。在低温时终轧和钢轧制后相当快速冷却是能够达到目的。


如：GCr15为降低终轧前的温度，在精轧机组前装有水冷装置，轧后快冷，可以吹压缩空气然后进缓冷坑。


轧后缓冷将产生粗大的铁素体晶粒，同时屈服点降低，脆性转变温度升高。冷却速度与钢材的截面尺寸有关，大截面钢材难于实现快速冷却，因此对于同一牌号钢来说，大截面钢材的力学性能要低一些。国外圆钢在轧后通常采用空冷，这与国外钢中气体含量低有直接关系，采用在线穿水冷效果会更好，穿水冷圆钢规格都在Ф75mm以下，采用穿水冷技术往往造成水冷线太长，投资增加，但快冷有利于减轻二次带状组织，但是在奥氏体晶粒粗大时，特别是在钢中的含锰量较高的情况下快冷有可能形成魏氏组织铁素体。所以轧后快冷要与低的形变终止温度相配合，在形变终止温度较低，奥氏体晶粒比较细小的情况下，即使快冷也不至于形成魏氏组织铁素体。


合金结构钢在中型轧机上轧制后，钢材直径60mm以下的在空气中堆冷，而大于60mm的在不加热的缓冷坑中冷却。钢材在坑中冷却到100----150℃的时间应该不小于30h。


滚珠轴承钢有产生白点的倾向，因此滚针轴承钢轧制后应当缓慢冷却，或按照规定的制度进行热处理，在装料时温度应该不低于700℃，钢坯在坑中放置到温度不高于100---200℃平均72h，甚至终轧温度较低时，以后钢材缓慢冷却在钢中也产生渗碳体网。缓冷时温度从低于650℃开始不形成渗碳体网，因此为避免得到渗碳体网起见，钢材轧后每根棒材单独冷却以尽可能快的速度直接冷却到温度650℃以下。保证得到不带渗碳体网的滚珠轴承钢冷却速度依终轧变形温度而定，当终轧温度在900--950℃时，冷却速度必须不低于45---50℃/min，随终轧温度的下降，冷却速度可以降低。


控制合适的最终精轧温度（在附近的温度），在精轧机组并配于合适的压缩率（约40%），可使低、中碳钢以及合金钢、弹簧钢、轴承钢等中合金钢，获得理想的金相组织和最佳的力学性能，为此在棒材精轧机最后两架前设置了水冷箱，而且为使急冷后的轧件内外温度均匀，棒材精轧机组前设置了均温段。


钢材轧制后可分为以下几种冷却方法：
1．    空气中。
2．    导热性低的材料中。
3．    在保温箱中。
4．    无加热设备的保温坑中。
5．    预热保温坑和炉子中。
6．    有加热设备的保温坑和炉子中。
7．    水中。
以下是有代表性钢种控轧控冷采用方法：


1．轴承钢和弹簧钢
要求低温下完成精轧,而轧后要求保温缓冷,轴承钢为防止网状碳化物的析出,轧后先快冷后慢冷。轴承钢的终轧温度严格控制在800-850℃，以利于破碎网状碳化物，当终轧温度大于900℃时，可喷水把钢快速冷却至600---650℃（以防止网状碳化物继续析出），然后再缓慢冷却。为此在精轧机前设冷却水箱，以控制进入精轧机的轧件温度。
2．调质处理钢（淬火+高温回火双重处理）
调质处理钢组织为回火索氏体，经过调质处理的钢既有高的强度极限和屈服极限，又有足够的范性和韧性，故具有高的综合力学性能。经过调质处理的钢主要用于高强度并受冲击或交变负荷的重要工件如连杆、轴类等。根据连轧产品大纲定位：优质碳素结构钢:22.5万吨，合金结构钢:22.5万吨，对占生产总量的90%，如此量大的钢进行温度控制，具备增加竞争力的优势。
3．优质碳素结构钢和合金结构钢

对较大规格圆钢进行在线温度控制厂家：意大利乌迪内ABS LUNA工厂，生产规格：∮20----∮100mm圆钢，钢种为：碳钢、表面淬硬钢、淬火和回火钢、微合金钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢，对∮20----∮90mm圆钢进行在线温度控制。


根据目前石钢产品定位问题，随着钢材用户发生变化，提供汽车用钢及向高端市场发展已成为必然，向用户提供理想的金相组织和最佳力学性能，具备竞争优势，在考虑冷却制度时，应该在精轧机组前后设置水冷箱主要针对小于40mm圆钢，进行在线温度控制。


在精轧机组后设置水冷箱，国外认为对于大规格圆钢只能起到去除氧化铁皮，提高表面质量，对细化晶粒作用不大，反而会使圆钢内部晶粒大小不均匀，进行在线温度控制，无疑会使轧制线加长增加投资。
在精轧机后设置多长水冷箱，提供参考的厂家不多，只有意大利ABSLUNA厂，长度为55米。从长远发展及质量要求考虑，应该考虑在线温度控制，先在精轧机后加水冷箱，至少可以去除氧化铁皮，提高表面质量。各类钢的加热、终轧、冷却制度见表一：
一、控制轧制
1、控制轧制理论
在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使固态相变与热塑性变形结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能。对于低碳钢和低合金钢来说，采用控制轧制工艺主要是通过控制轧制工艺参数，细化变形奥氏体晶粒，经过奥氏体向铁素体和珠光体的相变，形成细小的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的目的；对于高碳钢和过共析钢来说，采用控温轧制技术，细化变形奥氏体晶粒，在接近奥氏体相变点终轧。
2、热机轧制
目前热机轧制圆钢规格为∮40以下，并且主要为低碳钢和低合金钢，以细化铁素体晶粒为主要目的，在750℃——790℃终轧，精轧前和精轧后要穿水冷却。再大规格圆钢，穿水冷后，表面和芯部温度不均，轧制后表面易形成细小裂纹；轧后再结晶时芯部与表面晶粒度不同，造成棒材横断面上组织不均。
3、常化轧制
对于∮40——∮80圆钢可采用常化轧制，最后四道次总变形量要在50——60%，进精轧机前等温，终轧温度800℃——850℃，轧后快速冷却。
4、控温轧制
终轧温度850℃——900℃，轧后控制冷却，提高表面质量。对于高碳钢，可获得较为细小的珠光体球团；对于过共析钢，可减轻网状碳化物的析出。
二、石钢采用轧制工艺
20#、45#、20CrMo、20CrMnTi、40Cr、40MnB等钢种生产∮50——∮80圆钢可采用常化轧制工艺，但进精轧机组前需等温，增加了工艺距离、缩减了产量，最后4道次变形量加大，为保证更高产品精度和轧件横断面上变形均匀，最好增上定径机，增加了投资，∮80以上规格需采用控温轧制；对于生产弹簧扁钢，可采用热机轧制工艺，在铁素体和奥氏体双相区终轧，细化变形奥氏体晶粒，经过奥氏体向铁素体和珠光体的相变，形成细小的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度和韧性目的，但是精轧前后需穿水冷却，增加了投资，拉长了轧钢区的工艺距离；对于轴承钢则需全部采用控温轧制，防止网状碳化物的析出，提高表面质量。
从投资和工艺位置的角度考虑，石钢采用控温轧制工艺，降低开轧温度，控制终轧温度，并轧后控制冷却，来获得良好的表面质量和较为良好的内部组织。
不同钢种和规格轧制工艺：
钢种                                                                  规格                                            轧制工艺
20#、45#、20CrMo、20CrMnTi、40Cr、40MnB    ∮50——∮80                                常化轧制；控温轧制
                                                                        ∮80——∮150                              控温轧制
GCr15                                                               ∮50——∮95                                控温轧制
60Si2Mn                                                            14mm—20mm×165mm—160mm   热机轧制，精轧前后需穿水冷却；控温轧制
注：上表中弹簧扁钢需用180mm×220mm或200mm×200mm连铸坯生产。


各类钢的加热、终轧、冷却制度
钢种45#  加热温度℃1050—1180  冷却方式空冷   终轧温度℃≥850℃
钢种40Cr  加热温度℃1050—1180  冷却方式空冷  终轧温度℃≥850℃
钢种20MnV、40MnB、20CrMo  加热温度℃1050—1180  冷却方式堆冷  终轧温度℃≥850℃
钢种GCr15  加热温度℃1050—1100  冷却方式坑冷，入坑温度≥600℃  终轧温度℃≥850℃
钢种20CrMnTi  加热温度℃1050—1120  冷却方式∮85mm以下堆冷，∮85mm以上坑冷，入坑温度≥℃  终轧温度℃≥850℃
45Mn2、27SiMn  加热温度℃1050—1180  冷却方式坑冷，入坑温度≥400℃  终轧温度℃≥850℃
60Si2Mn  加热温度℃1030—1120  冷却方式坑冷，入坑温度≥℃  终轧温度℃≥850℃


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