第八讲、中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型

第八讲、中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型2025/3/152第8讲、中高碳钢棒线材的控冷 工艺及主要类型2025/3/1531、控制冷却2、棒线材生产中的控制冷却3、控制冷却的工艺和装置类型2025/3/1541、控制冷却（1）高碳钢控制冷却的基本原理

控制冷却(ControlledCooling)：控制轧后钢材的冷却速度达到改善组织和性能的目的。

由于热轧变形，促使变形奥氏体转变温度(Ar3)的提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒，减少珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用控制冷却工艺。2025/3/155（2）高碳钢控冷的基本概述

控制冷却过程是通过控制轧后三个不同冷却阶段的工艺参数，来得到不同的相变组织。分别称为一次、二次和三次冷却。

对高碳钢轧后快冷的第一阶段可以冷至珠光体相变温度，从而阻止奥氏体晶粒长大和碳化物由奥氏体中析出形成粗大的网状碳化物，达到降低网状碳化物级别和细化珠光体球团尺寸的效果。

二次冷却可减小珠光体片层间距并改变其形貌。2025/3/1562、棒线材生产中的控制冷却

（1）棒线材生产中控冷的必要性

棒线材高速轧后的控制冷却技术，是直接关系到最终产品力学新能及其均匀性的关键工艺。

采用成卷自然冷却的方法，冷却速度慢，高温停留时间长，晶粒极易粗大，造成产品质量恶化。

采用轧后控制冷却技术可以增加产品的附加值。

2025/3/157（2）棒线材生产中控冷的主要优点

①提高线材的综合机械性能，并大大改善其在长度方向上的均匀性；

②改善金相组织，使晶粒细化；

③减少氧化损失，缩短酸洗时间；

④降低线材轧后温度，改善劳动条件；

⑤提高产品质量，有利于线材二次加工。

2025/3/158（3）棒线材生产中控冷的目的及要求

A、控冷的目的：

由于热轧变形的作用促使变形奥氏体向铁素体转变温度的提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒，减小珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用控制冷却工艺。

棒线材轧后控制冷却的目的在于得到所需要的组织及性能，使其性能均匀和减少二次氧化铁皮的生成量。

B、对棒线材冷却工艺的要求：

1）二次铁皮要少，以减少金属消耗和二次加工前的酸耗和酸洗时间；

2）冷却速度要适当，要根据不同品种，控制冷却工艺参数，得到所需要的组织；

3）要求整根轧件性能均匀。2025/3/1592025/3/1510（4）棒线材控制冷却的分类

根据轧后控制冷却所得到的钢的组织不同，分为珠光体型控制冷却、马氏体型控制冷却。

a)珠光体型控制冷却

对0.60

0.85%C的高碳钢。要求：尽量减少铁素体的析出而得到单一的珠光体组织，最终获得有利于拉拔的索氏体组织。

冷却工艺：轧后由奥氏体化温度急冷至索氏体相变温度下进行等温转变，其组织可得到索氏体。

b)马氏体型控制冷却

通过轧后淬火—回火处理，得到中心索氏体，表面回火马氏体的组织。2025/3/1511穿水冷却线材断面温度的变化简图2025/3/1512

a、珠光体型控制冷却

为了获得有利于拉拔的索氏体组织，线材轧后应由奥氏体化温度急冷至索氏体相变温度下进行等温转变，其组织可得到索氏体。

但各种控制冷却法只是接近铅浴处理的水平。b、马氏体型控制冷却

线材轧后以很短的时间冷却，使线材表面温度急剧降至马氏体开始转变温度以下;利用中心部分残留的热量以及由相变释放出来的热量使线材表面层的温度使表面马氏体回火，最终得到中心为索氏体，表面为回火马氏体的组织。含碳0.5%钢的等温转变曲线w(C)=0.5%，w(Si)=0.53%，w(Mn)=0.23%2025/3/15132025/3/15143、控制冷却的工艺和类型

（1）控制冷却的工艺

棒线材控制冷却的基本方法：首先让轧制后的线材在导管（或水箱）内用高压水快速冷却；再由吐丝机把线材吐成环状，以散卷形式分布到运输辊道（链）上，使其按要求的冷却速度均匀风冷；最后以较快的冷却速度冷却到可集卷的温度进行集卷、运输和打捆等。2025/3/1515（2）控制冷却的类型

目前为止，已投入应用的线材控冷工艺装置至少有十多种，按工艺布置及设备特点可以归纳为以下两种类型：1)水冷加运输机散卷风冷(或空冷)

较典型的有美国的斯太尔摩冷却工艺、英国的阿希洛冷却工艺、德国的施罗曼冷却工艺及意大利的达涅利冷却工艺等。2)水冷后介质冷却或其它布圈方式冷却

如ED法、EDC法沸水冷却、流态床冷却、DP法竖井冷却及间歇多段穿水冷却等。2025/3/1516A、Stelmor控冷工艺斯太尔摩控冷工艺布置示意图1—成品轧机；2一水冷箱；3一恢复段；4——夹送辊；5一吐丝机；6一斯太尔摩运输机；7——集卷简；8一升降梁；9一风机2025/3/1517a、Stelmor控冷工艺特点：轧后的线材经两种不同的冷却介质进行两次冷却即一次水冷，二次风冷。重点是在风冷段实现对冷却速度的控制。

b、Stelmor控制冷却法有三种形式，即

标准型冷却;缓慢型冷却;延迟型冷却。

三种形式的主要区别是最低冷却速度不同。2025/3/1518c、Stelmor控制冷却工艺的优点增加盘卷规格；获得均匀的显微组织；取代空气淬火和铅浴淬火；提高了某些钢种强度。采用斯太尔摩控制冷却工艺之后，线材的盘重由0.5t以下增到2t以上，取代了原来的空气淬火，降低了酸耗，提高了卷筒的寿命，减少了氧化铁皮厚度。由于铁皮薄而轻，增加了产量，同时线材各种特性指标得到改善，同时减少了热处理的费用。2025/3/1519

e、Stelmor控冷工艺近年来的发展和改进

主要内容：

①斯太尔摩线的总长度有加长的趋势；②辊道段数增多；

③大风量高风压冷却风机使线材的抗拉强度显著提高；④风机台数增加，近期新建的高速线材车间有采用14台；⑤调节风量的电动“佳灵”（OPTIFLEX）装置被普遍采用，使线圈两侧搭接处加强送风，更好的解决线材强度的均匀性；⑥保温段的总长度亦趋于加长，有的已达90m；⑦冷却段的各段输送辊道均为爬坡式。⑧实心的耐热铸铁传动辊两端加工有散热的翅片，避免轴承过度受热；⑨在输送机的2、4、6、8段内设有振动辊，以消除“热死点”效应。改善通条性能，防止拉拔断裂；⑩辊道采用交流变频电机，单独进行速度控制。B、施洛曼控制冷却工艺

2025/3/1520

1－线材中心温度；2－线材表面温度；3－双层冷却水管；4－表面温度计；5－精轧机组；6－仪表操纵盘；7－圆盘飞剪；8－成圈器；K1～K8－正向喷头；A1～A6－反向喷头

施洛曼冷却工艺的线材温度变化及水冷区布置水冷区的长度一方面要保证水冷至相变温度时所需时间，同时又要防止马氏体的生成。当轧件离开水冷区时，其表面温度应不低于500℃。与斯太尔摩控制冷却工艺相比，强化了水冷能力，使轧件一次水冷就尽量接近理想的转变温度。其冷却速度是通过改变线圈的重叠密度和放置方法来实现。线圈的放置方法有两种，平放线圈，调节线圈间距时，冷却速度为2～4℃/s；如直立线圈，当线圈间距为30mm冷却速度为5～6℃/s，当线圈间距为60mm时冷却速度为8～9℃/s。2025/3/1521施洛曼控冷工艺风冷段的五种型式

第一种型式：经过水冷后的垂直线圈和水平线圈进行空气自然冷却。

第二种型式：低速空气冷却，线圈仅是呈水平状放置。

第三种型式：适合某些特殊需要缓冷的钢种，吐丝后面加保温罩，罩内可装烧嘴进行加热保温。

第四种型式：用于要求低温收集的钢种，在运输机的后部加了冷却罩。

第五种型式：主要用于处理奥氏体和铁素体不锈钢。奥氏体钢（不经水冷）、铁素体钢（经水冷）经过一段空气冷却后，在一个辊道式连续退火炉内加热并保温，然后在第二运输带进入水池急冷。

2025/3/1522施洛曼五种冷却工艺流程a－自然冷却；b－低速空气冷却；c－缓慢冷却；d－喷水冷却；e－水池急冷1－保温罩；2－冷却罩；3－连续式退火炉；4－水冷池2025/3/15232025/3/15244、几种典型的控轧控冷工艺及设备配置（1）精轧机组前、后及机组内设置水冷装置

精轧机组前、后及机组内设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧间水箱;6-精轧机;7-精轧后水箱

适合于生产优质合金钢材，生产操作灵活，易于实现两相区控制轧制(又称热机轧制)，缺点是生产线长。2025/3/15252）精轧机组前、后设置水冷装置精轧机组前、后设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧后水箱

适合于生产优质合金钢材，生产线长度较前一种型式短，但生产操作没有其灵活。2025/3/1526（3）精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置

精轧机组为减定径机及其前后设置水冷装置1-中轧机;2-减径机前水箱;3-飞剪;4-减径机;5-定径机;6-定径机后水箱

适合于生产高精度优质钢材，特点是生产所有规格产品均经过减定径机组，大大简化了粗中轧孔型系统，提高了轧辊共用性，减少了换辊及备辊数。2025/3/1527（4）精轧机组为三辊轧机及其前、后设置水冷装置

精轧机组为三辊轧机及其前后设置水冷装置1-中轧机;2-精轧前水箱;3-飞剪;4-精轧机;5-精轧后水箱

适合生产高精度优质钢材，通过调整三辊轧机辊缝改变产品尺寸，大大简化了粗中轧孔型系