【導讀】變形溫度、速度對產品組織性能的影響。

　　

【正文】 量和改善爐子的各種技術經濟指標具有重要意義。 加熱時間與鋼種、坯料尺寸和形狀、鋼料在爐子擺法、爐型結構以及裝爐溫度等因素有關。確定加熱時間除進行理論計算外，還可根據生產實驗進行估算的方法。實際上運用經驗公式和實驗資料是當前設計中確定加熱時間常用的方法。 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 18 頁 共 66 頁 對于不同鋼種的加熱時問，也可以按單位厚度金屬所需加熱時間來計算。這時公式為 式中 B— 鋼料厚度，（厘米 )。 c考慮鋼的化學成分和其 他因素影響的系數。 對于連續(xù)式加熱爐 C 值可查下表。 表 2— 3各鋼種的影晌系教 C 值 K 值和 Ф 值的大小列于表和表 表 2— 4鋼種系數 K 值 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 19 頁 共 66 頁 決定系數 Ф的圖表 工藝流程的制定 熱坯 、冷坯→檢查→不合格坯剔除→裝爐 加熱 → 出爐 → 高壓水除鱗 → 不合格坯剔除→粗軋軋制（ Ф 550*6） → 1號曲柄飛剪 → 中軋軋制 （ Ф 450*6） → 2號 回轉飛剪 → 精軋軋制 （ Ф 350*6） → 穿水 冷卻→ 3號 曲柄復合飛剪 → 冷床冷卻 → 850T冷剪定尺剪切 →定尺 分剪計數 → 打捆、包裝 → 稱重、焊標牌、計數 → 入庫發(fā)貨 工藝流程描述： 由煉鋼 廠生產的鋼坯用過跨車或汽車運送到原料跨，由加熱爐依據鋼坯驗收標準進行驗收、接料、碼垛、入爐加熱等工作；鋼坯加熱到規(guī)定溫度出爐軋制，先由推鋼機把鋼坯 推到出爐輥道由輥道送入粗軋機組進行軋制（ 6架軋機），然后 1號飛剪進行切頭處理，再進入中軋（ 6架軋機）繼續(xù)軋制；中軋結束后 2 號飛剪進行切尾，中軋后軋出精軋需要的料型竟如精軋（ 6 架）軋制出合格的成品進行穿水冷卻，然后經 3號飛剪倍尺剪切，再由冷床輸送輥道輸送到冷床進行冷卻，冷卻好的鋼材齊好頭用冷床移鋼小車移到冷床輸出輥道，送到冷剪進行定尺剪切，剪后的鋼筋進入后部通尺分揀 ，然后打捆、包裝、焊標牌等，最后碼垛、入庫。 鋼的軋制 影響鋼的軋制因素 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 20 頁 共 66 頁 軋制是整個工藝過程的核心，坯料通過軋制完成變形過程，因此它對軋制產品的質量起著決定作用。 軋制產品的質量要求包括了產品的幾何形狀和尺寸的精確度、內部組織和性能、產品表面光潔度三個方面。工藝設計的任務就是在深人分析軋制工藝過程特點的基礎上，制初合理的軋制工藝參數，保證達到上述質最要求，并使軋機具有良好的技術經濟指標。 從工藝設計角度看，確定軋制工藝參數主要在于正確制定變形規(guī)程、速度規(guī)程和溫度規(guī)程。 變形規(guī)程 在既定的軋制條件下 (工藝、設備條件 )，完成由還料到成品的變形過程的規(guī)程謂之變形規(guī)程。變形規(guī)程的主要內容是確定總的變形量和道次變形量。變形量的分配是個重要參數，它是選擇軋制設備、進行工具設計 (孔型設計、輥型設計等 )的主要依據，對軋機產量、產品質量起著決定作用。一般說來，變形量越大，從坯料到成品的變形過程越快，軋制總的延續(xù)時間越短，軋機的產 越高。另外，變形程度愈大，加工過程中三向壓應力狀態(tài)愈強，對產品的組織與性能也更為有利。這是因為 :(1)變形程度大、三向壓應力強，有利于破碎樹枝狀結晶和某些合金 鋼的碳化物分布，改變 J露鑄態(tài)組織。 (2)變形程度大，改進了鋼錠或鋼坯的組織，使其內部更加致密，有利于改善鋼的機械性能。因此，對一般鋼的加工都有一個總變形量的要求，也即一定壓縮比的要求。例如鐵路用軌的壓縮比須在數十以上，鋼板的壓縮比也要達到 512倍。 (3)在總變形量不變的情況下，道次變形量的大小對變形滲透，對金屬的流動都發(fā)生影響，因而對產品質量也有一定影響。因此在塑性條件允許的情況下也希望提高每一道次的變形量，并控制好對產品性能有重大影響的終軋道次變形量。 但是，變形過程中的變形量越大，金屬變形 也越劇烈，變形過程中的金屬流動也越嚴重，它對產品的質最以及設備的使用、軋輥的磨損、導衛(wèi)板的要求等也同樣有著不良影響。因此確定變形量的大小和分配要進行 綜 合的分析和比較。根據金屬的加工性能、電機能力、設備強度、咬入條件以及工具形狀等許多影響變形量大小的因素中抓住主要矛盾，進行正確處理。一般都是在保證產品質量和機械設備安全的前提下，盡可能的選用較大的變形量，以縮短軋制過程，提高軋機產量。不少軋機‘如初軋機所采用的所謂強化軋制就是加大變形量的例證。 變形溫度、速度對產品組織性能的影響 。 軋制溫 度規(guī)程要根據有關塑性、變形抗力和鋼種特性來確定，以保證產品正確成型，不出裂紋、組織性能合格及力能消耗少。軋制溫度的確定主要包括開軋溫度和終軋溫度的確定。鋼坯生產時，內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 21 頁 共 66 頁 往往并不要求一定的終軋溫度，因而開軋溫度應在不影響質量的前提下盡量提高。鋼材生產往往要求一定的組織性能，故要求一定的終軋溫度。因而，開軋溫度的確定必須以保證終軋溫度為依據。一般來說，對于碳素鋼的加熱溫度最高溫度常低于固相線 100～ 200℃ .開軋溫度由于從加熱爐到軋鋼機的溫度降，一般比加熱溫度還要低一些。確定加熱最高溫度時，必須充分考慮到過熱、過燒 、脫碳等加熱缺陷產生的可能性。 軋制終了溫度因鋼種不同而不同，它主要取決于產品技術要求中規(guī)定的組織性能。如果該產品可能在熱軋以后不經熱處理就具有這種組織性能，那么終軋溫度的選擇更應以獲得所需要的組織性能為目的。在軋制亞共析鋼時，一般終軋溫度應該高于 Ar3線約 50～ 100℃，以便在終軋以后迅速冷卻到相變溫度，獲得細致的晶粒組織。若終軋溫度過高，則會得到粗晶組織和低的機械性能。反之，若終軋溫度低于 Ar3線，則有加工硬化產生，使強度提高而伸長率下降。究竟終軋溫度應該比Ar3 線高出多少？這在其他條件相同的 情況下主要取決于鋼種特性和鋼材品種。對于含 Nb、 Ti、 V等合金元素的低合金鋼，由于再結晶較難，一般終軋溫度可以提高（例如﹥ 950℃）；如果采用控制軋制或進行變形熱處理，其終軋溫度應可以從大于 Ar3 到低于 Ar3，甚至低于 Ar1，這主要取決于鋼種特性。 如果亞共析鋼在熱軋以后還要進行熱處理，終軋溫度可以低于 Ar3。軋制過共析鋼時熱軋的溫度范圍較窄，即奧氏體溫度范圍較窄，其終軋溫度應不高于 SE 線。否則，在晶粒邊界析出的網狀碳化物就不能破碎，使鋼的機械性能惡化。若終軋溫度過低，低于 SK 線，則易于析出石墨，呈 現黑色斷口。這因為滲碳體分解形成石墨需要兩個條件：一是緩慢冷卻以滿足滲碳體分解所需要的時間；一是鋼的內部有顯微間隙或周圍介質阻力小，以滿足石墨形成和發(fā)展時鋼的密度小和體積變化的要求。終軋溫度過低，有加工硬化現象，且隨變形程度的增加，顯微間隙也增加，這就為隨后緩冷及退火時石墨的優(yōu)先析出和發(fā)展創(chuàng)造了條件。因此過共析鋼的終軋溫度應比 SK 線高出 100～150℃。 變形速度或軋制速度對產品組織性能的影響。 變形速度或軋制速度主要影響到軋機的產量，因此，提高軋制速度是現代軋機提高生產率的主要途徑之一。但 是，軋制速度的提高受到電機能力、軋機設備及強度、機械自動化水平及咬入條件和坯料規(guī)格等一系列設備和工藝因素的限制。要提高軋制速度，就必須改善這些條件。軋制速度或變形速度通過對硬化和再結晶的影響也對鋼材性能質量產生一定影響。此外。軋制速度的變化通過內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 22 頁 共 66 頁 摩擦系數的影響，還會經常影響到鋼材尺寸精確度等質量指標?？偟恼f來，提高軋制速度不僅有利于產量的大幅度提高，而且對提高質量、降低成本等也都有益處。 螺紋鋼筋的控制軋制及控制冷卻工藝 連軋棒材生產線中 ,鋼材是在規(guī)定的孔型系統中完成的 ,變形條件基本固定 ,不可 能進行大范圍的變形量調整。全連軋棒材生產線在生產螺紋鋼筋時 ,主要是采用控制 開軋溫度 和 終軋溫度 的手段來改善變形奧氏體的組織狀態(tài) ,提高鋼材綜合性能 螺紋鋼軋后的控制冷卻工藝包括下三個階段 : 第一階段為螺紋鋼表面淬成馬氏體階段： 螺紋鋼離開精軋機后 ,在終軋溫度下 ,盡快地進入高效冷卻裝置進行快速冷卻。螺紋鋼的冷卻速度必須大于使表面層達到一定深度淬火成馬氏體的臨界溫度 ,表面溫度低于馬氏體開始轉變的臨界溫度 ,發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉變。心部由于溫度高仍處 在奧氏體狀態(tài) ,表層則為馬氏體及殘余奧氏體組織 ,表面馬氏體層的厚度決定于軋后強制冷卻的時間。 內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 23 頁 共 66 頁 第二階段為自回火階段： 螺紋鋼經第一階段快速冷卻后 ,在冷床上進行空冷。由于第一階段快冷造成螺紋鋼截面上各點的溫差較大 ,心部的熱量將向表面層擴散傳導 ,形成馬氏體的自回火。 根據自回火的溫度高低 ,可以得到回火馬氏體或回火索氏體 ,表層的殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體?？拷砻娴倪^渡層 ,根據鋼的成分冷卻條件的不同 ,奧氏體將轉變成貝氏體、托氏體或索氏體 ,心部仍處在奧氏體狀態(tài)。這一段時間的長短取決于螺紋鋼直徑大 小和前一階段的冷卻條件。 第三階段為心部的奧氏體轉變階段 螺紋鋼在冷床上空冷一段時間后斷面上的溫度趨于一致 ,并同時降溫 ,達到奧氏體向鐵素體轉變溫度 ,開始相變。根據鋼的化學成分、螺紋鋼直徑大小以及前階段的冷卻效果 ,心部將轉變成鐵素體和珠光體或索氏體或貝氏體組織 螺紋鋼軋后控制冷卻的方法 根據螺紋鋼在軋后快冷前變形奧氏體的再結晶狀態(tài) ,螺紋鋼軋后冷卻的效果可以分為兩類 :一種是變形的奧氏體已經完全再結晶 ,變形引起的位錯或亞結構強化作用已經消除 ,變形強化效果減弱或消除 ,因而強化只能靠相變完 成 ,綜合力學性能提高不多 ,但是應力腐蝕穩(wěn)定性較高另一種是軋后快冷之前奧氏體未發(fā)生再結晶或者僅發(fā)生部分再結晶。在變形奧氏體中保留或部分保留變形對奧氏體的強化作用 ,變形強化和相變強化效果相加 ,可以提高螺紋鋼的綜合力學性能 ,但應力腐蝕開裂傾向較大。 螺紋鋼軋后控制冷卻的方法一般可分為兩種：一種是軋后立即冷卻 ,在冷卻介質快速冷卻到規(guī)定的溫度 ,或者在冷卻裝置中冷卻一定時間后停止快冷 ,隨后空冷 ,進行自回火。生產小斷面螺紋鋼適合采用此種冷卻方法 。另一種是先在高速冷卻裝置中用很短時間將螺紋鋼表面過冷到馬 氏體轉變點以下形成馬氏體 ,并立即中斷快冷 ,空冷一段時間 ,使表面層的馬氏體回火 ,形成回火索氏體 。然后進行二冷快冷一定時間 ,再次中斷快冷進行空冷 ,使螺紋鋼芯部獲得索氏體組織、貝氏體及鐵素體組織。這種冷卻方法獲得的螺紋鋼筋抗拉強度及屈服強度略低 ,延伸率幾乎相同 ,而抗腐蝕穩(wěn)定性好。同時 ,對大斷面鋼材來說 ,還可以減小內外溫差 影響控制冷卻螺紋鋼筋性能的因素 1 加熱溫度 加熱溫度影響鋼坯的原始奧氏體晶粒的大小、各道次軋制溫度及終軋溫度 ,影響道次之間及終內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說 明書（論文） 第 24 頁 共 66 頁 軋后的奧氏體再結晶程度及晶粒大小。當其他變形條件一定時 ,隨加熱溫度的降低控制冷卻后的鋼筋性能明顯提高。如果不降低坯料的加熱溫度 ,又需要降低終軋溫度 ,則可以在終軋前設置快冷裝置 ,降低終軋前的鋼坯溫度。 2 變形量 控制終軋前幾道次的變形量 ,將道次變形量與軋制溫度很好的配合 ,對鋼筋快冷以前獲得均勻的奧氏體組織、防止產生個別粗大晶粒以及造成混晶有重要作用 ,水冷后可以得到均勻組織。 3 終軋溫度 終軋溫度高低決定了奧氏體的再結晶程度。當冷卻條件一定時 ,直接影響淬火條件和自回火條件。 為了保持鋼的自回火溫度相同 ,在終軋溫度不同時 ,必須通過改變冷卻工藝參數來達到。經驗表明 ,一般終軋溫度較低時鋼筋的強化效果好。 4 終軋到開始快冷的間隔時間。 主要影響奧氏體的再結晶程度 ,如果軋后鋼筋處于完全再結晶條件下 ,高溫下停留時間加長 ,奧氏體晶粒容易長大 ,將使鋼筋的力學性能降低。如果軋后鋼材處于部分再結晶區(qū) ,則延長軋后的停留時間 ,可以增加奧氏體的再結晶數量 ,快冷之后有利于獲得均勻的組織。軋后為未再結晶狀態(tài)時 ,則要求軋后立即快冷 ,防止發(fā)生部分再結晶。 5 冷卻速度 : 提高冷卻速度可以縮 短冷卻器的長度 ,保證得到鋼筋表面層的馬氏體組織。如果冷卻速度比較低 ,則用加長冷卻設備即增加冷卻時間來達到。一般鋼筋從 1 0 3 0℃到 40 0℃的控制冷卻速度是 :1 0ｍｍ的鋼筋冷卻速度 560～ 760℃ /S。1 2ｍｍ的鋼筋冷卻速度為 375～ 500℃ /S。1 4ｍｍ的鋼筋冷卻速度為 325～ 365℃ /S,冷卻速度可通過水量、水壓的調節(jié)來達到 力學性能 連軋棒材生產線在生產ＨＲＢ 3 3 5螺紋鋼筋時充分運用了控制軋制和控制冷卻技術 ,使產品獲得了良好的力學性能指標 ,隨機抽取不 同規(guī)格ＨＲＢ 3 3 5 螺紋鋼筋樣本量各 50 0 批 ,經統計分析 表 2— 5HRB335 螺紋鋼