高碳钢线材生产控轧控冷工艺Word格式文档下载.docx

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AbstractTointroducetheinnovationandpracticeofAnsteelhighspeedwirerodonhighcarbonsteelwirerodproduc-tion．Throughexplorationandtestofhighcarbonwirerodcontrolrollingandcontrolcooling，thefactorsaffectthepropertyofhighcarbonsteelispointedout，suchasrollingspeed，rollingtension，controlcoolingprocess，uniformofmicrostructurebeforephasetransformationandsoon．Theformationmechanismandcontrollingmethodofironscaleofhighcarbonsteelintroduced．Diameter16mmYL82BhighcarbonsteelwirerodisdevelopedbyadoptingEDCtechnology，tensilestrengthis1195to1230MPa，areareductionis23%to30%，sorbiterateisnolessthan80%．1860MPaclassstrandof1×

7，diameter21．6mmafterdrawingandstrandingismade，andusedformineanchoringengineering．

Keywordshighcarbonsteelwirerod;

controlrollingandcontrolcooling;

EDCtechnology;

tensilestrength;

sorbite;

networkcementite

1.引言

国内汽车、航空航天等领域的发展对产品及相关原材料质量和性能的要求越来越高。

高碳线材原材料应具有以下特征:

化学成分波动小，特别是碳质量分数波动≤0.03%;

成分均匀化程度高，偏析等级低，如帘线钢要求碳偏析控制在1．14以下;

钢质纯净度高，各类夹杂物及残余元素等级低;

表面缺陷少甚至无缺陷;

个性化性能质量设计，通过成分、轧控冷工艺调整达到对线材组织和通条性能的精确控制，降低通条性能的波动以利于拉拔;

产品尺寸精度高;

包装防护牢固;

符合国家产业发展政策，如轻量化、节能环保等。

高碳钢线材碳质量分数一般不小于0.60%，组织以索氏体为主。

通常高碳钢线材根据拉拔钢丝直径不同被用来制造精细钢丝、钢丝绳和钢绞线。

其中精细钢丝主要包括帘线钢丝、切割钢丝、胶管钢丝等，钢丝直径通过控制热轧时的温度,压下量等条件,使其最佳化,从而在最终轧制道次完成时得到与正火相同的微细奥氏体组织的省略热处理的一种轧制技术.以钢的化学成分适当调整或添加微合金元素Nb、V、iT为基础,在热轧过程中对钢坯加热温度、开轧温度、变形量、终轧温度及轧后冷却各工艺实行最佳合理控制,可细化奥氏体铁素晶粒,通过强化及位错亚结构强化机制,提高钢材力学性能。

2.控制轧制的主要轧制方法

2.1控温轧制（CR）

控温轧制即完全再结晶型的控制轧制的工艺,全部变形要在奥氏体再结晶区进行,终轧温度不低于奥氏体再结晶温度的下限,道次变形量不低于奥氏体再结的临界变形量。

控温轧制主要通过在一定温度范围内（奥氏体再结晶区）变形处理,使轧材最终结构组织符合标准条件要求。

其优点是减少脱碳,控制晶粒尺寸,改善钢的织、性能及控制氧化铁皮的生成量。

在线材终轧过程中采用的变形制度,一般是粗轧时在奥氏体再结晶区轧制,反复变形使再结晶晶粒细化;

中轧、预精轧及精轧在950℃以下轧制,处于奥氏相的未再结晶区,其累计变形量为60%一75%,在iA3附近终轧,这样得到存在于大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒,使相变以后得到细小的铁素体晶粒。

2.2两阶段轧制

两阶段控制轧制是完全再结晶型与未再结晶型配合的轧制工艺,也就是在完全再结晶区进行一定道次的变形,在部分再结晶区进行待温或快速冷却,而在奥氏体未再结晶区继续轧制一定道次,并在未再结晶区结束轧制。

在完全再结晶区轧制时,变形温度一般在1000℃以上,轧后轧件的温度须高于950℃,确保奥氏体完全再结晶;

道次变形量主要由不同温度下的再结晶临界变形量来确定,道次变形量必须大于奥氏体的临界变形量,总变形量为60%一80%;

此阶段主要利用静态再结晶过程来细化晶粒,即轧材经多道次轧制变形和多次再结西安建筑科技大学硕士学位论文晶以达到细化奥氏体晶粒的目的。

在未再结晶区轧制时,不发生奥氏体再结晶的过程。

在奥氏体再结晶区轧制,加大道次变形量,可增多奥氏体晶粒中滑移带和位错密度,且可增大有效晶界面积,为铁素体相变形核创造条件,使韧性提高,脆性转变温度下降。

2.3三阶段控制轧制

三阶段控制轧制是完全再结晶型、未再结晶型及奥氏体与铁素体两相区轧制相配合的轧制工艺。

2.3.1奥氏体再结晶型控制,在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域轧制,温度在1000℃以上。

奥氏体变形过程中发生动态再结晶,变形后发生静态再结晶,两种再结晶均要求变形量超过其临界变形量

2.3.2奥氏体未再结晶型控制,根据钢的化学成分不同奥氏体未再结晶区的温度。

提高反复变形再结晶,细化奥氏体晶粒,细化后的奥氏体再结晶晶粒通过相变得到细的铁素体晶粒;

西安建筑科技大学硕士学位论文范围在950℃一为3区间,此区间奥氏体不发生再结晶,塑性变形使奥氏体晶粒拉长,奥氏体晶粒内形成变形带,Nb、V、iT微量元素的碳氮化物应变诱发沉淀,变形奥氏体晶界是铁素体优先形核的部位,奥氏体晶粒拉长,阻碍铁素体晶粒长大,随变形量加大,变形带数目增加,晶内分布更加均匀。

2.3.3（Y+Q）两相区变形阶段,当轧制温度继续降低到iA3温度以下时,不但奥氏体晶粒,部分相变后的铁素体晶粒也要被轧制变形,在铁素体晶粒内部形成大量位错,这些位错在高温形成亚结构,亚结构使材料强度提高,脆性转变温度降低。

三阶段轧制工艺在具有两阶段轧制工艺特点基础上,使轧材温度达到奥氏体和铁素体（Y+a）两相区进行轧制,通过位错强化和晶粒细化使轧材强度进一步提高,降低了脆性转变温度。

2.3.4低温轧制技术就是在轧出产品前最后几道次的形变发生在正火轧制（NomrialsignRollign）工艺或热机轧制（hTemroMe比anie滋Rolling）工艺对应的温度范围内。

如图z一〔,〕,在热形变过程中,形变硬化和动态软化影响材料的性能,动态再结晶是在变形过程中重要的软化机制之一。

轧件在900一750℃进行低温轧制时,累计变形得到的高位错密度结构将为相变提供更多形核核心,将更有利于得到均匀细晶组织。

多道次大变形量低温轧制会导致晶粒尺寸的不均匀,这是由于超过了与应变能累积相关的总应变极限后产生了部分动态再结晶。

对一些和正火轧制不能改善其性能的钢种,通过此种技术,使轧件从头到尾保持稳定的轧制温度,使产品的组织均匀性及尺寸公差得到保证。

3.线材组织性能与质量控制

3.1索氏体化率与力学性能索氏体具有优良的拉拔性能与较高的加工硬化率。

高碳钢线材一般采用控温轧制与斯太尔摩强制冷却进行生产对于不同规格线材，索氏体化率不同，以80钢为例，对长期生产数据进行汇总，索氏体化率变化趋势:

随着高碳钢线材直径的增大，索氏体化率逐渐下降对高碳钢显微组织进行分析，小规格高碳钢显微组织均匀化程度高，边部组织与心部组织差异较小，索氏体化率高，大块状珠光体组织极少，片层间距均匀。

随着线材规格的增大，显微组织的均匀化程度降低，边部组织与心部组织差异变大，大块珠光体组织增多，片层间距差异也较大，13mm80钢边部与心部显微组织。

3.2对于此边部与心部组织的差异，线材无论在拉拔过程或在力学性能测试过程，其组织的协调变形能力必然不同，各显微区域拉拔过程中纤维化程度不同，抗拉极限也不同，因此，大规格线材在变形过程中容易在截面上产生较大的应力集中，进而大大增加微裂纹的形成概率。

在进一步应变过程中，当局部应力超过了基体强度极限即发生断裂，因此，控轧控冷相变后组织的均匀化程度对线材加工性能与使用性能均具有重要影响。

根据不同规格80钢的数据统计（非时效），力学性能也具有与索氏体化率相同的变化趋势，5．5mm线材抗拉强度1120～1200MPa，断面收缩率27%～37%;

而16mm线材抗拉强度1060～1120MPa，断面收缩率11%～19%。

产生这一差异的主要原因在于不同规格线材索氏体化率不同。

1．2影响线材组织性能的因素高强度、极限拉拔性能是高碳钢线材生产的目标，因此，各生产线均根据各自布局特点进行大量的试验，总结出一套优化的自适应的控轧控冷工艺参数。

因线材孔型系统固定，因此，高速线材控轧控冷主要包括控温轧制与控制冷却2个阶段。

控温轧制的目的是控制过冷奥氏体的稳定性，为相变做好组

4.控制轧制过程中钢的变形抗力

热金属的变形抗力对轧机设备、电机负荷和制定轧制工艺规程都是非常重要的。

用控制轧制、钢材低温加热、反复相变再结晶细化晶粒、奥氏体低温区有足够累积变形量、及极低的终轧温度等,都易使轧制压力增大,在控轧过程中金属的变形抗力是变形温度、变形量、化学成分的函数,且与变形中金属的组织变化有关。

4.1奥氏体晶粒尺寸对变形抗力的影响

奥氏体晶粒尺寸愈小,屈服应力愈大。

即使采用高温控制轧制,通过反复变形一再结晶也可使晶粒细化到20一40,m。

4.2微量元素对变形抗力的影响

控轧中加入Nb、V、iT元素,获得细小Q,得到析出强化的效果,尤其加入Nb、iT,因抑制了动态回复的发生,使奥氏体变形抗力增加;

固溶于奥氏体中微量元素阻碍晶粒的长大,及析出的碳化物抑制了奥氏体再结晶,均可使变形抗力增加。

4.3多道次变形及变形热对变形抗力的影响

在控制轧制中,温度在900一950℃或以下,多道次轧制时,随轧制温度降低,奥氏体静态回复和静态再结晶得到抑制,应变积累增加,变形应力增大。

在高速轧机上轧制,变形抗力大的钢材,越是大的压下率,温度就上升的越高,其升温量e在绝热条件下近似求得:

5.控制冷却原理

5.1控制冷却

控制冷却是对轧后钢材的冷却工艺参数（始冷温度、终冷温度、冷却速度）的合理控制。

在控轧后奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度快速冷却,使相变组织比单纯控制轧制更加微细化,从而控制、改善了钢材的组织状态,细化了奥氏体组织,阻止或延迟了碳化物在冷却过程中过早的析出,使其在铁素体中弥散析出,提高了强度,改善了钢材的综合力学性能和使用性能〔,,。

轧后控制冷却可以减少钢材表面的氧化铁皮生成量,防止钢材在冷却过程中由于冷却不均而产生的不均匀变形。

5.2控制冷却过程及冷却方式

控冷的重要目的之一就是通过冷却,在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。

对高温终轧的钢材,轧后处于奥氏体完全再结晶状态,如慢冷（或空冷）,变形奥氏体的晶粒将在冷却过程中长大,相变后铁素体、珠光体粗大,片层间距加厚,这种组织的力学性能是较低的。

对低温终轧钢材,轧后奥氏体处于未再结晶状态,因变形使形变温度（为3）提高,终轧后奥氏体很快就相变,形成铁素体,如慢冷（或空冷）,铁素体（Q）有足够的时间长大,到常温时会形成粗大的低了控制轧制细化晶粒的效果,故在控制轧制后仍需要通过控制冷来进一步对组织进行控制。

5.3控制冷却过程

一般把轧后控制冷却过程分为三个阶段,称为一次冷却、二次冷却、三次冷却（空冷）,在这三个冷却阶段中其冷却目的和要求是不同的。

5.3.1.一次冷却

从终轧温度开始到变形奥氏体向铁素体开始转变温度iA3,或二次碳化物开始析出温度Acrm温度范围内的冷却控制,即控制冷却的开始温度、冷却速度及终止温度。

这一阶段是控制变形奥氏体的组织状态,阻止奥氏体晶粒长大,阻止碳化物的析出,固定因变形引起的位错,降低相变温度,为相变做组织上的准备。

5.3.2二次冷却

从相变开始温度到相变结束温度范围内的冷却控制。

主要是控制钢材相变时的冷却速度和停止控冷的温度,即通过控制相变过程,保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。

对低碳钢、低合金钢、微合金化低合金钢,轧后一次冷却和二次冷却可连续进行,终了温度可达珠光体相变结束,然后空冷,所得金相组织为细铁素和细珠光体及弥散的碳化物。

5.3.3三次冷却（空冷）

是相变后至室温范围内的冷却。

对于低碳钢,相变后冷却速度对组织无影响;

对合金钢空冷时发生碳化物的析出,对生成的贝氏体产生轻微的回火效果。

6.结论

鞍钢股份线材厂新生产线自2011年投产以来，已成功生产出5．0～16mm各类高碳钢线材，产量累计达90余万t，其中EDC线材约占10%，出口比例约为20%。

YL82B－E等多个品种新型高碳钢线材的成功

[参考文献]

［1］戴宝昌．重要用途线材制品生产新技术［M］．北京:

冶金工业出版社，2006

［2］徐效谦，阴绍芬．特殊钢钢丝［M］．北京:

冶金工业出版社，2005．

［3］温景林．金属挤压与拉拔工艺学［M］．沈阳:

东北大学出版社，2003

徐祖耀．应力作用下的相变［J］．热处理，2004

［4］刘春成，姚可夫，高国峰，等．应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究［J］．金属学报，1999

［5］徐祖耀．应力作用下的相变［J］．热处理，2004

专业：

材料成型及控制工程

姓名：

李科龙

学号：

1233010150