CN102029296B - 一种低碳热轧小h型钢快速冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低碳热轧小H型钢快速冷却方法，属于金属压力加工技术领域。本发明方法主要是通过对轧后冷却装置的改造，采用高压气雾冷却方式，分六段控冷，每段由四个控冷模块组成，按上、下、两侧由电磁阀独立控制，单独调节，分区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却方法，使得翼缘部位、R部温降幅度较大，实现快速均匀冷却H型钢各处。通过对Q235和Q345应用本发明技术，使得H型钢产品组织晶粒细小、力学性能提高幅度较大，达50MPa。本发明方法能够使H型钢各处性能更加均匀、产品冷却波浪弯减少，提高了产品成材率。

Description

一种低碳热轧小H型钢快速冷却方法
技术领域：
本发明属于金属压力加工领域，涉及一种低碳热轧小H型钢快速冷却方法，特别是涉及以Q235、Q345为代表的热轧小H型钢轧后进行快速冷却方法，改善其产品组织，提高综合性能。
背景技术：
热轧H型钢是一种经济断面型材，与普通工字钢相比具有截面模数大、重量轻、节省金属等优点，而且由于翼缘的内外侧平行，可以很方便地组合成各种不同形状和尺寸的构件。在承受相同载荷的条件下，H型钢比普通工字钢可节约金属10％～15％，在建筑上使用H型钢可使结构减轻30％～40％，在桥梁上可减重15％～20％，这在国民经济建设中将会带来巨大的经济效益。
因H型钢的生产工艺比较复杂，在轧制和冷却过程中影响金属流动、组织结构的因素非常多，而这些往往对最终制品质量有着非常重要的影响。随着生产节奏的加快，轧件上冷床温度偏高，表面氧化铁皮增加，导致产品内部组织不均匀，腰腿接合部(简称R部)外侧存在明显疤疹状缺陷、力学性能偏低，严重制约了小H型钢的生产。
鉴于此种情况，有效的解决方法是在精轧后设置在线控制冷却装置，通过控冷工艺优化，对成品轧件立即进行快速冷却，减轻轧件氧化程度、改善轧件冷却均匀性、提高H型钢的综合性能、加快冷却节奏，为最终实现开发高强、低成本、节约型建筑用钢提供保障。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有热轧小H型钢轧后冷却能力的不足、制品力学性能不高的现状，通过对一种典型低碳钢种的终轧温度和轧后冷却制度进行科学制定，实现经过控冷区后轧件从900℃降至650℃以下，温降不低于250℃，降温速度为10～60℃/s；产品上冷床后不产生明显的变形，典型钢种产品(Q235、Q345)的实物屈服强度和抗拉强度较控冷前提高50Mpa以上。
本发明所提供的低碳热轧小H型钢快速冷却方法内容如下：
(1)整个小H型钢轧后冷却段由六小段组成，总长36米，每小段冷却段实际有效长度4.8米，每小段由四个控冷模块组成，每小段均按上、下、两侧由电磁阀独立控制，单独调节，冷却水水压0.2～0.85MPa，水流量189～560m3/h，空气压力为0.2～1.0MPa，空气流量为5～15m3/h。
(2)小H型钢轧件从轧机出口由辊道输送至冷却段的过程中，设置左、右挡板对其运行方向进行校正，小H型钢轧件在进入冷却段后的运行速度为2～3m/s。
(3)根据小H型钢轧件的规格，在冷却段按上下、左右合理布置若干冷却装置，开启/开启/关闭各小段的冷却装置，采用区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却策略；在型钢2的上方设置两根上喷管，在型钢2的下方设置两根下喷管，正对型钢2上、下R部喷水；左、右侧挡板外侧分别设置左侧喷管1和右侧喷管6，正对型钢侧面喷水，左侧喷管1、右侧喷管6、上喷管3和下喷管4在一定范围内自由转动以适应不同规格的型钢，保证喷嘴以及由喷嘴喷出的喷射水5不会发生干涉现象。
本发明所述冷却段冷却所用的水流喷射示意图见说明书附图。
本发明的原理是通过气雾冷却的方式对轧后小H型钢轧件进行区域控制冷却，实现了快速降低小H型钢腰腿接合部(简称R部)和翼缘部位的温度，使得小H型钢断面温度分布均匀，减少了冷却波浪弯，提高了产品成材率；并且控制了变形奥氏体组织的转变状态、细化了晶粒，有效地改善了小H型钢断面组织均匀化，提高了小H型钢的综合力学性能。
附图说明：
图为本发明冷却段冷却所用的水流喷射示意图。
图中：1—左侧喷管；2—型钢；3—上喷管；4—下喷管；5—喷射水；6—右侧喷管。
具体实施方式：
实施例1：针对Q235B和Q345B，规格为：300×150×6.5×9mm，采用六段侧喷和下喷全开，水压为0.65MPa，空气压力为0.5MPa。轧件在控冷区运行速度为2.5m/s，型钢在控冷段的运行时间约为11.5s，轧件的平均冷却速度在24.2～29.1℃/s。该冷却方式采用区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却策略，使得翼缘部位、R部温降幅度较大，温降为278～335℃，达到快速冷却的要求，并且H型钢产品各处温度趋于一致，各处温差明显减小。
由于六段侧喷和下喷全开，H型钢轧件温降幅度较大，通过高的冷却速度和长的冷却时 间可以很好地使奥氏体组织细化，并完成向铁素体、珠光体组织的转变，抑制铁素体、珠光体组织的长大，大大促进了钢材晶粒组织的细化，晶粒度为10级。在H型钢的R部、上下翼缘和腹板各处的屈服强度、抗拉强度均有大幅提高，尤其是R部、下翼缘和腹板各处平均提高幅度均超过50MPa。
实施例2：针对Q235B和Q345B，规格为：300×150×6.5×9mm，控冷装置的1、2、3、4段侧喷和下喷全开，5、6段侧喷和下喷全关，水压为0.65MPa，空气压力为0.5MPa。轧件在控冷区运行速度为2.5m/s，型钢在控冷段的运行时间约为7.7s。所设计的控冷模式充分考虑了H型钢轧后温度场分布，采用区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却策略，使得翼缘部位、R部温降幅度较大，温降为227～282℃，轧件的平均冷却速度在29.5～36.6℃/s。H型钢的下翼缘和R部因在较高的温度区保温持久，铁素体组织转变不充分，转变的铁素体组织细化程度不明显，甚至转变后的晶粒有长大的趋势，晶粒度为9.0～10级。
在H型钢的R部、上下翼缘和腹板各处的的屈服强度、抗拉强度均有较大提高，尤其是腹板处提高幅度均超过50MPa，并且各处性能更趋均匀。
实施例3：针对Q235B和Q345B，规格为：300×150×6.5×9mm，控冷装置的1、2、3段侧喷和下喷全开，4、5、6段侧喷和下喷全关，水压为0.65MPa，空气压力为0.5MPa。轧件在控冷区运行速度为2.5m/s，型钢在控冷段的运行时间约为5.8s。所设计的控冷模式充分考虑了H型钢轧后温度场分布，采用区域控冷，温降为175～231℃，轧件的平均冷却速度在30.2～39.8℃/s。尽管冷却速度较高，但冷却时间有限，导致R部心部温度较高，使得该处自回火更厉害，R部的铁素体组织更为粗大而已，晶粒度为8.0～9.5级。除了腹板处的抗拉强度提高较为显著以外(均超过50MPa)，R部和下翼缘处的抗拉强度升幅不超过25MPa。
实施例4：针对Q235B和Q345B，规格为：300×150×6.5×9mm，控冷装置的1、2、4、6段侧喷和下喷全开，3、5段侧喷和下喷全关，水压为0.65MPa，空气压力为0.5MPa。轧件在控冷区运行速度为2.5m/s，型钢在控冷段的运行时间约为7.7s。所设计的控冷模式充分考虑了H型钢轧后温度场分布，采用区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却策略，使得H型钢翼缘部位、R部温降幅度较大，温降为229～281℃，轧件的平均冷却速度在29.7～36.5℃/s。R部和下翼缘处心部温度较高，使得该部位自回火厉害，进一步加剧了R部和下翼缘处的铁素体晶粒长大。H型钢的R部、下翼缘两处的上下屈服强度、抗拉强度均有小幅度的提高，各处的性能均匀性较好。
实施例5：针对0235B和Q345B，规格为：200×200×8×12mm，控冷装置的2、3、4段侧喷和下喷全开，1、5、6段侧喷和下喷全关，水压为0.5MPa，空气压力为0.5MPa。轧件 在控冷区运行速度为2.5m/s，型钢在控冷段的运行时间约为5.8s。导致在开启相同水冷段数，温降相差仍然较大。实施例5中，Q235B和Q345B的上下翼缘、R部各处温度比较均匀，降幅分布为121～179℃和123～182℃，轧件的平均冷却速度在20.8～30.8℃/s和21.2～31.4℃/s。H型钢的R部、下翼缘晶粒度基本均为8.5级，而上翼缘约为9.0级。Q235B钢在上翼缘和腹板处提高幅度相对明显，最大达到30MPa，而其余各处均在15MPa以下，而Q345B各处提升幅度最大为15MPa。
通过对上述五种控冷案例的对比发现：实施例1较好地满足了上述要求，轧件经过控冷区后，温降超过250℃，使得H型钢产品组织晶粒细小、力学性能提高幅度较大，各处均超过50MPa。实施例2和实施例4中，轧件经过控冷区后，温降接近250℃，但冷却时间较短，各处温度分布更加接近，R部和翼缘有部分产品的力学性能提升幅度超过50MPa，各部位性能趋于一致。而实施例3和实施例5冷却时间最短，轧件经过控冷区后，温降不到250℃，并且实施例5的冷却水压力较小，导致这两种方案的产品性能提升较小，尤其是实施例5，但是其温度分布比较合理，性能分布相对均匀。

Claims (1)

1.一种低碳热轧小H型钢快速冷却方法，其特征在于该方法具体内容如下：
(1)整个小H型钢轧后冷却段由六小段组成，总长36米，每小段冷却段实际有效长度4.8米，每小段由四个控冷模块组成，每小段均按上、下、两侧由电磁阀独立控制，单独调节，冷却水水压0.2～0.85MPa，水流量189～560m3/h，空气压力为0.2～1.0MPa，空气流量为5～15m3/h；
(2)小H型钢轧件从轧机出口由辊道输送至冷却段的过程中，设置左、右挡板对其运行方向进行校正，小H型钢轧件在进入冷却段后的运行速度为2～3m/s；
(3)根据小H型钢轧件的规格，在冷却段按上下、左右合理布置若干冷却装置，开启/关闭各小段的冷却装置，采用区域控冷，对所冷却部位采用不同的冷却策略；在型钢(2)的上方设置两根上喷管，在型钢(2)的下方设置两根下喷管，正对型钢(2)上、下R部喷水；左、右侧挡板外侧分别设置左侧喷管(1)和右侧喷管(6)，正对型钢侧面喷水，左侧喷管(1)、右侧喷管(6)、上喷管(3)和下喷管(4)在一定范围内自由转动以适应不同规格的型钢，保证喷嘴以及由喷嘴喷出的喷射水(5)不会发生干涉现象。
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