CN102397965A - 微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线，属于金属材料加工领域，即控制非调质钢的锻造变形参数及锻后冷却工艺，所述的锻后冷却工艺在锻后控制冷却生产线上实现。该冷却生产线由冷却介质供给系统、动力传送机构、测温系统、工业控制计算系统、上下料机构和保温系统组成，可按非调质钢工件所要求的冷却速度、生产节拍及规定程序手动、自动运行，锻件冷却速度范围可调。采用该非调质钢控锻-控冷工艺及生产线解决了非调质钢锻件组织、性能不均匀，变形等现象，消除了零件不合格的问题，改善了锻后金相组织，提高其塑性和韧性指标，提高了生产率及其产量。

Description

微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，涉及微合金非调质钢控锻-控冷技术，另外还涉及非调质钢控冷生产线。

背景技术

微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线是涉及节能减排和稳定及推广我国非调质钢生产与应用的一项核心技术，对于保证组织均匀、性能稳定的高品质非调质钢有着十分重要的意义。传统的非调质钢锻造工艺粗糙，加热温度、保温时间、始锻温度及终锻温度等参数均无严格标准，易造成晶粒粗大、韧性下降。在锻后冷却方面，小规格非调质钢（约D≤100mm）一般采用空冷、堆冷或用风扇吹冷的方式，这种粗放式冷却工艺造成工件与工件之间、同一工件不同部位之间的组织性能差异明显。尤其是该冷却方式受地域、环境因素影响非常大，很难人为控制，导致次品、废品增多，不利于非调质钢构件的生产及推广；大规格非调质钢（约D≥130mm）一般采用正火的工艺来消除工件表面及心部组织性能的偏差，且由于采用了二次加热保温的方法，消耗了更多能源，延长了生产周期，提高了生产成本。

发明内容

为了解决非调质钢零件组织、性能不均匀的问题，消除由于地域、环境等外在因素对产品质量的影响，并且建立非调质钢工程应用标准体系，提升我国非调质钢稳定生产的技术水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线，即非调质钢锻件进行控制锻造后，在自动冷却生产线上进行控制冷却。所述的控制锻造参数包括控制始锻温度、终锻温度、锻造变形量；所述的控制冷却工艺是指控制冷却速度，在控冷生产线上实现，控冷生产线由冷却介质供给系统（1）、动力传送机构（2）、测温系统（3）、上下料机构（4）、保温系统（5）和工业控制计算系统（6）组成，可按非调质钢工件所要求的冷却速度、生产节拍及规定程序自动运行，锻件冷却速度根据不同制件的要求在0.5℃/s～30℃/s可调。

本发明专利的有益效果是，建立的控锻-控冷工艺及其生产线，可稳定控制非调质钢的锻造及冷却工艺参数，得到组织性能均匀、合格的零件；锻造后余热的科学利用，使得非调质钢在锻造状态就获得良好的组织性能；控锻-控冷成套技术受外界影响因素小，缩短生产周期，提高锻件品质，提高了劳动生产率；控锻-控冷成套技术涵盖范围广，对不同品种、不同规格、不同性能要求的非调质钢种均可应用该系统，并且根据现场情况建立相应的控冷装置。奠定了非调质钢应用和推广的基础，为推动行业的技术进步具有重要意义。

附图说明

图1为非调质钢控冷生产线结构框图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施示例的描述，对本发明的具体实施方式如微合金非调质钢控锻-控冷工艺及自动生产线，作进一步详细的说明。

如图1所示，控冷生产线由冷却介质供给系统（1）、动力传送机构（2）、测温系统（3）、上下料机构（4）、保温系统（5）和工业控制计算系统（6）组成。冷却介质供给系统（1）平行布置在动力传送机构（2）的上方，冷却介质供给系统（1）与动力传送机构（2）之间的高度可根据需要调整，沿非调质钢锻件在动力传送机构（2）的运动方向上设置多个独立控冷区。独立控冷区是采用空气水雾强迫对流传热方式，每个控冷区都包含有风机、喷嘴、导风通道和多段斜纹出风口、喷雾口冷却装置，风机采用斜流(混流)风机，冷却介质喷出方向与水平输送带之间夹角呈30～90°,采用变频控制风机转速无级调整风量大小，多段斜纹冷却介质喷出装置采用缝式冲击射流阵列设计，冷却介质喷出方向与水平输送带之间夹角呈30～90°，对流换热系数大。动力传送机构（2）可采用不锈钢链条网带、悬挂链及链板，采用变频控制减速机，电机转速无级可调带速，带传动速度范围0.5～4米/分。动力传送机构（2）的上方设有一个可以移动的保温系统（5）。动力传送机构（2）的一端是上料机构（4），另一端是下料机构（4）。在动力传送机构（2）上下料机构处各设置一测温系统（3），采用非接触式红外温度传感器和数显仪表分别检测锻件进线温度和下线温度。工业控制计算系统（6）包含彩色触摸屏、可编程控制器和变频器等，它们之间通过工业局域网协议联网通信进行控制，通过人机对话，设置和显示锻件上线温度、下线温度、风机风量、带速、冷却时间和锻件冷却速度等工艺参数配方以及模糊控制参数，并实时监测和控制。

将工业控制系统开启，将控制冷却的参数配方输入彩色触摸屏，在控制柜面板上选择自动运行状态，在彩色触摸屏上显示的工艺流程画面中自动状态指示灯亮，手动输入“锻件编号”，系统自动调入配方相应工艺参数设定值（风量、水雾比、带速），手动按下触摸屏上“设备启动”按钮，控制柜面板上的绿色指示灯亮、变频器主回路接通，运行指示灯亮，设备自动运行控制各工艺参数，显示风量过程值、水雾比过程值、带速过程值、变频器频率，上线温度、下线温度，并根据采样次数显示上线平均温度、下线平均温度、冷却速度过程值、冷却时间。

在本实施例中，以38SiMnVS6材料制备汽车连杆锻件为例进行说明。非调质钢锻件加热温度控制在1150℃～1200℃，终锻温度控制在1000℃～1050℃，经过切边、冲孔、去毛刺后上控制冷却生产线进行控制冷却，上线温度控制在900℃～950℃。控制冷却采取自然空冷、先控冷后缓冷和控制冷却三种方法进行批量试验。自然空冷工艺是锻造后连杆一根一根放在动力传送机构的导轨上，待下控冷线后进入料箱冷却。先控冷后缓冷工艺是锻造后连杆先控制冷却，冷速为1.5℃/s，然后进入放在下料端的保温箱缓慢冷却，待下控冷线后进入料箱冷却。控制冷却工艺是锻造后连杆进入控冷线按一定速度1.5℃/s进行控冷，待下控冷线后进入料箱冷却。

表1是比较自然空冷工艺、控制冷却工艺和先控冷后缓冷工艺批量生产的零件的机械性能值情况对比。

表1 三种冷却方式的零件的机械性能值对比

经对比可知，通过自然空冷工艺后，其金相组织为块状铁素体和珠光体，晶粒粗大，批量稳定性差，硬度、强度指标均较高，但塑韧性较低，尤其是韧性太低，远达不到用户需求；通过先控冷后缓冷工艺后，其金相组织为块状铁素体和珠光体，组织稳定性差，晶粒不均匀，性能较自然空冷好，但冲击韧性仍然较低；通过控冷工艺后，冷却速度可控，其金相组织为铁素体和珠光体，晶粒细小，其塑韧性提高，综合机械性能比较好，完全满足了使用要求和用户需求。

用本发明对非调质钢零件进行控制锻造及控制冷却，非调质钢零件的组织性能稳定，适合批量生产应用，满足用户要求。

Claims (10)

1.一种微合金非调质钢控锻-控冷技术及自动生产线，其特征是：控制非调质钢锻造的热变形工艺参数及锻后的冷却工艺，所述的控制冷却工艺在控冷生产线上实现，控冷生产线由冷却介质供给系统（1）、动力传送机构（2）、测温系统（3）、上下料机构（4）、保温系统（5）和工业控制计算系统（6）组成，可按非调质钢工件所要求的冷却速度、生产节拍及规定程序自动运行，锻件冷却速度根据不同制件的要求在0.5℃/s～30℃/s可调。

2.根据权利要求1所述的非调质钢控锻-控冷技术，其特征是：控制非调质钢锻造始锻温度、终锻温度、锻造变形量及锻后冷却速度。

3.根据权利要求1所述的冷却介质供给系统，其特征是：平行布置在输送带运动机构的上方，冷却介质供给系统与输送带之间的高度可根据需要调整，沿非调质钢锻件在输送带运动方向上设置多个独立控冷区。

4.根据权利要求3所述的独立控冷区，其特征是：采用空气或水雾强迫对流传热方式，每个控冷区都包含有风机、喷嘴、导风通道和多段斜纹出风口、喷雾口冷却装置,风机采用斜流(混流)风机，冷却介质喷出方向与水平输送带之间夹角呈30～90°,采用变频控制风机转速无级调整风量大小；多段斜纹冷却介质喷出口采用缝式冲击射流阵列设计，对流换热系数大。

5.根据权利要求1所述的保温系统，其特征是：在靠近下料端设有一带保温材料的保温箱，保温长度不小于1500 mm，可以移动。

6.根据权利要求1所述的动力传送机构，其特征是：可采用不锈钢链条网带、悬挂链及链板，采用变频控制减速机，电机转速无级可调带速，带传动速度范围0.5～4米/分。

7.根据权利要求1所述的测温系统，其特征是：采用非接触式红外温度传感器和数显仪表，在输送带上料端和下料端各设置一红外温度传感器，各自配一数显仪表分别检测锻件进线温度和下线温度。

8.根据权利要求1所述的工业控制计算系统，其特征是：包含彩色触摸屏、可编程控制器和变频器，它们之间通过工业局域网协议联网通信进行控制。

9.根据权利要求1所述的工业控制计算系统，其特征是：通过由红外温度传感器检测到的锻件进线温度和下线温度，采用PID加模糊控制理论调节各独立控冷区风机的风量、水雾比和输送带的带速，以控制锻件冷却速度。

10.根据权利要求9所述的彩色触摸屏，其特征是：通过人机对话，设置和显示锻件上线温度、下线温度、风机风量、水雾比带速、冷却时间和锻件冷却速度等工艺参数配方以及模糊控制参数，并实时监测和控制。

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