CN115141919B - 一种绿色化优棒在线热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种绿色化优棒在线热处理方法。包括下述步骤:将从末架精轧机出来后的轧件通过环形温度检测仪,获得热态轧件在横截面表面温度随时间变化的分布;利用获取的横截面表面温度随时间变化的分布对计算冷却参数;利用计算出的冷却参数在线控制间隙喷水冷却水箱对轧件进行冷却;将冷却后的轧件放到在线环形热处理炉进行在线热处理。本发明通过新增环形温度检测仪、一座环型变温控制加热炉,快速冷却水箱,实现基于在线控制组织转变的热轧优棒特钢棒材生产工艺,起到最大化利用热轧棒材余热,免去后续繁长的离线热处理(如球化)工艺,减少短尾尺,从优特钢制造全流程角度,紧凑制造工序,降低综合制造成本。

Description

一种绿色化优棒在线热处理方法
技术领域
本发明涉及一种绿色化优棒在线热处理方法。
背景技术
优质棒材多用于机械加工、汽车、航天等工程,优质棒材按其产品直径大小又可分为尺寸在直径12mm-100mm的中小棒和100mm-300mm的大棒,优棒特钢种类规格繁多,体大量广,带动形成的产业链规模效应显著,在钢铁产业轧钢中占有重要地位。合金钢棒材核心工艺主要有热机耦合控制工艺、在线热处理工艺、以及高精度轧制工艺等先进技术,以确保轧线上生产出的成品在规格尺寸、小时产量、力学性能等方面都展现出高竞争力。控制良好的组织组份种类、含量和尺寸,是保障优特钢优异性能的最重要内容。典型的热轧优钢棒材轴承钢和热作模具钢需要进行离线的球化退火工艺,以使钢中不规则碳化物球化,使细粒状碳化物弥散分布于铁素体基体,降低硬度,易于切削加工,满足零件加工精度,并为其它热处理做好准备。
然而,一方面热态轧件上冷床温度常在900℃左右,传统工序在冷床上随步进而自然冷却到室温,在另一方面,冷到室温的轧件将又通过传统连续球化退火和等温球化退火工艺加热到奥氏体温度区间以上,进行10~16h处理,其中为将轧件从室温加热到球化退火所需奥氏体化温度均匀化时长达约4~6小时。同时,传统生产中轧材需要先进行倍尺上冷床再定尺,由于切头切尾,热胀冷缩,以及倍尺剪的误差,通常会使得短尾尺角度,既降低了成材率,同时还需额外增加人力进行处理。
发明内容
为克服上述缺陷,本发明的目的在于提供一种绿色化优棒在线热处理方法。
为达到上述目的,本发明的绿色化优棒在线热处理方法,所述的方法包括下述步骤:
将从末架精轧机出来后的轧件通过环形温度检测仪,获得热态轧件在横截面表面温度随时间变化的分布;
利用获取的横截面表面温度随时间变化的分布对计算冷却参数;
利用计算出的冷却参数在线控制间隙喷水冷却水箱对轧件进行冷却;
将冷却后的轧件放到在线环形热处理炉进行在线热处理。
本发明通过在原有轧线终轧机后新增环形温度检测仪、环型变温控制加热炉,低温加速冷却水箱,实现基于在线的组织转变热轧优棒特钢棒材生产,起到最大化利用热轧棒材余热,和轧制后直接定尺,免去后续繁长离线热处理(如球化)工艺,减少短/尾尺而提高成材率,替代优棒特钢轧线原生产中冷床设备和离线缓慢热处理工艺,从优特钢制造全流程角度,紧凑制造工序,绿色化生产,降低综合制造成本。
附图说明
图1传统棒材轧制生产线的布置图。
图2基于组织等温转变+低温加速冷却的棒材轧制+精整一体化工艺方案。
图3为环型变温控制加热炉的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为典型的轧线布置方案图,工艺布置一般为:1:加热炉2:除磷装置3:6架粗轧机组4:1#飞剪5:6架中轧机组6:2#飞剪7:6架精轧机组8:减定径机组前冷却水箱9:3#飞剪10:减定径机组11:轧后控冷水箱12:倍尺剪13:冷床。工艺流程中,视铸坯、钢种、产品规格的不同,末机架终轧速度一般最大为16m/s,开轧温度为950~1200℃,为控制产品组织性能,通常在减径机机组前后分设两组水箱,减径机组前水箱将轧件温度降低到700~850℃左右,然后在减径机组里通过控制压下量细化奥氏体晶粒(轴承钢的控冷在于避开二次碳化物快速析出区间),接着用轧后水箱将轧件温度快速降低,针对不同钢种控冷作用各有不同,如可满足轧件上冷床温度要求,可面避免温度过高粗化组织恶化性能,可避开碳化物析出温度区间),最后经倍尺剪(一般60~120m)后送到冷床,温度一般在750~850℃,轧件经30~120min冷却到室温再定尺(6~12m),进行打捆收集。冷定尺后的轧件被送到离线精整区,经喷丸、酸洗、表面磁探检查、扒皮等工序后送到下游厂家,进行离线的球化热处理,使钢中不规则碳化物球化,使细粒状碳化物弥散分布于铁素体基体,降低硬度,易于切削加工,满足零件加工精度,并为最终的热处理做好准备。
这种生产工艺方法中,一方面热态轧件上冷床温度可控在700~1000℃之间,通常在冷床上随步进而自然冷却,另一方面传统的连续球化退火和等温球化退火工艺时间很长(10~16h),其中为将轧件从室温加热到球化退火所需的奥氏体化温度并均匀化的时间就长达约4~6小时,因此未将热态轧件温度利用。
本发明提出了一种优棒特钢轧制+在线热处理的工艺方案,其原理如图2所示。布置中图2为环形温度检测仪21、间隙喷水冷却水箱22、倍尺剪、环型变温控制加热炉23、定尺剪。在这种布置中,轧件从22架末架精轧机出来时,速度约为18m/s,温度在950~1050℃,首先通过环形温度检测仪,获得热态轧件在横截面表面温度随时间变化的分布,然后结合钢种和规格,对在三个布置合理的间隙喷水冷却水箱上,逐步实现在线热处理入炉时需要的温度,其中在第一个水箱实现表层致中心温度的整体下降(整体平均冷速200~300℃/s,表层冷速范围400~600℃/s,主要通过水箱内间隙式排布冷却喷嘴避开形成稳定气化膜实现),轧件进入到第二个水箱前温度降低100℃(心表温差可在50~100℃),轧件进入到第三个水箱前温度降低100℃(心表温差可在50~100℃,但轧件整体温度要保持在800~900℃左右)出第三个水箱时心部温度应在700~750℃(心表温差范围应在75~100℃),经空冷段回温进入进行等温组织转变时,内表温差小于25℃,平均温度在600~700℃之间。
对于图3所示,轧件直接从辊道沿着轧制方向进入环型变温控制加热炉,轧件不切定尺,直接从辊道沿着轧制方向进入炉中(如图3中26所示),然后轧件在内部带有导轮的环形加热管道内(24示)运动,通过控制管内运动方向的炉膛温度和气氛,使热态轧件按等效的热处理加热制度处理,环形变温管道直径、圈数、炉长等要视轧线产能和钢种热处理制度定。轧件最后从炉内出来(25示),视钢种通过27所示低温轧件加速冷却水箱,随后在28处用定尺剪后取样检验,并送到精整区打捆、表面检测等。加热炉可采用燃烧天然气或高炉混合煤气,或者电热转换作为能源供应。采用本方案可免去倍尺剪,直接定尺,可减少短尺量。
综上可知,本发明通过间隙式喷嘴冷却水箱,使出终轧机后的约900~1050℃轧件,经冷却-回温-冷却-回温后,将轧件温度整体降低到预期组织所需的等温转变点(以GCr15为例,成分为C:1%,Si:0.25%,Mn:0.35%,Cr:1.5%,Mo:0.08%,Ni:0.25%,Cu:0.25%时,球化退火温度范围为720~820℃),其中横截面温差应小于15℃,然后将轧进行倍尺剪切,接着置于在线热处理炉中,通过变化炉膛温度,实现对轧件温度随时间的变化,确保组织转变完成,接着出炉后,进行定尺剪切。通过本发明的处理,在原有轧线终轧机后新增环形温度检测仪、一座环型变温控制加热炉,快速冷却水箱,实现基于在线控制组织转变的热轧优棒特钢棒材生产工艺,起到最大化利用热轧棒材余热,免去后续繁长的离线热处理(如球化)工艺,通过替代优棒特钢轧线生产的冷床设备和缓冷工艺,减少短尾尺,从优特钢制造全流程角度,紧凑制造工序,降低综合制造成本。
在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种绿色化优棒在线热处理方法,其特征在于,所述的方法包括下述步骤:
将从末架精轧机出来后的轧件通过环形温度检测仪,获得热态轧件在横截面表面温度随时间变化的分布;
利用获取的横截面表面温度随时间变化的分布计算冷却参数;
利用计算出的冷却参数在线控制间隙喷水冷却水箱对轧件进行冷却;
将冷却后的轧件放到在线环形热处理炉进行在线热处理;
所述的间隙喷水冷却水箱为三个;其中在第一个水箱实现表层至中心温度的整体下降,整体平均冷速200~300℃/s,表层冷速范围400~600℃/s,轧件进入到第二个水箱前温度降低100℃,心表温差为50~100℃,轧件进入到第三个水箱前温度降低100℃,心表温差为50~100℃,轧件整体温度保持在800~900℃;出第三个水箱时心部温度为700~750℃,心表温差范围应在75~100℃;经空冷段回温进入进行等温组织转变时,内表温差小于25℃,平均温度在600~700℃之间;
还包括利用加速冷却水箱进行冷却的步骤。
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