CN1203952A - 用于对辊轧件进行热处理的方法以及实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

用于对离开辊轧系的辊轧件进行热处理的方法,其中,所述辊轧件在位于紧挨着最后轧道下游处的快速冷却组件内经受快速冷却处理,所述第一冷却步骤的后面是一露天温度均等化步骤并且在排放和汇集之前后面至少是第二冷却处理,对所述露天温度均等化步骤和至少的第二冷却处理进行设置以便不改变在第一冷却处理的出口处已形成了的辊轧件(13)的表面和内部晶体结构。用于实现上述方法的对辊轧件进行热处理的设备。

Description

用于对辊轧件进行热处理的方法以及实现该方法的设备

本发明涉及到用于对辊轧件进行热处理的方法以及实现该方法的设备。

更精确地说，本发明适用于离开辊轧步骤且在将辊轧产品汇集和／或卷绕成诸如盘、卷、束或捆之类密集结构之前的辊轧产品。

本发明所应用到的辊轧件可以是需要表面硬化处理然后回火的材料，也可以是这样的材料，其中，不想获得这样的表面结构，该表面结构具有硬化处理的特征。并且，按一定的速度对该表面结构进行冷却，所说的速度低于将原始奥氏体结构改变成马氏体结构的速度。

本技术的现状包括与对离开辊轧系的辊轧件进行冷却处理有关的问题，所述冷却处理还具有确保所述产品的表面和内部有最佳质量和结构特征的功能。

在本技术的现状中，我们可以确认所研究的两类材料。

第一类材料是这样的辊轧件，该辊轧件在以奥氏晶体结构离开最后的轧道时要进行表面硬化然后回火，而所说的晶体结构则在表面和次表面层改变为马氏体或至多是贝氏体表面结构。

第二类材料是这样的辊轧件，该辊轧件在离开最后的轧道时一般在冷却床或平面内按不同的标准但在任何情况下都以不获得下述结构为目的进行冷却，所述结构以硬化为特征，并且，就该结构而言，在将辊轧件从辊轧生产线上排放出来之后开始并进行相对稳定结构中的奥氏体结构的改变。

就第一类制品而言，周知可在该产品离开最后的轧道时对该产品进行快速冷却，以便超过预定的冷却速度或临界速度，在该冷却速度或临界速度以上会形成晶体结构，其特征在于较大的硬度和稳定性。

上述使产品表面硬化的快速冷却会获得一表面区域，其中有非常细小的马氏体结构，该结构是硬化过程的代表。通过因快速降温而抑制奥氏体的改变，可以获得上述马氏体结构。

同时，可在辊轧件表面的下面获得贝氏体结构，而在所述产品散热较慢且温度较高的核心中可以获得珠光体结构，该结构具有较小的稳定性但有较大的韧性。

可以调节所说的冷却以便获得不同的处理深度，因此，通过平衡在产品的不同深度处所形成的不同结构的机械性能，可以获得最终产品的稳定性与韧性的最佳平衡。利用上述调节所述处理的机会，就冷却的至少持续时间和强度而言，可以处理具有不同直径和不同化学成份的材料，以便达到对不同类型产品的相同的机械和质量要求。

通过使用如前所述的热处理，可以在无需使用会不可避免地增加所述产品成本的捆扎部件的情况下获得不同国家法律所规定的那样的最小机械特性。而且，在给定了有限的碳含量的情况下，可以保持辊轧件的焊接特性。

所以，为满足必需的质量标准而进行的产品的机械阻尼和韧性之间的折衷基本上取决于所实施的冷却的持续时间和强度参数。

上述参数不仅限定了硬化过程的特定穿透力，而且还在所述核心的热量扩散至表面区域并使辊轧件的整个剖面上的温度均等化时确定形成在辊轧产品上的热度。

非常重要的是知道并限定所说的热度，因为，该热度可测定在所述产品的表面区域内所获得的马氏体结构的回火效率。在上述快速冷却之前的温度均等化步骤的至少一部分期间进行回火。

上述温度均等化步骤结束时，在例如于冷却床上进行的其中产品的所有位置处的温度均开始下降的后续空气冷却步骤中，继续所说的回火，在所述过程的这一阶段，可重新确定所述表面区域的硬度，同时，能显著地增加韧性。

在上述情况下，于冷却床上进行所说的冷却，在任何情况下温度下降的速度都足够高以限制过度回火对所述产品的表面的机械特性的负作用。如果相反立即将所述产品设置成密集结构，例如卷绕成卷或盘，通过对流或辐射进行热交换的表面的减少会使得冷却处理显著地减慢，结果会增加时间。

冷却时间的增加会使硬化处理有较大的效力和影响，从而导致所述材料机械特性的恶化。这种恶化通常是过度且不能令人接受。

为此，在本技术的现状中，辊轧产品总是经历自然空气冷却这一步骤，而且，只有当这种冷却在与使回火结果平衡相适应的时间内结束并且晶体结构稳定时，才收集和排放所说的产品。

这就涉及到要明显且大量地增加所述生产线上的必要空间。

就由不经历硬化过程的产品所构成的第二类材料而言，本技术的现状中周知按不同的程度但在任何情况下都以能排除形成那些一般是由硬化而产生的诸如马氏体或贝氏体之类的结构的方式在最后轧道的下游冷却所说的产品。

在上述情况下，冷却速度小于导致马氏体改变的速度，并且，以不在产品的表面区域与核心区域之间形成明显差别的方式从辊轧件中除去热量。

所以，通常用一般需要较长时间的成核和生长方法来改变稳定晶体结构中的奥氏体。

最终产品中沿该产品的整个剖面的物相按百分比是铁氧体和珠光体，所说的百分比则取决于原材料的化学成分。在某些情况下，对钢合金而言，也可以有贝氏体。

在这种情况下，尤其是希望有结构的均匀性，同时，所需的机械性能的水平会因所处理的钢的不同类型而有显著的不同。

依照所需的性能，可按不同方式进行所说的冷却过程，但是，在所有的情况下，当在生产线上传送辊轧件时，会给该辊轧件以在空气中自然冷却所需要的时间，因此，会在稳定的结构中出现奥氏体的物相转变。

相反，在辊轧处理之后立即将所述产品汇集成诸如卷或盘之类密集结构的情况下，热对流和热幅射的表面的减小会使得冷却过程显著地减慢。

这就会从根本上改变辊轧件的热循环并且导致微观结构的改变，这种改变不可避免地影响辊轧件的最终性质。

更精确地说，可以有以下几种变化：存在物相的相对数量、辊轧件的微观结构以及晶粒的大小。这些变化会使得辊轧件的技术质量不能令人接受。

所以，就上述两类材料即必须要经历硬化和回火的产品以及不应获得代表着硬化的结构的产品而言，存在着共同的技术问题，这种问题会阻碍立即将辊轧件汇集成密集结构，相反，为了获得必要的质量和技术特性，需要进行很长一段自然空气冷却。

本申请人业已设计、测试并实施了本发明以便克服本技术现状中的缺点并获得更多的优点。

各个主权利要求说明了本发明，从属权利要求则说明了主实施例思想的变化形式。

本发明的目的是对离开辊轧系的产品进行热处理，从而能使所述产品汇集和设置成诸如卷、盘、束或捆之类的密集结构。

本发明的热处理可以避免必须过度保持上述材料／产品的温度所导致的负作用。这种热处理可以克服这样的缺点，这些缺点源于在将所述材料设置成密集结构时通过对流和辐射以及后续冷却的热交换的减少以及在将所述产品卷绕成密集结构时冷却时间的最终增加。

例如，本发明适用于具有任何剖面的线状或条状并具有广泛直径的长产品，本发明也适用于诸如片或条之类的扁平产品。

在基本相同的思想下，本发明适用于经历表面硬化处理然后回火的第一类材料以及不经历上述处理并且在其中不希望有表面硬化效果的第二类材料。

本发明能在辊轧件离开最后的辊道时将第一快速冷却步骤应用于该辊轧件，以便形成特征在于同质晶体结构的表面，而不论该表面在对辊轧件进行了表面硬化的情况下是马氏体还是在未进行表面硬化的情况下是奥氏体。

然后，本发明提供了露天(在空气中的)温度均等化步骤，然后是至少一个、最好是两个或四个中间冷却步骤，其中，将每个中间冷却步骤均设置成不会改变第一快速冷却步骤中形成的几乎没有变化的晶体表面结构。

上述中间冷却步骤的后面是简略的温度均等化部分，然后紧跟着是将辊轧件卷绕成卷或盘或者汇集成束或捆。

在将辊轧件汇集成密集形式的情况下可以完成稳定晶体结构中的变化。

依照本发明，就第一类材料而言，使离开辊轧系的产品经历快速冷却以及至少部分硬化这样的通常步骤，这就会使得在所述产品的表面上形成具有高稳定性的马氏体结构，并且，还使上述产品经历不同剖面深度上的温度均等化步骤。

依照本发明，在第一个阶段中利用至少一个步骤最好是二至四个冷却步骤中的冷却来中断位于快速冷却步骤之后的材料／产品的回火过程。

作为快速冷却处理之后的温度均等化步骤结束时回火过程中断的结果，从辊轧件核心到边缘的热传导仅会以最小限度的方式影响而改变出现在所述产品表面上的高稳定性马氏体结构。

依照本发明，可在冷却持续时间及强度方面对快速冷却步骤之后的冷却阶段进行调整，因此，不会改变业已形成在所述材料中的晶体结构。

所以，辊轧件尚未硬化的内部部分在任何情况下都会保持在形成有马氏体的高度之上，从而不会使外层即硬化区的厚度增加，这就会使得所述材料的最终抗拉强度与屈服点之比下降，也就是说，会降低所述材料的延展性。

而且，所述冷却站通过温度均等化区而彼此分开，这就能使所述材料充分地停留在内部形成马氏体的区域的上方。

后续的最终将辊轧件卷绕成密集盘可以为慢速冷却创造适当的条件，这些条件与预定和专门的温度值相配合可以按最佳的方式实现先前中断了的硬化外凸面的回火。

上述方法可用于包含有例如百分比为0．25至1．5％的锰和低碳含量的全饱和或半饱和钢。而且，依照在生产特种钢过程可以采用的一种变化形式，可以使用诸如钒和／或铌和／或钛之类的微键联成份(micro-binder)，以便增加钢的稳定性和表面硬度。

钢的低碳含量能确保所获得的制品是可完全焊接的。

就通常要经历受控冷却以便不获得代表硬化的结构的第二类材料而言，按临界速度以上的速度并以温度不会下降至形成马氏体水平以下的方式对离开辊轧床的辊轧件进行冷却。

所以，在第一冷却阶段中，可以除去显著的热量，但不会达到马氏体转换点。

根据所处理的钢的类型以及辊轧件剖面的尺寸，通过对冷却的强度和持续时间起作用，可以调节这一阶段所除去的热量。

在快速冷却之后，有温度均等化步骤，然后是至少一个或二至四个后续冷却站。

上述冷却站的特征在于，辊轧件的表面温度不会降至所处理的特种钢的贝氏体形成特征水平以下。

通过这种方式，可以为由珠光体和铁氧体均匀构成的晶体结构在最终产品中的晶核形成和生长创造适当的条件，而晶体结构的形成则是在所述产品卷绕成密集形式过程中和之后进行的。

利用上述冷却方法，可以使辊轧件的热交换最佳化。并且，可以控制第一阶段之后的冷却阶段以使获得最佳的卷绕温度。

这种温度构成了最终处理步骤的脱离点，所述最终处理步骤则包括慢速冷却卷线盘上的螺旋物。

在上述步骤中，温度必须能保证不会出现诸如晶粒过度生长之类的微观结构变坏的现象。

所述第二类材料包括低、中、高碳含量的钢、合金钢以及不锈钢。

利用上述热处理过程，可在不用延长冷却的情况下将辊轧产品直接送至将辊轧产品卷绕成密集结构的步骤，这就能极大地节省在生产线中占据的空间并减少存放上述产品所需的空间。

附图是作为非限制性实例而给出的并且按下述方式示出了本发明的实施例：

图1以图的形式示出了使用本发明的辊轧生产线的端部；

图2示出了温度／距离的曲线图，该曲线图参照图1示出了经历本发明热处理并属于经历硬化和回火的第一类材料的产品表面温度；

图3示出了温度／距离的曲线图，该曲线图参照图1示出了经历本发明热处理并属于不经历表面硬化的第二类材料的产品的一半半径周围的位置及核心处的表面温度；

图4示出了温度／时间的曲线图，该曲线图示出了未硬化并在750℃下卷绕的产品的核心的不同位置的温度。

图1中端部部分所示的辊轧生产线10包括一快速冷却组件11，它设置在辊轧件13以最终形式离开的辊轧系12的出口处。

就具有低碳含量的钢或包含有诸如钒和／或铌和／或钛之类微键联成份的特种钢而言，快速冷却组件11对辊轧件13进行硬化处理，以便确定非常小的马氏体结构的外表面上的结构，同时，在正下方的层次中形成贝氏体结构，并且，在核心中形成有较小稳定性但有很大韧性的珠光体结构。

以能够除去很大热量的方式进行上述冷却处理及硬化(见图2，图2示出了在快速冷却组件11内辊轧件13的表面温度是如何从约1000℃到达200℃的)，以便能进行如前所述的金相转换。

快速冷却部分11的后面是由至少露天进行部分温度均等化部分14，其中，辊轧件13在其中开始因热从核心逐渐传到表面而开始回火。

依照本发明，在距快速冷却组件11的预定距离处有一第一冷却站15a。第一冷却站15a使辊轧件13的回火停止，因此，不会改变出现在所述表面上的马氏体结构。

如图2所示，第一冷却站15a会使温度从约650℃减少至300℃左右的值。

在因来自辊轧件13的热量的逐渐传播而使表面温度增加的简略露天温度均等化部分之后有一第二冷却站15b，它位于生产线10上，通过上述第二冷却站，所述表面温度会再次回到约300℃的值。

第二冷却站15b的后面也是一简略的露天温度均等化部分，然后是一第三冷却站15c，通过该第三冷却站，辊轧件13的表面温度会再次回到这种情况下约为300℃的值。

冷却站系列15a、15b、15c用于中断回火过程的进行，以便阻止传自辊轧件13的核心的热量去改变业已形成在辊轧件13表面上的马氏体结构。

在任何情况下都有的多个冷却站及较低的温度减少可以阻止马氏体表面层的深度增加，从而使晶体结构基本上没有改变并同它在组件11所进行的快速冷却处理和硬化的出口处所形成的一样。

根据所述产品的剖面尺寸及化学成份对冷却站15a、15b、15c设置冷却持续时间和强度，因此，在这种情况下，所述表面温度不会显著地降至300℃以下，从而如前所述那样不会改变晶体结构并且还能避免在辊轧件13的内部形成马氏体，这就能兼顾到所述产品的延展性。

而且，对上述冷却站进行设置，因此，当辊轧件卷绕到相对的卷绕组件16上时，辊轧件13的表面温度有一定的值，该值不小于一预定值，在这种情况下，所说的值在约420℃与570℃之间。

上述温度值用于确保：即使在因将辊轧件13以密集的形式卷绕到卷绕组件16上而有源于对流和幅射的有限热交换的状态下，冷却时间的减慢不会使具体在辊轧件13的马氏体表面结构上的整个晶体结构有所改变并且不会对其有负作用。

快速冷却步骤与卷绕辊轧件13之间的一系列冷却站15a、15b和15c会避免需要一冷却床上的冷却步骤，就存放所述材料的空间，生产线占据的空间以及获得最终产品所需的整个时间而言，这一点有显著的优点。

就不需进行表面硬化处理的具有低、中或高碳含量的钢而言，对快速冷却组件进行预置以使辊轧件13的表面有一定的温度值，该温度不小于形成马氏体时的温度。

在这种情况(图3)下，辊轧件13的表面温度具有不小于500℃的值，因此，不会改变基本上是同质的奥氏体结构。

露天部分14的功能是使核心和表面的温度相同，同时，就冷却的持续时间和强度而言，可以按能使辊轧件13的表面温度不会降至形成贝氏体的温度或者在任何情况下该表面温度都不会达到开始改变进入上述部分14内的辊轧件13的奥氏结构的温度的方式来设置和调节与后续冷却站15b和15c相似的第一中间冷却站15a。

从图3的曲线图中可以看出，在通过短的温度均等化部分而彼此相间隔的所有中间冷却站15a、15b、15c中，辊轧件13的温度会降至约600℃的值，在该温度下，不会开始改变上述晶体结构。

所以，后面是同样短的温度均等化部分的短冷却循环可用于逐渐降低辊轧件的温度，从而使具有有限值的温度突然改变，其中，辊轧件13的晶体结构不会以显著的方式改变。

当辊轧件13离开最后的冷却站15c时，该辊轧件13的表面温度会降至一定的值，这就会在将辊轧件13卷绕成卷绕组件16上的密集形式时获得650℃至750℃的温度。

同时，可完成所说的冷却，并且，在辊轧件13卷绕成例如卷绕组件16的密集结构的情况下，会在稳定的结构中改变奥氏体，其中，所说的内部与外部之间以及所说的卷或盘的顶部与底部之间性质会有显著的差别。

图4示出了曲线图的一个实例，它说明了直径为10mm重量为2400kg的卷绕的圆形工件的五个区域即内部、下部、外部和上部及核心处的该工件的冷却曲线。

y坐标示出了温度，x坐标示出了时间。

Claims (12)

1．一种用于对离开辊轧系(12)的辊轧件进行热处理的方法，其中，辊轧件(13)在位于紧挨着最后轧道下游处的快速冷却组件(11)内经受快速冷却处理，第一冷却步骤的后面是在空气中的的温度均等化步骤并且在排出和汇集之前至少后面是一第二冷却处理步骤，所述方法的特征在于，对上述在空气中的温度均等化步骤和至少第二冷却处理进行设置以便不改变在第一冷却处理的出口处已经形成了的辊轧件(13)的表面和内部的晶体结构，上述至少的第二冷却处理的后面是一短的在空气中的温度均等化部分，然后紧跟着是将辊轧件(13)汇集成诸如卷、盘、束或捆之类的密集形式，其中，汇集成密集形式的辊轧件的慢速冷却会导致稳定结构中的晶体结构的变化。

2．如权利要求1的方法，其特征在于，在所述快速冷却步骤与汇集成密集形式之间的部分中，辊轧件(13)要经历二至四个中间冷却阶段。

3．如权利要求1或2的方法，用于对辊轧钢产品进行热处理，所述钢产品具有低碳含量、是脱氧或半脱氧钢、具有0．25至1．5％之间的锰含量，所述方法的特征在于，对上述第一快速冷却处理进行设置以便形成马氏体表面结构，贝氏体子表面结构以及内部珠光体结构，所述第一快速冷却处理的后面是在空气中的温度均等化步骤以及表面回火，在马氏体表面结构变质之前会于至少一个中间冷却台(15a)中停止表面回火，以不会改变内部晶体表面并且至少能阻止在辊轧件(13)的内部形成马氏体结构的方式设置上述至少一个冷却站(15a)，所述至少一个冷却站(15a)的后面是一简略的在空气中的温度均等化部分然后紧跟着是将辊轧件(13)汇集成密集形式。

4．如权利要求3的方法，其特征在于，在已将辊轧件(13)设置成密集形式的情况下进行具有马氏体结构的辊轧件(13)的表面回火。

5．如权利要求3或4的方法，其特征在于，该方法提供了多个中间冷却站(15a、15b、15c)，在每个中间冷却站中，辊轧件(13)的表面温度都会降至不低于300℃的值，以便保持前述贝氏体子表面的晶体结构以及内部珠光体结构。

6．如权利要求3至5的任何一个的方法，其特征在于，在汇集成密集形式的上游处的最后冷却站(15c)会使辊轧件(13)的表面温度下降，以便在辊轧件卷绕成卷绕组件(16)上的密集形式时获得420℃至570℃之间的辊轧件(13)的表面温度。

7．如权利要求3至6的任何一个的方法，其特征在于，该方法适用于加有诸如钒和／或铌和／或钛之类微结合物的钢。

8．如权利要求1或2的方法，用于对带有中或高碳含量的辊轧钢产品，钢合金或不锈钢进行热处理，其特征在于，对所述第一快速冷却处理进行设置，以便按高于临界硬化速度的速度冷却辊轧件并且使辊轧件(13)的表面温度达到一定的值，该值不小于奥氏结构变成马氏体时的温度，所述第一快速冷却处理的后面是在空气中的温度均等化步骤，而此步骤的后面是至少一个中间冷却站(15a)，按不使表面温度降至形成贝氏体的温度以下的方式设置前述至少一个冷却台(15a)，所述至少一个冷却站(15a)的后面是一简略的在空气中的温度均等化部分，然后紧接着是将辊轧件(13)汇集成密集形式。

9．如权利要求8的方法，其特征在于，在将辊轧件(13)汇集成密集形式的情况下改变稳定结构中的奥氏体。

10．如权利要求8或9的方法，其特征在于，该方法提供了多个中间冷却站(15a、15b、15c)，在每个中间冷却站中，辊轧件(13)的表面温度均会下降至一定的值，该值不小于所处理的特种钢的上限即特性温度，在该上限温度下，奥氏体会变成贝氏体。

11．如权利要求8至10中任何一个的方法，其特征在于，在汇集成密集形式的上游处的最后冷却站(15c)会使辊轧件(13)的表面温度下降，以便在辊轧件卷绕成卷绕组件(16)上的密集形式时获得650℃至750℃之间的辊轧件(13)的表面温度。

12．一种用于对离开辊轧系(12)的辊轧件进行热处理的设备，该设备的特征在于，它包括一快速冷却组件(11)，此组件位于紧挨着最后轧道的下游的位置处，并能在上述辊轧件中形成一预定的晶体表面结构，所述快速冷却组件(11)的后面是一在空气中的温度均等化部分(14)以及一至四个冷却站(15a、15b、15c)，均可按不会改变在快速冷却组件(11)的出口处已经形成了的并且保持几乎没有变化的晶体表面结构的方式对每个冷却站(15a、15b、15c)进行设置，所述冷却站(15a、15b、15c)的后面是一简略的在空气中的温度均等化部分以及直接将辊轧件(13)汇集成密集形式。

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