CN1232661C - 工件且尤其由钢轨钢构成的型钢轧件的冷却方法 - Google Patents
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Abstract
为了在冷却后制造出尤其具有细珠光体组织或铁素体/珠光体组织的且由钢轨钢构成的型钢轧件而提出，使工件经过一个冷却段，它包括多个独立的并具有可独立调节的冷却参数的冷却模块(2a-e)，其中在冷却模块(2a-e)之间设有用于消除组织应力的中间区(5a-e)，这些中间区具有用于确定在所述中间区(5a-e)内的各工件的实际温度(TIST)的装置，其中根据在一中间区(5a-e)内的工件的各实际温度值(TIST)拉一调整至少各后续冷却模块(2b-e)的特殊冷却参数且尤其是冷却强度，以便在经过冷却段(1)的整个过程里确保规定的工件温度，在这里，该工件的规定温度(TSOLL)总是在一个形成贝氏体的临界温度之上。
Description
技术领域
本发明涉及工件冷却方法，尤其是用于冷却具有细珠光体组织或铁素体/珠光体组织的、由钢轨钢构成的轧件且在这里是型钢轧件的方法，其中使热的工件即具有奥氏体组织的工件经过一个具有一入口区和一出口区的冷却段并接受一冷却作业，在这种情况下经历了变为珠光体组织或铁素体/珠光体组织的转变。
背景技术
钢轨钢主要用于制造钢轨及其连接件和固定件。通过轮子作用于钢轨的垂直力和侧向力如法向力、导向力、加速力和制动力在直接作用区内造成很高的动态负荷并且一般导致钢材塑性变形。这种负荷引起呈材料滑移、磨损、材料断裂、局部材料疲劳或裂纹形式的损耗现象。钢轨耐损耗现象能力的提高可以通过与尽可能细条纹状珠光体组织有关地提高钢轨的拉伸极限和抗拉强度及其疲劳强度来获得。
根据现有技术，钢轨钢在冷床上在普通冷却条件下完成了变为珠光体组织的转变。在这种情况下，具有铁素体-珠光体组织的钢轨钢具有700-900N/mm2的抗拉强度，而具有珠光体组织的钢获得超过900N/mm2的抗拉强度值。钢轨钢的主要性能由铁素体/珠光体组织的数量及其形态结构来决定。层间距在珠光体钢和铁素体/珠光体钢中都扮演了一个角色。
EP0725152A1公开了一种冷却热轧钢轨型材的方法和装置。借助一个计算机系统，计算出适应于型钢几何形状的冷却功率，在这里，尤其是要与轨足相比地考虑到轨头几何形状。于是，该冷却是这样进行的，即在轨头和轨足内的组织变为铁素体和/或珠光体的转变是在时间上相差无几的情况下完成的，以避免钢轨翘曲。
US-A-4486248也涉及钢轨型材的冷却。在该方法中，主要冷却轨头。在相接的中间区内发生了利用轨足部内的余热的重新加热。作为目标组织，应该调节出贝氏体的体积数量很少的珠光体组织。
最后，US4638851涉及金属带的冷却，它例如是在连续的带材调质或带材电镀中。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于制造工件且尤其是由钢轨钢构成的型钢轧件的方法，该工件具有改善的机械性能以及细条状珠光体组织或铁素体/珠光体组织。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的方法来完成。在从属权利要求中描述了有利的改进方法。
根据该方法而提出了，使该工件且例如是轧件或也可能是连铸型材从(轧制)热态开始经过一个冷却段，该冷却段包括多个独立的并具有可彼此无关地调定的冷却参数的冷却模块，其中在冷却模块之间有用于均热或用于消除热应力的多个中间区，这些中间区具有确定在这些中间区内的各工件实际温度的装置，在这里，根据一个中间区或每个中间区的各自实际温度值来调整至少各自后续的冷却模块的特定冷却参数且尤其是冷却强度，以便在经过冷却段的整个过程中调节出工件的一个规定的(表面)温度，其中该工件的规定温度在一个形成贝氏体组织的组织成分的临界温度之上。
因而，本发明的基本构想就是按照这样的措施在一冷却段中控制由钢轨钢构成的工件的冷却，即由钢轨钢构成的工件的表面温度如此降低，从而出现了理想的珠光体组织或铁素体/珠光体组织，其中通过经过消除应力阶段以及最好在每个中间区内的温度状况的连续检查和或许各冷却模块的冷却参数的调整而保证了，温度不低于一个临界温度并因而过冷没有强烈到出现贝氏体转变并因而形成不希望有的贝氏体组织成分的程度。
该冷却过程与连续的冷却模块有关地包括多个冷却步骤并且与用于消除组织应力的中间区有关地包括多个重新加热时间段和/或多个保温时间段和/或多个环冷时间段。在这种情况下，工件可以在所有中间区内经过一个相同的应力消除时间段或者在各个不同的中间区内经过不同的应力消除时间段。在这里，重新加热或是通过尚残留在工件内的余热来完成，和/或通过外部供热来完成。这样一来，调整出大致成锯齿形的冷却曲线，它对要获得的最终组织和进而对机械性能产生有利地影响。如此抑制贝氏体的生成，即调整冷却段的参数，从而在冷却作业的任何时刻都不会形成贝氏体。
本发明也包含了这样的措施，即这些中间区被用于在整个工件且尤其是轧件的整个分为内进行均热，或者被用于冷却速度缓慢地进行冷却。
最好根据每个中间区的各自测定的实际温度值来调整各后续冷却区的特定冷却参数并同时调整在前冷却模块的冷却参数。这意味着，只要工件或轧件偏离了一个应该在某个时刻或一个中间区内出现的预定的理论温度，则通过在后续冷却模块中特殊地改变冷却参数，该工件或轧件被重新调整到理论温度，并且为了后续的工件而同时调整在前的冷却模块。
最好在中间区末端即在组织应力消除区的末端测量工件表面温度。在中间区内的温度测量也可被用于质量监测。
根据一个优选的实施例借助一个非接触式光学测量仪即借助一个高温计来进行该表面温度测量。
最好借助压力控制来完成冷却参数且在这里尤其是冷却强度的控制，所述压力就是冷却介质以之喷射到工件表面的压力，和/或通过可控地调整冷却介质温度和/或借助通过选择冷却喷嘴几何形状来可控地调整冷却介质的体积流量来进行上述冷却参数调整。作为冷却介质，优先考虑冷却水。
压力控制最好通过在通向喷嘴的输送管路中的一个压力调节阀来进行，这些喷嘴安置在喷水冷却梁上。冷却强度也可以通过控制每个喷水冷却梁或每个冷却梁装置的不同喷嘴数量来实现。
根据冷却介质温度控制的一个特别优选的实施例而规定了，冷却介质且尤其是冷却水在喷到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不会或很晚才会出现低于莱顿夫罗斯特温度。
莱顿夫罗斯现象是指，当有关物体的温度高于液体的气化温度时出现的液体不能使用的状态。水例如通过水蒸汽构成的气体外层而无法继续蒸发并因而在一段时间里丧失了冷却作用。冷却水的预运行温度可以影响到莱顿夫罗斯特温度。莱顿夫罗斯特温度随着冷却水预运行温度的升高而提高，冷却效果减弱。为了不低于或很晚之后才会低于莱顿夫罗斯特温度而规定了预热冷却水。这带来的好处就是冷却减弱并因而更好地可以重现。
根据一个优选的方法步骤，在工件进入冷却段之前或之时测量工件温度，该温度值被用于预设定冷却参数，以实现各冷却模块的冷却参数的预调节，尤其是冷却介质以之喷射到工件表面上的压力的调定。
附图说明
从从属权利要求和后续的说明书中得到了本发明的其它细节和优点，在后续说明书中，详细描述了本发明的如图所示的实施例。此外，除了上述的特征组合方式外，这些特征单独地或在其它组合方式的情况下也对本发明很重要，附图所示为：
图1是一冷却段的示意概括图，在该冷却段中进行本发明的方法；
图2表示一条温度-时间曲线，它包括在一个普通钢轨钢的轨头之内和之上的五个测量点的冷却曲线，该钢轨钢含有约0.8％的碳和1.0％的锰并且按照方法在一冷却段里遇到这样一条冷却曲线，即没有低于贝氏体温度；
图3对照地示出了一个不受控制的冷却过程的五条冷却曲线的温度-时间曲线，在该冷却过程中低于了贝氏体温度。
具体实施方式
图1所示的冷却段1与一个型钢轧机机列(未示出)如一个用于由钢轨钢制成的轨梁型钢的轧机机组相接。在所示实施例中，冷却段1包括五个冷却模块2a-e，但该冷却段不局限于这样的冷却模块数量。各冷却模块2a-e例如是这样构成的，即它们包括一个或多个喷水冷却梁或冷却喷嘴装置。从各喷嘴中喷出的冷却水的压力可以各自通过一个压力调节阀3a-e来调节。实际压力借助压力测量仪4a-e来测量。在各冷却模块2a-e之间设有中间区5a-e。分别在中间区5a-e的端部上，设有一个用于非接触地光学测量在该中间区内的轧件的表面温度的高温计，在这里，要测量钢轨型材的轨头的表面温度。
在冷却段1的入口区(12)或起点的第一冷却模块2a的前面，设有一个附加的高温计6f。各高温计6a-f通过信号线路7a-g与一台计算机8连接。计算机8通过相应的控制线路9a-e来连接，以便改变冷却介质喷嘴的各调节阀3a-e。冷却介质且尤其是冷却水(KW)通过一个带排出管路10a-e的共用输送管10被送往各冷却模块2a-e。为了调节压力值，也设置了一条包括计算机8的压力测量仪4a-e的控制环路。
以下要描述工作过程。在轧制型钢如钢轨进入冷却段之前，借助第一高温计6f如一个双色高温计来获取实际的表面温度值。这个第一表面温度值被传输给计算机8，该计算机已经根据该独立的值启动了各调节阀的预调操作(预设定)，以便调节出冷却水压力以及冷却水温度。在经过第一模块2a并完成第一冷却步骤之后，钢轨进入第一中间区5a，在该区域里完成组织的消除应力阶段。在第一中间区5a的末端，借助一个第二高温计6a如一个双色高温计来进行再次的表面温度测量(TIST)。所获得的实际值通过信号线路7a和7g被传输给计算机8并且在该计算机中进行理论值(TSOLL)与实际值(TIST)的差值计算。在这种情况下，理论值总是在可以出现贝氏体的材料特定温度之上。该理论值与合金化情况有关并且可以通过实验求出。用于在钢轨钢的冷却作业中不应超过的临界温度的参考值约为400-500℃。
只要在实际值和理论值之间存在差值，则后面的那个或多个冷却模块的冷却参数，在这里是喷射冷却水的压力就要通过改变压力调节阀3a-e来调整。在这种情况下，根据所测的实际压力值来连续调整压力值。
所述调整操作根据在每个其它的中间区5b-e中测得的温度值重复进行。同时，最好还规定以下措施，即不仅后面的那个冷却模块，而且在前面的一个或多个冷却模块也为了随后要冷却的轧件进行调整。
图2、3借助温度时间图来表示经过调整或不进行调整的轨头的冷却曲线，该轨头由含碳量为0.8％的材料构成。术语C80W60或C80W65表明了，在轨头芯部的冷却速度(例如，按照AREA136的钢轨形状[美国铁路工程协会供货协定])比在边缘区内的冷却速度高不了许多，因此，在芯部区域里，在较高温度下发生了从奥氏体到珠光体或铁素体-珠光体的转变。
在轨头的五个不同的测量点上求出随时间的温度曲线。在这里，1是在轨头芯部中的一个测量点，2是在表面之下5毫米处的一个测量点，3是在侧面之下5毫米处的一个测量点，4是在侧表面之上的一个测量点，5是在轨头表面上的一个测量点。如图所示，轨头组织没有在任何点上在任何时刻因冷却而经历了可能形成贝氏体的过冷。
该模拟的冷却段可以通过五个模块来单独调整。图2中的这些冷却曲线表明了，绝不会低于将形成贝氏体的临界温度。在表示轨头表面冷却情况的冷却曲线4、5上，可以看到借助在中间区和均温区里的再加热的锯齿形冷却曲线。
相反，图3示出了有五个不可单独调节的冷却模块的冷却段，因此，在轨头的靠近表面的区域(曲线4、5)中出现了低于贝氏体温度的现象。
通过所提出的方法实现了，当钢轨钢从轧制热开始变冷时，可以调整出细珠光体组织或铁素体/珠光体组织，而同时不会出现不利地影响到机械性能且尤其是耐磨性能的贝氏体成分。
Claims (23)
1、冷却具有细珠光体组织或铁素体/珠光体组织的工件且尤其是由钢轨钢构成的型钢轧件的方法，其中使该炽热的工件经过一个有一入口区(12)和一出口区的冷却段(1)并接受冷却作业，在这种情况下经历了变为珠光体组织或铁素体/珠光体组织的转变，其特征在于，使该工件经过这样的冷却段，即该冷却段包括多个独立的、在冷却段长度范围里前后布置的并具有可独立调整的冷却参数的冷却模块(2a-e)，其中在这些冷却模块(2a-e)之间有用于消除组织应力的中间区(5a-e)，这些中间区具有用于确定在这些中间区(5a-e)中的各轧件的实际温度(TIST)的装置，在这里，根据在一个中间区(5a-e)中的该工件的当时的实际温度值(TIST)来控制至少各后续的冷却模块(2b-e)的特定冷却参数且尤其是冷却强度，以便在经过冷却段(1)的整个过程里确保该工件的一个规定温度，其中该工件的所述规定温度(TSOLL)总是在一个形成贝氏体组织成分的临界温度之上。
2、如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，该冷却过程本身与连续的冷却模块有关地由多个冷却步骤构成并且与用于消除组织应力的连续中间区有关地由重新加热的时间段和/或保温的时间段和/或缓慢冷却的时间段组成。
3、如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，与一个或每一个中间区(5a-e)的各自测定的实际温度值(TIST)有关地控制各后续的冷却模块(2a-e)的特定冷却参数并同时控制在前的冷却模块(2a-d)的冷却参数。
4、如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，与一个或每一个中间区(5a-e)的各自测定的实际温度值(TIST)有关地控制各后续的冷却模块(2a-e)的特定冷却参数并同时控制在前的冷却模块(2a-d)的冷却参数。
5、如权利要求1至4之一所述的冷却方法，其特征在于，在中间区(5a-e)的末端测量工件表面温度。
6、如权利要求1至4之一所述的冷却方法，其特征在于，借助一个非接触式光学测量仪来进行该实际温度测量(TIST)。
7、如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，借助一个非接触式光学测量仪来进行该实际温度测量(TIST)。
8、如权利要求1至4之一所述的冷却方法，其特征在于，借助冷却介质的压力控制和/或温度控制来获得冷却参数且尤其是冷却强度的控制。
9、如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，借助冷却介质的压力控制和/或温度控制来获得冷却参数且尤其是冷却强度的控制。
10、如权利要求6所述的冷却方法，其特征在于，借助冷却介质的压力控制和/或温度控制来获得冷却参数且尤其是冷却强度的控制。
11、如权利要求1至4之一所述的冷却方法，其特征在于，该冷却介质且尤其是冷却水在喷射到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不低于莱顿夫罗斯特温度或者比冷却介质未预热时更晚地低于该莱顿夫罗斯特温度。
12、如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，该冷却介质且尤其是冷却水在喷射到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不低于莱顿夫罗斯特温度或者比冷却介质未预热时更晚地低于该莱顿夫罗斯特温度。
13、如权利要求6所述的冷却方法，其特征在于，该冷却介质且尤其是冷却水在喷射到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不低于莱顿夫罗斯特温度或者比冷却介质未预热时更晚地低于该莱顿夫罗斯特温度。
14、如权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，该冷却介质且尤其是冷却水在喷射到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不低于莱顿夫罗斯特温度或者比冷却介质未预热时更晚地低于该莱顿夫罗斯特温度。
15、如权利要求7、9或者10所述的冷却方法，其特征在于，该冷却介质且尤其是冷却水在喷射到工件表面上之前被预热到这样的程度，即不低于莱顿夫罗斯特温度或者比冷却介质未预热时更晚地低于该莱顿夫罗斯特温度。
16、如权利要求1至4之一所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
17、如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
18、如权利要求6所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
19、如权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
20、如权利要求11所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
21、如权利要求15所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
22、如权利要求12至14之一所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
23、如权利要求7、9或者10所述的冷却方法，其特征在于，在进入冷却段(1)之前或之时测量工件温度，并且将该温度值用于预设定各冷却模块的冷却参数。
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