[发明专利]一种优碳钢材在线预测与控制组织索氏体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工业技术领域，特别是涉及一种优碳钢材在线预测与控制组织索氏化方法。

背景技术

中国的冶金工业生产，特别是钢材线材的生产，随着中国经济近20年的快速发展而跳跃发展，产量不断增加，据不完全统计，我国目前有引进和国产高速线材生产线100多条，其生产着大量的线材产品。

在现有的生产工艺中，许多线材制品厂为了降低生产成本，取消了线材再加工前的一些热处理工序，对线材盘条不经过热处理而直接拉拨，这样就要求线材盘条本身拉拨性能很好。

根据大量的研究资料表明：优碳线材盘条的拉拨性能与其组织索氏体化有直接关系，组织索氏体化越高其拉拨性能越好，拉拨过程越不容易断裂。

一般地，在热轧后，都要对钢材进行的旨在控制相变组织和提高钢材力学性能的冷却。控制冷却是在精轧机后设置一个一定长度的冷却带，钢材热轧后通过冷却带，按冷却方法进行冷却。冷却方法根据钢的化学成分和对钢材的组织性能的要求决定。

轧后控制冷却线由穿水冷却和散卷冷却两部分组成。线材精轧机轧出的线材温度一般为950-1100℃，进入穿水冷却段，经过水冷→恢复→再水冷→再恢复→再水冷的过程，使线材温度急剧降低至750-900℃，这不仅可使轧制后形成的细粒奥氏体组织经急冷后留下来，为相变提供合适的细粒组织和温度条件，同时避免了线材在易于氧化的高温状态停留，减少了二次氧化铁皮的生成。

线材成圈后，散布于冷却运输机上进行二次控制冷却，实现线材的组织转变。根据钢种的不同，须采用不同的二次控制冷却。按控制原理分，现代最常用的有三种控冷方式：标准型、延迟型和缓慢型。对于中碳钢、高碳钢和部分弹簧钢等，控冷的目的是要获得易于拉拔的细粒状珠光体即索氏体组织和良好的综合机械性能，在二次冷却中需要有较快的冷却速度，则采用标准型冷却方式，在运输机下设有冷却风机，对线材进行强迫风冷；对于用于深加工的低碳钢类(如焊条钢、冷镦钢等)来说，理想的显微组织是由粗大而均匀的铁素体晶粒和分散的少量珠光体组成，并具有较低的抗拉强度。如果采用快速冷却，将使晶粒细化、强度增大，同时易形成网状碳化物组织，使拉拔性能变坏，这类钢应采用延迟型冷却方式，在散冷辊道上加设保温罩，降低线材冷却速度，达到缓冷目的。对于马氏体和莱氏体类钢(例如高速工具钢、马氏体不锈钢等)，为了消耗白点和避免在冷却过程中由于热应力与组织应力而造成的裂纹，需要缓慢冷却，使用变在接近恒温的条件下进行，因此须采用缓慢型冷却方式，在散冷辊道上加设保温罩，并进行加热保温。

通常，控制冷却的方法根据钢材冷却的3个阶段而有所不同：

(1)第一阶段——从终轧到Ar3温度区间。

终轧后，特别是在奥氏体未再结晶区轧制后，在奥氏体内产生了大量位错和变形带，奥氏体晶粒产生了很大变形。在相变前如进行一定强度的冷却，既可阻止在高温下奥氏体晶粒的长大，又可阻止碳化物过早析出，同时也可适当固定位错，增加相变的过冷度，为变形奥氏体以后的相变作好组织上的准备。

(2)第二阶段——从Ar3到以后的相变温度区间。在此温度区间奥氏体发生相变。冷却速度在这个温度区间起着决定的作用。在得到铁素体(F)与珠光体(P，)的范围内，冷却速度越大，得到的珠光体比例越多，珠光体的片层间距也越小。如果冷却速度超过临界速度，则可得到贝氏体(B)或马氏体(M)组织。在得到铁素体(F)+珠光体(B)的范围内冷却速度越大，得到的贝氏体比例越大，贝氏体组织也越细小。在第二阶段，选择适当的冷却速度是非常重要的。而冷却速度的选择则要根据钢的化学成分和所要求的钢材性能来决定。

(3)第三阶段——第二阶段后的空冷。空冷主要起自回火和消除由前段快冷产生的应力的作用，也有增大析出强化和使相变组织均匀化的作用。

经控制冷却的钢材线材盘条，其强度和韧性都有提高，尤其是强度提高很大。与控制轧制钢材相比，控制冷却钢材的强度提高量(Δσs，Δσb)可近似用下式表示：

Δσs＝Ky(Δd-1/2)+Δσppt+α

Δσb＝K(Δd-1/2)+Δσppt’+KBfB+β

式中Ky，K为霍尔一佩奇(Hall-Petch)公式中与晶粒度有关的系数；d为铁素体晶粒直径；KB为贝氏体的强化系数；fB为贝氏体体积百分数，％；Δσppt、Δσppt’为由控制冷却产生的析出强化的增大量；α、β为修正量。