[发明专利]空气冷却热轧钢线材的方法和设备

说明书

本发明一般地涉及热轧钢产品，例如线材以及诸如此类的产品，在直接轧制操作工序以后的控制冷却，这种控制冷却的目的是获得预定的金属性能，本发明特别涉及提高上述产品的空气冷却速度的方法和设备。

在直接轧制工序之后的热轧线材钢的控制空气冷却大约始于二十年以前第3，231，432号美国专利（Mclean）中所描述的方法。这种方法包括热轧线材以及在热轧之后以张开的圈的形式直接将其卷绕在开式运输机上，此时钢的显微结构仍然呈高度均匀状态和相对小的奥氏体晶粒尺寸。当该线材圈沿运输机移动时，它被空气冷却，完成同素异性转变。这样形成的显微结构足以与依靠空气或铅浴处理所获得的显微结构相当，从而在其后不需要附加的热处理即可把线材加工为成品，例如拉成丝。

在早期的这种加工设备中，采用链式运输机，但是由于线材圈在位于链子之间的固定支承轨道上被牵引时可能受到擦伤，以及由于延伸区域与上述轨道接触导致不均匀冷却，人们已经最终放弃在大范围内使用链式运输机，而采用例如第3，930，900号美国专利（Wilson）中所示类型的辊式运输机了。在这种运输机中，线材圈在被驱动的辊子上移动，辊子之间设置有空气喷嘴，以便向上吹冷却空气通过线材圈。在这种类型的设备上加工的线材尺寸一般在直径约为5～19mm范围内，图1的曲线X₁和X₂表示在约为7″～10″之间的静水压下能达到的标准冷却速度。曲线X₁表示运输机边部的冷却速度，与运输机的中央部位相比较，重叠的线材圈在该运输机的边部的堆积密度比较大。线材圈在运输机中央的密度比较小，冷却速度比较快，如曲线X₂所示。曲线X₁、X₂之间的垂直距离表示特定尺寸线材所经受的冷却的不均匀性。可以看出，随着线材尺寸的增大，冷却速度降低，这是由于表面积与体积之比减小的缘故，而这正是较大尺寸线材的特点。对于高炭钢，例如AISI1085，图2的曲线“X”描绘了图1的曲线X₁、X₂产生的平均抗拉强度。与图2中的曲线“Z”描绘的用传统的铅浴处理可获得的抗拉强度相比较，对于所有尺寸的线材，曲线X描绘的结果一律比较低。

通过把空气冷却喷嘴设置在运输机辊子的正下方，人们已经获得了在冷却的均匀性和操作的灵活性方面的改进，例如在第4，448，401号美国专利（Jalil等）中所表示的那样。但是，如果不大大地增加空气静压力-这当然要增大功耗和加工成本-上述装置是不会使线材圈的冷却速度增加的。

人们也已经在采用水作为冷却介质来提高冷卸速度方面进行了努力。例如，见第4，395，022号美国专利（Paulus等），该专利中描述了依靠浸入水槽来冷却包括线材的热轧钢产品的一种设备。据报道，靠水浸冷却已经获得了一定的加速冷却，改善了较大尺寸线材的抗拉性能。但是，均匀的冷却结果是难以获得的。这是由于难以保持水的最佳化学性质，问题在于需要从水槽中不断地清除污物、轧屑等杂质。人们还进行了喷水冷却试验，但是再次证明均匀性是难以掌握的。

因此，图1的冷却曲线X₁X₂以及由此所得到的图2的平均抗拉强度X仍然能够反映出目前工业实际中在直接轧制操作工序以后快速冷却热轧钢线材时的特点。

这已迫使一部分线材生产厂家做了某些妥协。特别是，在生产尺寸小于大约9mm的线材时，认为曲线X的平均抗拉强度在大多数工业用途方面是合格的，尽管这一抗拉强度大大低于通过例如铅浴这种轧线外的处理所能够获得的抗拉强度（曲线Z）。不过，在生产尺寸为9mm以及9mm以上的线材时，曲线X的抗拉强度被认为是不合格的，因此大多数轧钢厂或者是以比较大的减径量拉丝，或者采用合金元素以提高钢的淬硬性，或者借助于轧线外的铅浴或盐浴热处理，第一种方案产生混合的结果，第二种和第三种方案大大地增加了每吨线材的成本。

因此，可以看出，在加工9至19mm范围的较大尺寸的线材时，现有技术已经不能很好地满足工业上的要求。

本发明的主要目的是提供一种方法和设备，这种方法和设备可以大大地提高偏置重叠的热轧钢线材圈在辊式运输机上空气冷却的速度，从而能够把合格的高抗拉强度赋予比较大直径的线材。