[发明专利]异型钢梁的冷却方法

说明书

本发明涉及一种从轧制温度起开始冷却型钢、特别是冷却异型钢梁的方法。

型钢的轧后冷却，如工字梁、槽钢、角钢、T型梁等异型钢梁的轧后冷却通常是借助冷床进行的。当停留在冷床上时，由于对异型钢梁和棒材进行了非控制的且往往是不利的空冷，在大多数情况下对平直度和内应力状况不可避免地产生了负影响。平直度或自身形状原本就与内应力状况密切相关。这两个从整体反映异型钢梁质量的标准与带材轧制中的带材平坦度有些相似。可是，优良的平坦度的重要性在带材轧制中主要表现在几何形状方面，而对刚性较大的型钢来说，截面内的纤维的长短差异可能只表现为弯曲，但在某些情况下，它一定会因内应力而导致承载能力显著降低。除了在外负荷作用下的承载能力有所下降外，由于由此造成对平衡状况的破坏，所以带内应力的构件在加工中还会出现较大变形，它还易于在内应力相差很大的区域内产生裂纹。例如，特别是在工字梁中，在从腹部至翼缘的过渡区内可能出现裂纹。

以下涉及内应力产生原理的考虑和认识是本发明的基础：经轧制的异型钢梁在伸长非常均匀分布的情况下离开终轧机架，这意味着钢梁或棒材是平直的而没有带波形的部位。在动态再结晶材料的情况下，由于温度水平高，棒材/钢梁也几乎无内应力。但在受抑制的动态再结晶中-这是一个热力学轧制的重要前提-出现了内应力情况，这种内应力对终轧道次压下来说是常见的。

通常，终轧道次后的温度分布很不均匀；特别是在材料聚集部位，型材冷却度低于薄壁部位的冷却度。无论热的起始状况如何，型钢都受到很不均匀的空冷。由此引起的长度热变差异必须通过弹性伸长或甚至通过弹性-范性伸长予以补偿，随之而来的是不可避免地同时产生的应力。温度越高，应力就越快地通过松弛而降低，即通过一个与同时进行的应力退火相似的过程降低应力。但由于此过程比长度热变进展得慢，所以型钢最终在高温段内仍有内应力。在非对称冷却条件下或在型材非对称形状的情况下，轧制棒材通过产生的变形在一定条件下变成一种内力矩为零的形状，除非外力如重力、摩擦力或者如由矫直台施加的矫直力妨碍了棒材变形。

如果一束纤维或型钢的一部分进入γ-α组织转变区，那么由于组织全部重新构造，任何应力均有所降低。由较低的α铁排列密度所决定的纤维伸长也受到部分抑制，因为其它尚未在转变区内的纤维由于自身的剩余弹性的原因不会随之伸长。在相继到达转变区的阶段中，非对称型材的弯曲或非对称冷却且不在矫直台上或以其它方式矫直的型材的弯曲始终在变化。在转变将近结束时，型材几乎没有内应力并且也没有自由形成的弯曲状态或强制的弯曲状态。不过随后，当至少两束纤维或局部未超过转变下限温度时，在这些纤维之间就产生了不同的强制热缩，收缩后果是通过弹性伸长或弹性-范性伸长来补偿。在转变线下时，即使以后采用变得不重要的松弛，也无法降低这些应力(以下称内应力)。随着冷却的进行，更多的纤维越过转变区而参与到上述内应力产生的过程中。

本发明的任务是提供一种能够使型钢在转变将要结束时具有均匀的温度分布的方法。

根据本发明，上述任务是这样解决的：在最终的空冷前如此设置目标明确的水冷装置，即利用一个出于由计算机辅助预定的冷却方案的、变化的喷流宽度和喷流时间从型钢外侧对出现材料聚集的型材进行冷却，直到将型钢冷却到至少还在转变温度Arl以上的温度值。例如，如果是工字梁和槽钢，型材外侧区域就是翼缘部分。通过在转变温度Arl上的有选择冷却，特别是通过在转变温度下限附近的有选择冷却，从而能够获得均匀的温度分布，这是因为钢梁在水冷后可自行冷却，直到被冷却的部分已充分利用了冷却区并重新热回复为止，由此得到了理论上无内应力的型材。因此，不再象已知方法那样在型材内出现内应力生成，由于针对在转变将结束时的温度不均匀分布所造成的热伸长差异而进行了主要是弹性或弹性-范性的补偿，所以才在型材中产生了上述内应力。因此，在生产异型钢梁和对异型钢梁进行后加工如锯切时，形状稳定性得到改善。即使曾在生产期间出现温度分布不均现象，在转变将结束时基本不产生内应力以及相应的温度均匀分布生产出了几乎无内应力且承载能力更强的形状稳定的型材，即使在完全冷至室温后也是如此。

最好通过沿轧制方向相继安置喷嘴组实现对温度分布的适当调整。根据需要，喷嘴组可分几次并排设置，喷嘴组可交错排列，此喷嘴组也可沿纵向以不同的间距布置或设计成在所需位置上或在所需区域内向型材喷射水的不同喷嘴。