专利名称：生产超细晶棒材的轧机机列及其轧制方法
技术领域：
本发明属于金属材料成型和加工领域，特别涉及一种生产超细晶棒 材的轧枳』机列及其轧制方法。
背景技术：
钢的强度和韧性可以通过减小微观结构的晶粒尺寸得以提高，奥氏 体晶粒尺寸越小、冷却相变前奥氏体的变形越大，则最终的铁素体-珠光 体结构的晶粒尺寸越小。晶粒细化是提高钢的强度和韧性最有效的方法， 对棒材晶粒细化途径的研究也从单纯的通过轧后的快速冷却转移到形变
诱导铁素体相变上来。形变诱导铁素体相变(DIFT)是指奥氏体冷却到相 变点以上一定的温度范围，通过累积形变量和大变形使其转变成铁素体 的相变现象，借助这种相变产生的铁素体，晶粒十分细小。如果在相变 后快冷而抑制铁素体的长大，则可以保持这种细小的铁素体组织。
形变诱导铁素体相变技术在实验室和工业生产板带钢上都取得了不 错的结果，成功将铁素体晶粒细化至3ium甚至更低，由钢铁研究总院负 责的攀钢"低碳铁素体/珠光体钢的超细晶强韧化与控制技术"轧制汽车钢板时取得了成功，曾在2005年获国家科技进步一等奖。翁宇庆在《超 细晶钢——钢的组织细化理论与控制技术》(北京冶金工业出版社， 2003.9 )中对DIFT理论和一些成果做了详尽的阐述。
但是，形变诱导铁素体相变(DIFT)真正应用在工业大生产中轧制 中小规格棒材时却有一定的难度，就拿目前比较先进而且应用很广泛的 18架连轧机(分6架粗轧、6架中轧、6架精轧)来说，现在的这种轧线建 设时只预留了轧后穿水，很少有考虑轧制过程中的穿水冷却。轧制棒材 不同于其它产品，6架一组连轧累积变形较大，尤其是精轧阶段变形较大， 温度升高比较明显，轧件处在温度高的范围区不能得到冷却。温度升高 或者停留时间过长，奥氏体晶粒就比较粗大，产品晶粒尺寸就得不到有 效控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产超细晶棒材的轧机机列及其轧制方 法。可以克服现有轧线控温能力不足以及准确度不高的问题。 为了达到上述目的，本发明是这样实现的
一种生产超细晶棒材的轧机机列，包括粗轧段、中轧段、精轧段进 行连续无扭轧制，轧机平立交替布置，精轧段后有穿水冷却段，所述精 轧段前还包括预精轧段，在中轧段和/或预精轧段之后分别有穿水冷却 段。
该轧机机列采用18架轧机，分为6架粗轧机、4架中轧机、4架预精轧机、4架精轧机，共四段；轧制时低温开轧，中轧、预精轧后控制冷 却；有四台飞剪。
该轧机机列的18架轧机是高精度短应力线轧机，第1-10架轧机为 微张力轧制，第11-18架轧机为立活套控制无张力轧制。
穿水冷却段的穿水装置为分段湍流式水冷器，安装在液压往返式的 横移小车上；所述的各穿水冷却段为穿水或者空过，各穿水冷却段水量、 水流速可以调节。
四台飞剪分别位于粗轧机组和各冷却段的后面。
一种生产超细晶棒材的轧制方法，包括粗轧、中轧、精轧进行连续 无扭轧制，轧机平立交替布置，精轧后有穿水冷却，所述精轧前还包括 预精轧，在中轧和/或预精轧之后分别有穿水冷却段。
轧制道次为18次，包括如下步骤
A. 进入第1-6架轧机粗轧和第7-10架轧机中轧；
B. 进入第一穿水冷却段，轧件穿水或者空过，然后经过一段空冷；
C. 进入第11-14架轧机预精轧；
D. 经过第二穿水水冷段，然后经过一段空冷均温；
E. 进入第15-18架轧机精轧；
F. 经过第三穿水水冷段快冷，温度均匀后上冷床冷却。 开轧温度在900-1 OO(TC。中轧的轧制温度在奥氏体再结晶区，预精轧的轧制温度在奥氏体未 再结晶区，精轧的轧制温度在奥氏体向铁素体相变点以上。
第二穿水水冷段的水冷强度要比第 一穿水水冷段的水冷强度大。
精轧的轧制温度在奥氏体向铁素体相变点以上30°C 。
本发明提供一种新的生产方案，该方案可以提高轧线的控温能力， 使生产产品质量更加稳定。生产钢种不仅可以是普碳钢，还可以是优质 碳素结构钢和低合金钢，若用普通Q235钢，就可以生产m级钢筋而且不 用添加合金元素。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是首先，采用独特的 轧机布置，18架轧机按6-4-4-4排列，这样轧制序列段就分为了粗轧、 中轧、预精轧、精轧四段；其次，中轧、预精轧和精轧机后各有一段穿 水冷却装置。
采用这样的轧机布置，是出于控制温度进而控制晶粒尺寸的考虑。 本发明的技术方案中的中轧、预精轧和精轧机都是4架连轧，累积变形 就小，变形热就小，而且轧件通过的时间也短了，这样奥氏体晶粒还来 不及长大，而穿水冷却段又可以使温度降低，更好地控制奥氏体晶粒尺 寸和轧后组织。
三^:穿水各有其作用
1、中轧后通过冷却，可以调节进入预精轧的温度，使预精轧温度控制在奥氏体未再结晶区，积累形变为精轧做准备。
2、 世界范围内的实践证明，控制轧件在精轧机组之中以及轧件的终 轧温度最为有效的方法是精轧前的冷却；精轧温度要控制在相变点以上 一点，由于高速轧制和累积变形增大了相变驱动力，则提高了实际相变 点，诱发了铁素体相变(DIFT)，获得细小的铁素体晶粒，预精轧后的冷 却段要使之冷却到相变点附近。
3、 精轧后慢冷的话，形成的细小晶粒又会长大，穿水快冷使精轧轧 制阶段形成的细小铁素体晶粒保留下来，大大提高了轧件强度和综合力 学性能。
本发明与已知技术相比，有益效果是
1、 通过对轧冲几布置的6-4-4-4排列，使轧制过程中累积变形热得到 合理的分配和释;^丈，使轧件升温得以控制。
2、 通过上述的控制轧制过程中的温度，也就将入精轧前的奥氏体晶 粒尺寸控制在比较小的范围，精轧阶段大压下促使奥氏体发生向铁素体 的相变，获得3 )Li m超细化的铁素体。
3、 不添加合金元素的基础上，因细晶强化和相变强化的效果可以使 钢的强度提高至少一个等级，在普通Q235钢的基础上就可以提高两个级 别，生产出400MPa高强III级钢筋；对优质碳素钢和低合金钢，进行生产 工艺参凝:;微调，同样可以保证获得良好的内部组织和力学性能。
4、 上述优化钢材内部组织而提高性能带来的效益增收远大于增加穿水设备带来的投资增加，因此大大降低了生产成本；同时，还可以节约 合金元素用量，铁合金用量的减少还带来了节约电能的效果，使环境污 染得到改善，具有良好的生态效益，有利于建立节约型社会和实现可持 续发展。
图1是轧线整体布置简图。 附图标记
1、 2、 3分别为第一、二、三穿水冷却萃炎。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图l是轧线整体布置简图，加热炉和冷床未画出。其中，1-3分别是 中轧、预精轧和精轧机后的穿水冷却段。18架轧机全部选用高精度短应 力线轧才几，采用平立交替布置，可实现棒材的连续无扭轧制。第1-10架 轧机为孩t张力轧制，第11-18架轧机为立活套控制无张力轧制。
三个穿水冷却段的穿水装置采用分段湍流式水冷器，安装在液压往 返式的^f黄移小车上，横移小车可安装输送辊道，单线和切分轧制时可相 互组合满足生产要求。轧线共设有四台飞剪，分别位于粗轧机组和各穿 水冷却^殳后面，用于切头切尾。图中箭头所示为轧制方向，方坯加热到一定温度由加热炉移出，经
高压水除鳞后送入粗轧机组，开轧温度在900-IOO(TC范围内，根据钢种 不同而不同。粗轧和中轧是在奥氏体再结晶区轧制，预精轧和精轧在未 结晶区轧制，具体来说，精轧的温度是在相变点以上3(TC左右，以此制 定精轧前冷却段，即第二穿水冷却段的水量和水压。
轧制过程以轧制18道次的产品为例轧件进入前十架轧机，分别是 粗轧6架和中轧4架，轧制一般棒材时，这十架轧机主要以变形为主， 变形量较大，因此在这段中可能由于变形热产生升温，这样在第10架轧 机轧出后进入第 一 穿水冷却段(根据轧件的升温或降温情况选择穿水或 者空过)，调节水量水压，使温度降低，然后经一段空冷，使断面上温度 均匀，再进入第11-14架轧机预精轧。为使精轧温度略高于相变点和控 制终轧温度，并使奥氏体晶粒不至于过分长大，在第14架轧机轧出后必 须要经过第二穿水冷却段，这时采用的水冷强度要比第一穿水冷却段的 大。第二穿水冷却段过后也要经过一段空冷均温，再进入精轧机大压下
轧制，当精轧变形量累积到一定程度，变形的奥氏体晶粒在相变点以上 就开始发生相变，大量转变成细小的铁素体。精轧机轧出后经第三穿水 冷却段快冷，使轧制过程中的细小晶粒保留下来，待温度均匀后上冷床 冷却，得到以3nim左右超细化铁素体为基体组织的棒材产品。
权利要求
1. 一种生产超细晶棒材的轧机机列，包括粗轧段、中轧段、精轧段进行连续无扭轧制，轧机平立交替布置，精轧段后有穿水冷却段，其特征在于所述精轧段前还包括预精轧段，在中轧段和/或预精轧段之后分别有穿水冷却段。
2. 如权利要求l所述的轧机机列，其特征在于A. 该轧机机列采用18架轧机，分为6架粗轧机、4架中轧机、4架 预精轧机、4架精轧机，共四段；B. 轧制时低温开轧，中轧、预精轧后控制冷却；C. 有四台飞剪。
3. 如权利要求1所述的轧机机列，其特征在于该轧机机列的18 架轧机是高精度短应力线轧机，第1-10架轧机为微张力轧制，第11-18 架轧机为立活套控制无张力轧制。
4. 如权利要求1所述的轧机机列，其特征在于穿水冷却段的穿水 装置为分段湍流式水冷器，安装在液压往返式的横移小车上；所述的各穿水冷却段为穿水或者空过，各穿水冷却段水量、水流速可以调节。
5. 如权利要求1至4任一所述的轧机机列，其特征在于四台飞剪 分别位于粗轧机组和各冷却^:的后面。
6. 如权利要求1所述的轧机机列的轧制方法，包括粗轧、中轧、精 轧进行连续无扭轧制，轧机平立交替布置，精轧后有穿水冷却，其特征 在于所述精轧前还包括预精轧，在中轧和/或预精轧之后分别有穿水冷 却段。
7. 如权利要求6所述的轧制方法，其特征在于轧制道次为18次， 包括如下步骤A. 进入第1-6架轧机粗轧和第7-10架轧机中轧；B. 进入第一穿水冷却段，轧件穿水或者空过，然后经过一段空冷；C. 进入第11-14架轧机预精轧；D. 经过第二穿水水冷段，然后经过一段空冷均温；E. 进入第15-18架轧机精轧；F. 经过第三穿水水冷段快冷，温度均匀后上冷床冷却。
8. 如权利要求6或7所述的轧制方法，其特征在于开轧温度在 900-IOO(TC。
9. 如权利要求6或7所述的轧制方法，其特征在于中轧的轧制温 度在奥氏体再结晶区，预精轧的轧制温度在奥氏体未再结晶区，精轧的 轧制温度在奥氏体向铁素体相变点以上。
10. 如权利要求6或7所述的轧制方法，其特征在于第二穿水水 冷段的水冷强度要比第 一 穿水水冷段的水冷强度大。
11. 如权利要求6或7所述的轧制方法，其特征在于精轧的轧制 温度在奥氏体向铁素体相变点以上30°C。
全文摘要
本发明属于金属材料成型和加工领域，特别涉及一种生产超细晶棒材的轧机机列及其轧制方法。它包括粗轧段、中轧段、精轧段进行连续无扭轧制，轧机平立交替布置，精轧段后有穿水冷却段，其中精轧段前还包括预精轧段，在中轧段和/或预精轧段之后分别有穿水冷却段。这种机列布置控温能力强，有效解决了目前棒材轧线控温能力不足的问题，轧制时低温开轧，中轧、预精轧后可以控制冷却，精轧控制在相变点以上附近，采用大压下累积形变诱发铁素体相变，轧后可以控制冷却，使细晶保持下来，得到细化至3μm的以铁素体为基体的组织。这样，不添加合金元素，因为细晶强化和相变强化的效果，可以使钢的强度提高至少一个等级。
文档编号B21B45/02GK101518781SQ20091008123
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者杨现亮, 潘家冰 申请人:中国钢研科技集团公司;新冶高科技集团有限公司