专利名称：在铁素体区卷取线棒钢材的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于线棒钢材的卷取或成圈工艺，其中在罐笼中卷取低于轧制温度的轧件或借助吐丝机以线圈方式将轧件吐放到运输装置上并在运输装置终端用芯轴集丝成盘，在此过程中进行冷却并在卷取过程或集丝成盘后继续进行冷却。
在人们所熟知的工艺中，轧制后的线棒钢材在罐笼里(例如加雷特式卷取机)进行卷绕或借助吐丝机以线圈方式被吐放到输送辊道或输送链上并在输送装置终端用芯轴收集成盘。在这种己知工艺中，卷取过程是在800℃-1000℃的高温下进行的。
在EP-A-0058324中描述了对低于轧制温度的线材进行控冷的装置。此装置带有一个其上设有许多标准件的机座，这样就能使该装置适用于不同冷却环境。在此装置中实施冷却的第一部分设计得很短，从而可以在约850℃下吐丝成圈。成圈是由吐丝机完成的，它成螺旋状地把线材绕成圈并在冷却装置的第二部分中将线圈吐放到后续运输装置上。在运输装置上借助鼓风机继续实施冷却。
这种众所周知的工艺的缺点是，为了得到细晶且可拉伸的材料，在整段线圈上尽可能快且均匀地冷却轧件，这只有在高成本的情况下才能作到。可是，因为在运输装置边缘的线圈要比在其中间的线圈密得多，所以为达到上述目的，只能在诸多限制条件下并在技术方面投入大量资金(如要使用导向板、不稳定装置等)的情况下才能做到。
当例如用AT393806B所述的所谓的“加雷特式”卷取机卷取线棒钢材时，线棒钢材在此卷取机被直接绕成盘卷，在整个轧件长度内取得相同的理想冷却条件更困难。盘卷内的线圈密度根据卷取机结构的不同而或多或少地不一样且是随机的。也就是说，在盘卷内的各线圈冷却环境是没有规律的，因此轧件在整个轧件长度上具有不均匀的应力分布；轧件易表现出粗晶结构且这种粗晶也不均匀；因此，只有在确保整个盘卷发生组织转变的情况下，才能中断强冷，否则将会出现形成淬火组织的危险。这就要求漫长的运输路程和运输时间。
本发明的目的是提供一种线棒钢材的卷绕或成圈工艺，在此工艺中通过不均匀的冷却避免了上述缺陷或将上述缺陷降到最低程度。
在线棒钢材的卷取或成圈工艺中，所提出的目的是通过权利要求1指出的措施实现的。在此工艺中，在罐笼中卷绕低于轧制温度的线棒钢材或借助吐丝机以线圈方式将其吐放到运输装置上并在运输装置终端用芯轴集丝成盘，在卷取过程中要进行冷却并在卷绕过程或在集丝成盘后继续冷却。于是，从轧制温度开始的线棒钢材冷却在卷绕或成圈之前进行，直至进入转变区为止。所述转变区由与待冷却钢种相对应的ZTU图表的Ar3或Ar1线表示(ZTU图就是时间-温度-转变图表)，由此可以确保，在根据钢种进行冷却后，轧件紧接在集丝成盘或卷取之前、之中或之后在其整个轧件长度和横截面内均匀地且几乎是等温地由奥氏体转变为铁素体或珠光体或根据需要转变为贝氏体。
本发明的措施是，大部分的冷却都转移到成圈或卷绕前进行，而在卷取过程中一直进行冷却，直到Ar3或Ar1线的转变区为止，从而使成圈或卷绕主要在约650℃下进行。通过上述措施实现了，铁素体转变或珠光体转变和根据需要的贝氏体转变确定无疑地是在成圈或卷绕之前、之中或之后进行的。在成圈或卷绕时强制实施的继续冷却不会对组织产生严重影响，从而使各线圈位置和集丝密度不再重要了。
因为按照本发明的工艺，转变几乎是等温且均匀地在整个轧件长度上进行的，所以可以生产出具有最佳强度性能、均匀且低应力的细晶组织。
另外，在650℃的低温下进行成圈或卷绕的优点是，通过较低的吐丝温度或卷绕温度降低了表面损伤的危险性。在本发明工艺中，如果已经完成转变，则因成圈温度或卷绕温度从800℃-1000℃降到大约650℃，从而使变形阻力略微增大或不增加。这是因为体心立方铁素体晶粒的变形阻力明显小于面心立方奥氏体晶粒变形阻力。
按照本发明，如果转变是在成圈或卷绕过程之中或之后进行的，则在能量级方面，卷取工作预计约加重30％。但是为此而消耗的些许能量可通过省去后续的热处理以及运输装置而得到更多的补偿。
在成圈或卷绕之后立即进行转变可被证明是因钢种不同而必不可少的。为实现上述转变，根据本发明，轧件借助盖板或保温帽而避免继续受到冷却，从而使转变几乎等温地进行。
根据本发明的另一个有利设计方案，至转变区为止的冷却将在一个可调节的冷却段内、特别是在水冷段内受到调节和控制，从而使轧件表面不会过冷而落到马氏体形成(MS线)区域内，从而避免在轧件表面上出现不希望有的淬火缺陷。
在转变成所希望的铁素体或珠光体或贝氏体后并在集丝成盘或卷绕过程后，按照本发明，轧件一直接受强冷而直到打包温度为止并随后送往打包站。上述情况是可行的，这是因为，由于完成了进入所希望相区的转变，所以通过强冷而无需担心不希望有的组织变化和不均匀的应力分布。
至此，常用的运输和传送装置如盘卷运输带、钩式轨道等用于精心冷却的装置都可因此省去。
以下用两个实施例以及在附图中对本发明工艺的优点作进一步描述。其中
图1是根据现有技术的实施例所用的时间-温度-转变(ZTU)图表(连续图表)；图2是本发明实施例的时间-温度-转变(ZTU)图表(等温转变)；图3是带有加雷特式卷取机的轧制设备的局部示意图；图4是带有吐丝机的轧制设备的局部示意图；图5是合金工具钢的Kf-温度-图表(材料100Cr6，中等变形速率φm＝0.1/s，曲线簇φ＝0.1-0.7)；图6是非合金结构钢的Kf-温度-图表(材料C15，中等变形速率φm＝0.1/s，曲线簇φ＝0.1-0.7)。
例1加雷特式卷取机a)按照现有技术，用加雷特式卷取机在850℃下进行卷取，材料为Ck45(化学成分以重量百分比表示Ca＝0.44，Si＝0.22，Mn＝0.66，P＝0.22，S＝0.029，Cr＝0.15，V＝0.02)对直到Ar3或Ar1曲线为止的、三个不同的线圈的冷却过程进行了试验。
图1示出了现有技术的Ck45号钢的时间-温度-连续转变图表，测定方法对直径为4.5mm、长度为15mm的试样进行膨胀和金相学试验；对直径为4mm、0.5或0.1mm厚的薄片进行热分析(空气急冷)。三个试验用线圈a1、a2、a3的冷却过程分别用虚线表示。其所示为a1第一线圈(与冷的卷绕底座接触)在90秒冷却时间内(由850℃降到630℃)所达到的强度为825N/mm2。
a2在1/2盘卷高度处的外线圈在200秒冷却时间内(由850℃降到630℃)所达到的强度为765N/mm2。
a3在1/2盘卷高度处的内线圈在20分钟冷却时间内(由850℃降到630℃)所达到的强度为695N/mm2。
可以得出以下结论，预计在轧件全长上的强度波动在上述数量级内。
b)在根据本发明工艺进行冷却后，用加雷特式卷取机在650℃时进行卷取(材料为Ck45，与上述材质相同)。此冷却过程在图2(曲线b)中示出了。
图2是按照技术标准状况的时间-温度-等温转变图表。测定方法对外径为4mm、内径为3.2mm、长为30mm的空心试样进行膨胀和金相学试验；对1.5mm厚的薄片进行金相学试验。实际上，所有试验用线圈正如图2曲线b所示那样在相同条件下近似等温地转变。在轧件全长所达到的强度为930N/mm2。通过本发明工艺取得了在轧件全长上的相同强度。这种相同的强度就其绝对值而言也明显高于目前常见的工艺所获得的强度。
由于轧件在卷绕后己在整个轧件长度上进行了组织转变，基于此，可以在从卷取机出来后立即通过空气强冷或通过喷水冷却而把盘卷降到打包温度，这样就可以尽可能地省去常见的运输装置。
例2带斯太尔摩传送带的吐丝机a)根据现有技术，在800℃-850℃的吐丝温度下成圈在这种成圈温度下，由奥氏体转变为铁素体或珠光体是在将轧件放到运输带后发生的。由于线圈聚集在运输带的边缘区域，所以在一个线圈内就会出现不同的冷却速率，这会导致强度波动。另外，如果不超过通常在一个线圈内所允许的10-15N/mm2的强度差值，则需要在技术上巧费心思(如转向气流、导流槽、不同的运输带速率等)。
b)在按照本发明工艺进行冷却后在650℃时进行成圈如果线材成圈前被冷到650℃，则由奥氏体转变为铁素体或珠光体是在把轧件放到运输带上之前或之后马上发生的，因此可以得出这样的结论，首先可以尽可能地消除在同一线圈内的强度波动，另外，提高了总的强度级别。
由于冷却到650℃，于是在成圈或卷绕前发生铁素体或珠光体转变。可通过上述冷却而利用这样的事实，即在奥氏体区内具有面心立方晶格的钢材的Kf值明显大于在转变为铁素体或珠光体后具有体心立方晶格同种钢材的Kf值。在温度从850℃降到650℃时，预计不会造成大很多的卷绕力，这一点可从图5和图6(Kf-温度-图表)中看到。
在图3和图4中示意地画出了根据本发明而对上述实施例进行冷却的情况。
图3示出了带有加雷特式卷取机的轧制设备的局部。从最后一个轧机机座(2)出来后，轧件(1)进入冷却段(3)，轧件(1)在冷却段(3)中根据本发明而冷却到所希望的转变区。当随后在加雷特式卷取机(4)中进行卷绕时，根据本发明，轧件(1)已经完成了组织转变，或者在加雷特式卷取机(4)进行卷绕的过程中或其卷绕之后发生完全的组织转变。这样一来，就不用担心每个线圈在卷绕过程中会形成不同组织。也可以在卷绕过程后使卷好的盘卷完全转变并可以在加雷特式卷取机外进行强冷。
图4所示为带有吐丝机(6)的轧制设备的局部。根据本发明，轧件(1)在吐丝机(6)前就在冷却段(3)内接受冷却，直到达到所希望的转变区为止。在吐丝过程中，转变已全部完成，或者在成圈后，转变发生于运输装置(7)上(线圈被吐放在运输装置上)，或者在集丝装置(8)中发生上述组织转变。因为所有线圈通过本发明的冷却几乎等温地发生组织转变，所以在这里所生产的盘卷(9)还可以在从集丝装置(8)中出来后立即被强冷到打包温度。
本发明的工艺不局限于所列举的实施例。原则上讲，它可以适用于所有成圈器或卷绕装置，在这种情况下，则在吐丝或卷绕前的冷却方式显然与上述冷却装置不同地用于生产中。
权利要求
1.一种线棒钢材的卷取或成圈工艺，其中低于轧制温度的轧件在一个罐笼中进行卷绕或借助吐丝机以线圈方式被放到运输装置上并在运输装置终端经过芯轴收集成盘，在此过程中要进行冷却并在卷取过程或在集丝成盘后继续进行冷却，其特征在于，从轧制温度开始的轧件冷却一直在成圈或卷绕之前进行，直到到达转变区为止，所述转变区由与待冷却钢种相对应的时间-温度-转变图表的Ar3或Ar1曲线表示，由此可以确保轧件紧接在根据钢种进行的冷却之后或在卷取或集丝成过程中或之后均匀地在轧件全长和横截面内几乎是等温地由奥氏体转变为铁素体或珠光体或根据需要转变为贝氏体。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在成圈或卷绕后才转变的钢种借助盖板或保温罩不接受进一步的冷却，从而使转变几乎是等温地进行。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，轧件冷却要这样进行，以使轧件表面不会过冷而落到马氏体形成(MS线)区内。
4.如权利要求1或3所述的工艺，其特征在于，如此进行轧件的冷却，以使铁素体转变或珠光体转变在随后的卷取过程之前就完成了，这是因为在卷取过程中可利用铁素体或珠光体的较小变形阻力这一事实，低变形阻力是由铁素体或珠光体的体心立方晶格结构决定的。
5.如权利要求1-4之一项或多项所述的工艺，其特征在于，轧件冷却在所力求达到的转变区之前在可调节的冷却段、最好是在水冷段内进行。
6.如权利要求1-5中之一项或多项所述的工艺，其特征在于，在实现完全转变后并在卷取过程或集丝成盘之后，对线棒钢材要进行强冷，直到其达到打包温度为止。
全文摘要
当成圈或卷绕线棒钢材时,在罐笼中卷取低于轧制温度的轧件或借助吐丝机将轧件吐放到运输装置上并在运输装置终端用芯轴集丝成盘,在此过程中且在集丝成盘或卷取后一直进行冷却。轧件由奥氏体转变为铁素体或珠光体。因受设备条件限制而产生不同冷却条件,不同冷却条件产生了由不同组织结构所导致的强度差异。本发明建议,从轧制温度开始在成圈或卷绕前一直进行冷却直到转变区为止,于是轧件可以在其全长内均匀地转变并避免了强度差别。
文档编号B21C47/26GK1188693SQ9711438
公开日1998年7月29日 申请日期1997年12月19日 优先权日1997年12月19日
发明者M·梅耶尔, H·G·哈尔谭, W·罗若夫, P·J·毛克 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司