一种斯泰尔摩控冷工艺方法

摘要

本发明涉及一种斯泰尔摩控冷工艺方法，它包括风冷工艺和水冷工艺，所述水冷工艺中：至少一个水冷段内中，各喷水喷嘴以喷水角度为15～25°、85～95°交替排列方式向冷却辊道上行走的线材喷水，喷水角度为喷水喷嘴轴线与线材行走方向的夹角；所述风冷工艺中：吹风喷嘴从在冷却辊道的上下左右向冷却辊道上行走的线材吹风。本发明方法可有效破坏钢材表面的膜冷却状态，形成直接与钢材接触的核冷却状态，能减少或抑制网状组织的析出，保证主控组织为均匀的索氏体组织，以得到优良的拉拔性能。

说明书

技术领域

本发明涉及中高碳线材的生产工艺，特别是中高碳线材生产工艺中的斯泰尔摩控冷工艺。

背景技术

在本发明以前，相近的中高碳钢线材一般也采用斯泰尔摩控冷工艺生产，但是其提高抗拉强度的方法主要通过提高碳当量或添加能增加强度的合金元素，如美国材料与试验协会标准ASTM A510中的1074MW、1080V钢，其所要求的Cr或V合金的含量都接近0.15％，这样虽然提高了抗拉强度，但延伸率、面缩率等塑性指标有所下降，并且添加的合金元素价格都很贵。又如国标GB 6478中的ML35CrMo、ML40Cr钢，其所要求的Cr合金含量都大于等于0.80％、Mo合金含量大于等于0.15％，这样通过合金强化提高抗拉强度，但添加的合金元素价格都较高，大大增加了生产成本。

另外，人们也在研究用其它方法提高线材的抗拉强度，文献《高碳钢线材控冷工艺参数对组织性能的影响》(吉学军等著，金属制品.2000，26(2).46-49)中提到，在热模拟实验室研究中，吐丝后以10℃/s的冷速快速冷却到580℃～620℃，以接近恒温状态保持20s时间，可增加线材抗拉强度55MPa，面缩率提高一倍。专利申请号为US35923182A公开的“一种热轧线材控冷装置”，该控冷设备中风冷线上的吹风喷嘴安装于冷床下，与冷床平面成40°至140°，冷床横向也配有冷却吹风喷嘴。还有CN1603021公开的“高线轧机斯太尔摩线气体喷雾冷却设备及方法”等，但这些现有方法的实际应用效果并不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种斯泰尔摩控冷工艺方法，该方法可有效提高线材抗拉强度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种斯泰尔摩控冷工艺方法，它包括风冷工艺和水冷工艺，所述水冷工艺中：

至少一个水冷段内中，各喷水喷嘴以喷水角度为15～25°、85～95°交替排列方式向冷却辊道上行走的线材喷水，喷水角度为喷水喷嘴轴线与线材行走方向的夹角；

所述风冷工艺中：

吹风喷嘴从在冷却辊道的上下左右向冷却辊道上行走的线材吹风。

上述方案中，所述水冷段内中，最末端的喷水喷嘴以顺线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水，其它喷水角度为15～25°的喷水喷嘴均以逆线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水。

上述方案中，喷水喷嘴从在冷却辊道的上方和下方向冷却辊道上行走的线材喷水。

上述方案中，斯泰尔摩控冷工艺方法的吐丝温度为880-1000℃，线材通过700-850℃温度区间的冷却速度为30～100℃/s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、至少一个水冷段内中，各喷水喷嘴以喷水角度为15～25°、85～95°交替排列方式向冷却辊道上行走的线材喷水，再加上吹风喷嘴从在冷却辊道的上下左右向冷却辊道上行走的线材吹风，可有效破坏钢材表面的膜冷却状态，形成直接与钢材接触的核冷却状态。这些生产方法均能减少或抑制网状组织的析出，保证主控组织为均匀的索氏体组织，以得到优良的拉拔性能。

2、水冷段内中，最末端的喷水喷嘴以顺线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水，其它喷水角度为15～25°的喷水喷嘴均以逆线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水，可以更有效破坏钢材表面的膜冷却状态，形成直接与钢材接触的核冷却状态。

3、喷水喷嘴从上方和下方向冷却辊道上行走的线材喷水，也可以更有效破坏钢材表面的膜冷却状态，形成直接与钢材接触的核冷却状态。

4、斯泰尔摩控冷工艺方法的吐丝温度为850-1000℃，在700-850℃的网状组织易析出温度区间内冷却速度不小于30℃/s，以增大相变前的过冷度，从而加快形核速率，减小珠光体片层间距，达到细晶强化的目的。

采用本发明方法生产的中高碳钢线材抗拉强度比常规工艺平均提高30-100MPa，索氏体百分比也高出5-15％，不用增加昂贵的合金元素就能有效提高线材抗拉强度，可广泛用于各类钢丝、钢绳用中高碳线材的生产，解决了线材生产中索氏体化比例偏低、抗拉强度偏低、盘条通条性差等关键技术难题。

附图说明

图1为一个水冷段内中喷嘴喷水角度示意图

图2为风机吹风方向的位置示意图

具体实施方式

生产Φ11mm制绳钢丝用SWRH82A线材的工艺路线如下：100吨顶底复吹转炉-LF炉外精炼-连铸方坯-高线轧制-斯泰尔摩控冷工艺方法。线材化学成分：C 0.79-0.86％、Mn0.30-0.60％、Si 0.15-0.35％，线材开轧温度：950-1100℃，终轧温度：900-1050℃。

本发明斯泰尔摩控冷工艺方法实施例1，它包括风冷工艺和水冷工艺。

所述水冷工艺中：

如图1所示，图中的1-14为1-14号喷水喷嘴，箭头方向为喷水方向和线材行走方向(轧制方向)。

1-7号喷水喷嘴从在冷却辊道的上方向冷却辊道上行走的线材喷水，8-14号喷水喷嘴从下方向冷却辊道上行走的线材喷水。

各个水冷段内中，各喷水喷嘴以喷水角度为15～25°、85～95°交替排列方式向冷却辊道上行走的线材喷水，喷水角度为喷水喷嘴轴线与线材行走方向的夹角；其中，最末端的喷水喷嘴(7、14号喷水喷嘴)以顺线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水，其它(1、3、5、8、10、12号喷水喷嘴)喷水角度为15～25°的喷水喷嘴均以逆线材行走方向15～25°的喷水角度向线材喷水。

所述风冷工艺中：

如图2所示，吹风喷嘴16从在冷却辊道的上下左右向冷却辊道上行走的线材15吹风。

表1和表2为两种工艺控冷参数与拉伸性能的对比，其中对比工艺1是没有使用本发明时的传统工艺。

表1Φ11mmSWRH82A线材两种工艺控轧参数的对比

  参数名称  对比工艺1  实施例1  入精轧温度  850-950℃  900-1000℃  吐丝温度  800-880℃  880-1000℃  斯太尔摩线入口速度  0.60-0.80m/s  0.70-0.90m/s  斯太尔摩线最大速度  1.10-1.30m/s  1.30-1.50m/s  风机、保温盖  全开  全开

表2两次控轧工艺得到的不同热检拉伸性能

本发明实施例1与对比工艺1相比，斯泰尔摩辊道入口速度提高后，斯泰尔摩辊道上盘条圈间距从66mm增加至76mm，这有利于线圈充分拉开，增加相变冷却速度，从而提高盘条的机械性能。线圈及线圈之间的搭点分布距离也更远，线圈的冷却也会更均匀，进而使线材通条性能的差异减少。

由表2可见，吐丝温度和斯泰尔摩辊道速度提高后，线材强度、塑性等机械性能指标得到明显改善，其中抗拉强度均值从1057MPa增至1090MPa(增幅3％)，延伸率从8％增至11％(增幅38％)，面缩率从17％增至29％(增幅71％)，并且性能波动范围减小。索氏体百分比由75％提高到85％。

生产Φ6.5mm石油钢绳用SYS72A线材的工艺路线如下：100吨顶底复吹转炉-LF精炼-连铸方坯-高线轧制-斯泰尔摩控冷工艺方法。线材化学成分：C 0.69-0.76％、Mn 0.30-0.60％、Si 0.15-0.35％，盘条开轧温度：950-1100℃，终轧温度：900-1050℃。

本发明斯泰尔摩控冷工艺方法实施例2与实施例1基本相同，区别见表3。

表3和表4为两种工艺控冷参数、得到性能及组织的对比，其中对比工艺2是没有使用本发明时的传统工艺。

表3Φ6.5mm SYS72A线材两种工艺控轧参数的对比

  参数名称  对比工艺2  实施例2  入精轧温度  800-900℃  900-1000℃  吐丝温度  750-850℃  880-950℃  斯太尔摩线入口速度  0.30-0.50m/s  0.50-0.70m/s  斯太尔摩线上线圈平均间距  16.79mm  21.98mm  风机、保温盖  全开  全开

表4两次控轧工艺得到的不同热检拉伸性能和组织(最小值-最大值/平均值)

吐丝温度和辊道入口速度提高后，索氏体百分比由85％提高到93％，抗拉强度的均值提高54MPa(增幅5％)，延伸率提高1.8％(增幅12％)，面缩率提高8.2％(增幅23％)。

上述实施例解决了石油钢绳用盘条、制绳钢丝用盘条和钢绞线用盘条等强度偏低、通条性差的问题。