中高碳钢棒线材的控制轧制工艺特点
高速线材与棒材轧制工艺参数优化与质量控制研究
高速线材与棒材轧制工艺参数优化与质量控制研究新疆乌鲁木齐市830000摘要:本研究致力于高速线材与棒材的轧制工艺参数优化与质量控制。
通过深入分析材料的物理特性和轧制过程的影响因素，结合先进的数值模拟方法，对高速线材与棒材的轧制工艺进行了系统研究与分析。
在此基础上，通过设计合理的工艺参数，并引入先进的质量控制手段，实现了产品质量的提升和稳定生产。
研究结果表明，优化的工艺参数能够显著改善材料的力学性能和表面质量，为相关行业的生产提供了有力支撑。
关键词:高速线材、棒材、轧制工艺、参数优化、质量控制引言：在金属加工领域，高速线材与棒材的制造工艺一直备受关注。
然而，如何在保障质量的前提下优化工艺参数，以实现更好的力学性能和表面质量，仍是一个挑战。
本文聚焦于高速线材与棒材的轧制工艺，结合先进的数值模拟和质量控制方法，旨在找到创新性的解决方案。
通过深入研究材料特性与工艺影响，我们迈向了产品质量提升与稳定生产的目标，为相关领域的技术发展和实际应用注入新的活力。
一材料特性与工艺关联分析在金属加工领域，高速线材与棒材的制造工艺一直是追求高质量和高效率的关键挑战。
为了实现优化的工艺参数和最终的产品质量，深入了解材料特性与工艺之间的关联显得尤为重要。
材料特性，包括金属的组织结构、硬度、塑性等，直接影响产品的力学性能和表面质量。
而工艺参数，如轧制温度、轧制速度、压下量等，则对材料的组织和性能产生深远影响。
研究发现，材料特性与工艺参数之间存在着紧密的相互作用。
首先，材料的组织结构与力学性能对工艺参数的选择具有明显影响。
例如，不同的轧制温度可以导致晶粒尺寸和取向的变化，从而影响材料的强度和延展性。
其次，工艺参数的优化可以通过调整材料的应力分布来改善其性能。
例如，在轧制过程中适当的压下量可以促使材料发生塑性变形，从而减小内部应力，提高抗疲劳性能。
此外，工艺参数还会影响材料的表面质量，如轧制速度的增加可能会导致表面粗糙度的提高。
控制轧制的应用分析
控制轧制的应用分析摘要：控制轧制是目前世界上轧制中经常使用的技术。
一般认为控制轧制技术是在20世纪60—70年代确立的，但实际上早在1920年，这一技术就初见端倪了，以后经过无数技术人员长期不断的努力才发展至今天的成就。
这项工艺，节约合金，简化工序，节约能源消耗的先进轧钢技术，大幅度提高钢材的综合性能。
本书的目的在于通过整理控制轧制技术进步的历程，向读者揭示控制轧制技术的重要性。
主要介绍控制轧制的定义、种类、机理、优缺点、控制轧制与传统轧制的比较以及控制轧制技术在线棒材﹑型钢﹑双相钢生产中的应用。
关键词：控制轧制控制轧制机理控制轧制应用前言：随着科学技术的迅速发展，近几年来中国钢铁工业得到了高速发展，在钢铁工业的各项产品中，控制轧制是近十多年来国内外新发展起来的轧钢生产新技术，受到国际冶金界的重视。
各国先后开展了多方面的理论研究和应用技术研究，并在轧钢生产中加以应用，明显地改善和提高了钢材的强韧性和使用性能，为节约能耗，简化生产工艺，开发钢材新品种创造了有利条件。
1 控制轧制的概述1.1控制轧制的定义在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度﹑轧制温度﹑变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。
1.2控制轧制与普通轧制的比较与普通生产工艺相比，通过控制轧制生产技术可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约40―60MPa，在低温韧性﹑焊接性能﹑节能﹑降低碳含量﹑节省合金元素以及保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。
1.3 控制轧制的种类(1)完全再结晶型控制轧制。
全部变形在奥氏体再结晶区进行，终轧温度不低于奥氏体再结晶温度上限，道次变形量不低于奥氏体再结晶的临界变形量(2)再结晶型控制轧制与未再结晶配合的控制轧制。
这一工艺特点是，在完全再结晶区进行一定道次的变形，在部分再结晶区进行待温，而在奥氏体的未再结晶区继续轧制一定道次，并在未再结晶区结束轧制(3) 完全再结晶型、未再结晶和(γ+α) 两厢区控制轧制。
中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型
B、对棒线材冷却工艺的要求：
1）二次铁皮要少，以减少金属消耗和二 次加工前的酸耗和酸洗时间；
2）冷却速度要适当，要根据不同品种， 控制冷却工艺参数，得到所需要的组织；
3）要求整根轧件性能均匀。
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（4）棒线材控制冷却的分类
根据轧后控制冷却所得到的钢的组织不同，分 为珠光体型控制冷却、马氏体型控制冷却。
(Ar3)的提高，相变后的铁素体晶粒容易长大，造 成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒，减少珠 光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提 高析出强化效果而采用控制冷却工艺。
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（2）高碳钢控冷的基本概述
控制冷却过程是通过控制轧后三个不同冷却阶段的工 艺参数，来得到不同的相变组织。分别称为一次、二次和 三次冷却。
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e、Stelmor控冷工艺近年来的发展和改进
主要内容：
①斯太尔摩线的总长度有加长的趋势；
②辊道段数增多； ③大风量高风压冷却风机使线材的抗拉强度显著提高； ④风机台数增加，近期新建的高速线材车间有采用14台； ⑤调节风量的电动“佳灵”（OPTIFLEX）装置被普遍采用，使线 圈两侧搭接处加强送风，更好的解决线材强度的均匀性； ⑥保温段的总长度亦趋于加长，有的已达90m； ⑦冷却段的各段输送辊道均为爬坡式。 ⑧实心的耐热铸铁传动辊两端加工有散热的翅片，避免轴承过度 受热； ⑨在输送机的2、4、6、8段内设有振动辊，以消除“热死点”效应。 改善通条性能，防止拉拔断裂； 路漫漫其悠远 ⑩辊道采用交流变频电机，单独进行速度控制。
路漫漫其悠远
穿水冷却线材断面温度的变化简图
a、珠光体型控制冷 b、马氏体型控制冷
却
却
为了获得有利于拉拔的索 氏体组织，线材轧后应由奥氏 体化温度急冷至索氏体相变温 度下进行等温转变，其组织可 得到索氏体。
高线建材负偏差轧制的控制要点
２１ 切 分 轧制 时两 条纵 肋高 度不 一致 ．Ｏ 特 征 ：二 切 分 轧 制 时 两 条 钢 的纵 肋 尺 寸 高
度不一致 ，有一条线纵肋尺寸超正偏差 ，一条
线纵 肋 尺寸超 负偏 差 或无 纵肋 。
这是 由于 Ｋ ４预 切 时 ，进 口导 卫偏 造 成 切 分
Ｋ ４孔 。
节奏，掌握辅助设备运行情况。
（） 轧 辊 和 导 卫 预 装 必 须 严 格 遵 守 工 艺 操 ３ 作规 程 。 （） 当孔 型 磨 损 或 损 坏 ，不 能 满 足 轧 制 要 ４
求或达到规定的轧制量 时 ，必须进行换孔 、不
得拖 延 。
（）切分 轧制 时 ，Ｋ ２ ３出 口导卫磨损严 重 ，
ｌ ■
高线建材负偏差轧制的控制要点
郭 志 强
摘
要 点。
要 ：总结影响棒线厂 高速线材生产线建材 高线 负偏差轧制控制工艺
Ｃｏ ｔ ｏ ｌ ｇ Ｐｏ ｎ ｓｆ ｒ Ｍ ｉ ｕ － ｅ ｉ ｔｏ ｌ ｎ ｆＷ ｉｅ Ｒｏ ｓ ｄ ｎ ｒ ｌ ｎ ｉ ｔ ｏ ｎ ｓ ｄ ｖ ａ ｉ ｎ Ｒｏ ｌ ｇ ｏ ｒ ｄ ｕ ｅ ｉ ｉ
２ 操作水平 ． ４
要进行 负偏差轧 制 ，首先要 确定 目标值 ， 即内控标准 （ 见表 １。 ）
３ 轧件尺寸控制的标准化 ． ２
高线生产控制 中正公差 的轧件尺寸要 比负 公差大 １ ２ ｍ，辊缝值要相对小一些 ，通常 — ｍ 将预精轧 １ 号机料型尺寸 （ ８ 进精轧机前）作为
根轧机）— 吐丝 （ 品） 成 。
在负偏差 轧制调整方式上受轧机型号 、员工操 作 、钢温等 因素影响 。特别是成品热检工如不 按 负偏差 目标值 去控制尺寸公差 ，就会 出现零 公差或正公差和质量超负等不合格现象 。因此 ， 对 高线 负偏差轧制的关 键 问题 ，应制定 和执行
中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型
中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型中高碳钢棒线材是一种具有高强度、高硬度和高耐磨性能的金属材料，广泛应用于机械制造、汽车制造和船舶建造等领域。
为了保证其性能达标，需要对其进行控冷处理。
控冷工艺包括退火、正火和淬火。
各种工艺具有不同的特点和适用范围。
退火是中高碳钢棒线材的常见控冷工艺之一。
通过加热钢材至临界温度，保持一段时间后，缓慢冷却至室温。
退火工艺可以消除内部应力，改善钢材的塑性和韧性。
适用于中高碳钢棒线材的加工硬化材料。
正火是另一种常见的控冷工艺。
将中高碳钢棒线材加热至适宜的温度，保温一段时间后，以较快的速度冷却。
正火可以增加钢材的硬度和强度，适用于需要提高材料的耐磨性能的情况。
但同时也会降低材料的塑性和韧性。
淬火是中高碳钢棒线材控冷工艺中的一种特殊方法。
将钢材加热至适宜温度，保温一段时间后，迅速浸入冷却介质中，如水或油中。
淬火可以使钢材迅速冷却，并形成马氏体组织，从而使钢材具有高硬度和高强度。
但与此同时，会造成内部应力较大，易产生裂纹。
因此，在采用淬火工艺时，需要进行适当的回火处理。
根据不同的控冷工艺，中高碳钢棒线材可以分为退火线材、正火线材和淬火线材三种主要类型。
退火线材具有较好的塑性和韧性，适用于一些需要较高延展性的场合。
正火线材具有较高的硬度和强度，适用于一些需要耐磨性的场合。
淬火线材具有最高的硬度和强度，适用于一些对材料性能要求较高的场合。
总之，中高碳钢棒线材的控冷工艺包括退火、正火和淬火。
不同的工艺具有不同的特点和适用范围。
根据不同的控冷工艺，中高碳钢棒线材可以分为退火线材、正火线材和淬火线材三种主要类型。
合理选择和控制控冷工艺，可以使中高碳钢棒线材达到理想的性能要求。
在中高碳钢棒线材的控冷工艺中，退火是一种常见且重要的处理方法。
退火的目的是通过改变钢材的组织结构，消除内部应力，提高韧性和塑性，同时减少硬度。
退火的工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度等。
加热温度是退火过程中的关键参数之一。
第2讲、大型轧钢厂中高碳钢棒线材生产设备要求、生产能力及目标
簧钢、冷镦钢、抽油杆钢等高附加值圆
钢产品。被中国齿轮钢协会确定为重点 供应商之一，成为目前国内第二大齿轮 钢生产基地。
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赛迪攀长钢棒材工程试生产线
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攀钢轨梁厂万能轧机改造生产线
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目前可生产直径 5.5-14.0mm 的 18 个规格，包括 优质碳素钢、合金焊线、低合金钢、PC钢等65个 牌号的线材和螺纹钢筋产品。 其中大规格 SWRH82B 系列和低合金焊线产品 分别占国内市场总额的1/3和1/4，近几年以来根据 用户需求开发生产了许多新产品。如生产的用于 汽车轮胎子午线的钢帘线 LX72A 、 LX82A 产品， 并具备了批量生产能力。
冷床： 冷床为步进齿条式，有效尺寸为
84m×11 m，齿距110 mm，总齿数65 个，
最小运行周期为3s，输入轧件最大速度为13
m/s ，生产缓冷材时，冷床可采用快速输送 模式。
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中高碳钢棒线材的控冷工艺及主要类型(PPT29张)
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施洛曼五种冷却工艺流程
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a－自然冷却；b－低速空气冷却；c－缓慢冷却；d－喷水冷却；e－水池急冷 2019/4/3 1－保温罩；2－冷却罩；3－连续式退火炉；4－水冷池
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4、几种典型的控轧控冷工艺及设备配置
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（4）棒线材控制冷却的分类
根据轧后控制冷却所得到的钢的组织不同，分 为珠光体型控制冷却、马氏体型控制冷却。
a) 珠光体型控制冷却
对0.600.85%C的高碳钢。 要求：尽量减少铁素体的析出而得到单一的珠 光体组织，最终获得有利于拉拔的索氏体组织。
冷却工艺：轧后由奥氏体化温度急冷至索氏体 相变温度下进行等温转变，其组织可得到索氏体。
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a、Stelmor控冷工艺特点：轧后的线材经两种 不同的冷却介质进行两次冷却即一次水冷，二 次风冷。重点是在风冷段实现对冷却速度的控 制。 b、Stelmor控制冷却法有三种形式，即 标准型冷却; 缓慢型冷却; 延迟型冷却。
第四种型式：用于要求低温收集的钢种，在运输机的后 部加了冷却罩。 第五种型式：主要用于处理奥氏体和铁素体不锈钢。奥 氏体钢（不经水冷）、铁素体钢（经水冷）经过一段空气 冷却后，在一个辊道式连续退火炉内加热并保温，然后在 第二运输带进入水池急冷。
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第10讲、中高碳钢棒线材的加热特点及脱碳层控制技术
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当含碳量为0.45%， T=973K， 保温 8h 时， 可由上式得到图1， 由图1 能够 得 到 预 测 公 式 :x=20.69C-0.479 。
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结论：随着表层碳含量的增加， 钢 的脱碳层厚度随之增加。
时间。进而保证产品质量。
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2) 工艺参数对棒线材脱碳层深度的影响
A、加热时间 采用数学回归法回归为如下方程： y= - 0.383+ 0.0433t1/2 r = 0.956 式中：y —脱碳层深度, mm; t— 加热时间, min。 加热炉内钢坯加热时间越长，钢轨的脱碳层 深度越趋加厚，且脱碳层深度与钢坯加热时间的 平方根成正比。
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（1）控制轧制的要点：
为了使高碳钢在控冷后得到细小的珠光体 球团，应尽量使高碳钢线材在未再结晶区进行 轧制，促进珠光体球团的形核，细化珠光体球 团和片层间距。 避免在部分再结晶区变形， 造成混晶组织，使转变后的珠光体组织不均匀 ，虽然它对线材的强度影响不大，但对塑性和 韧性有较大影响。
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目前，高速线材生产过程中采用的控温轧 制措施主要有以下几个方面：
①降低钢坯出炉温度，从而降低钢坯的开轧温度； ②在预精轧和精轧机组间加冷却水箱，控制轧件的 入精轧温度； ③在精轧机架间增加通水冷却，减少精轧阶段温升 从而控制线材的终轧温度。
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• (1)直接使用连铸坯 • (2)采用步进式加热炉
可供选择的小型轧机钢坯加热炉炉型有 ：推钢式加热炉和步进式加热炉。
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步进式加热炉
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推钢式加热炉
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• (3)连铸坯热送热装
连铸坯在650～1000℃的温度下，直接装入小型轧 机的加热炉中加热，可使加热燃料消耗降低25%～75%。
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• D、控制轧制的存在问题及主要措施
研究表明，线材轧制过程中总变形功只有 6~7%用来使金属晶格扭曲，作为弹性位能储存金 属之中；而绝大部分的变形功则转化为热能进入 轧件内部。所以轧制时特别是精轧阶段变形热在 轧制过程中起提高轧件温度的作用。
这对于线材的控温轧制来说是十分不利的。
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棒线材生产中的控制轧制目的视钢种及性能要 求的不同而不同，绝大部分为了提高棒线材的综合 力学性能。
高碳钢和轴承钢棒材是为了减少或消除网状碳 化物，为下一步球化热处理创造良好的组织条件。
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（3）几种棒线材的控轧目的举例
a、轴承钢棒材： 轴承钢属于高碳低铬钢，在轧后奥氏体状态
(6)棒材轧后热芯回火工艺
工艺原理：轧件进入冷却水箱，利用轧件的余热通过 快速冷却进行淬火，使表面层形成一定厚度的淬火马氏体 ，芯部仍为奥氏体。经余热淬火处理的钢筋其屈服强度可 提高150～230MPa。
碳当量较小时，还具有良好的焊接性能。
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• C、线材控制轧制的特点
线材生产控制轧制的特点：控制轧制工 艺包括把钢坯加热到最合适的温度，在轧制时 控制变形量及变形温度，以控制奥氏体晶粒尺 寸大小和再结晶过程，为轧后通过控制冷却进 行相变，得到理想的组织结构提供良好的条件 。
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2、中高碳钢线材
线材：是断面最小，长度最长且成盘卷状交货的产品 。断面有圆形、六角形、方形、螺纹圆形、扁形、梯形及 Z字形等。用于生产线材的钢种可以分为软线、硬线、焊 线及合金钢线材。
其中中高碳钢线材归为硬线 。 即把用优质碳素钢中 含碳量不小于0.45%的中高碳钢轧制的线材称为硬线，对 于变形抗力与硬线相当的低合金钢、合金钢及某些专用钢 线材也可归类为硬线。如制绳钢丝用盘条、针织布钢丝用 盘条、轮胎钢丝、琴钢丝等专用盘条。硬线一般碳含量偏 高，泛指45号以上的优质碳素结构钢、40～70Mn、 T8MnA、T9A、T10等。
连续式小型轧机的年产量在30～60万吨之间。 所用的坯料规格为130mm×130mm～ 150mm×150mm，坯料单重1.5～2.5吨。
轧制线多为平-立交替布置，实现全线的无扭 转轧制，以利于提高产品的表面质量。
机架的多少按照一个机架轧制一道的原则确定
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棒线材深加工的方式有：锻造、拉拔、挤压、切 削等。为了便于进行这些深加工，加工之前有时需要 进行退火、酸洗等处理。加工后为保证使用时的机械 性能，还要进行淬火、正火或渗碳等热处理。有些产 品还要进行镀层、喷漆、涂层等表面处理。
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1、中高碳钢棒线材的组织及其对性能的影响
国标要求的高碳钢线材组织为索氏体+少 量珠光体+极少量先共析铁素体。
钢坯加热应防止表面脱碳，是硬线产品的基本要求。
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3、中高碳钢棒线材的应用
棒线材的用途广泛。可直接用作建筑材料，以及 用来加工机械零件、汽车零件，或用来拉丝成为金属 制品，冷镦制成螺钉、螺母等。除建筑螺纹钢筋和线 材等可直接被应用的成品之外，一般棒线材都要经过 深加工才能制成成品。
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半连续式合金钢棒材车间平面布置
1-加热炉；2-粗轧机；3、5、7、9、10-飞剪；4-第一中轧机组；6-第二中 轧机组；8-精轧机组；11-水冷器；12-冷床；13-冷剪
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横列式小型轧机
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1-推钢式加热炉；2-φ400三辊式轧机；3-φ250横列式精轧机； 4-单齿条步进式冷床；5-冷剪
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• 半连续式小型轧机
半连续式小型轧机的车生产优质钢和合金 钢。产品规格为φ10～32mm或φ12～42mm， 坯料单重约在1吨左右，年产量在15～30万吨 之间。
• 连续式和半连续式的差别主要在粗轧机。
半连续式小型轧机的粗轧机多为一架或两 架三辊式轧机，采用箱形共轭孔型轧制。
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• （4）无头轧制
连铸技术的成熟使得无头轧制技术得到发展。无头 轧制技术可以减少切损，提高生产率，而且在焊接区域 内没有出现表面缺陷、内部缺陷及化学成分的偏差，也 没有任何缺陷而影响轧制工艺和最终产品的质量。
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(5)切分轧制
原理是在轧制过程中用轧辊或其他方法将轧件沿纵向 剖分成两条或多条轧件，变单条轧制为多条轧制。
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（1）控温轧制的一般规律
对不同的钢种实现控温轧制，一般采用降低开轧 温度（低温轧制工艺）的办法来保证对温度的有效控 制。
高碳钢的开轧温度900~1050℃，精轧机组入口轧 件温度为900~950℃，出口轧件温度900~1050℃。
加热时温度不要过高，避免奥氏体晶粒长大，并 避免在部分再结晶区中轧制形成混晶组织，破坏钢的 韧性。
下冷却过程中，有二次碳化物析出，并且在奥氏 体晶界形成网状碳化物，对轴承使用寿命有很大 影响。
（1）可采用低温终轧，即在850oC左右终轧， 对细化网状碳化物有一定效果。
（2）控制轧制时的变形量，可以进一步细化 奥氏体晶粒，为降低网状碳化物级别和细化组织 创造有利条件。
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b、带肋钢筋线材：
欧美已淘汰了低强度的Ⅱ级钢筋，目前集中 于 Ⅲ级的研究。
小型线材轧机大量更新，设备能力加大。可 以采用再结晶型未再结晶型及两相区轧制工艺。
某研究所用热模拟机测定了CCT曲线（下图 ），得到了带肋钢筋的控制轧制有关参数。并现 场提出两个生产Ⅲ级钢筋的方案。
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• （2）控温轧制的变形制度
a、二段变形制度。粗轧在奥氏体再结晶区轧制，通
过反复变形及再结晶细化奥氏体晶粒；中轧及精轧在 950℃以下轧制，是在γ相的未再结晶区变形，其累计变形 量为60%~70%；在Ar3附近终轧，可以得到具有大量变形 带的奥氏体未再结晶晶粒，相变以后能得到细小的铁素体 晶粒。
b、三段变形制度。粗轧在γ再结晶区轧制；中轧在
950℃以下的γ未再结晶区轧制，变形量为70%；精轧在Ar3 与Ar1之间的双相区轧制。这样得到细小的铁素体晶粒及 具有变形带的未再结晶奥氏体晶粒，相变后得到细小的铁
素精品体pp晶t模粒板供并大有家使亚用结构及位错。
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A、小型棒材轧机的布置 连续式小型轧机
中高碳钢棒线材的控制 轧制工艺特点
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一、中高碳钢棒线材产品种类
二、中高碳钢棒线材控制轧制 1、目的 2、工艺及特点
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• 1、中高碳钢棒材
棒材：简单断面、成根供应的型钢。主 要包括圆钢和螺纹钢筋。
棒材品种按断面形状分为圆形、方形、 六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种。