Температуры охлаждения и чистовой прокатки для различных марок стали

В процессе горячей обработки температура отделки сильно влияет на микроструктуру стали. Более высокие температуры отделки увеличивают тенденцию к коалесценции и росту зерен, что приводит к образованию более крупных аустенитных зерен.

Поэтому очень важно минимизировать температуру отделки в процессе производства, обычно не опускаясь ниже точки Ar3. Этого можно достичь с помощью контролируемых методов прокатки и охлаждения для уточнения размера зерна и повышения качества продукции.

Для низкоуглеродистых сталей температура отделки должна поддерживаться на уровне 800°C и не опускаться ниже 750°C.

В случае высокоуглеродистых сталей, чтобы предотвратить образование цементитной сети, температура отделки в процессе производства должна контролироваться на уровне 850°C.

Сочетание этого с быстрым охлаждением после прокатки позволяет эффективно подавлять осаждение проэвтектоидного цементита, избегая образования цементитной сети или, по крайней мере, обеспечивая ее тонкость и легкость устранения без дополнительных операций обработки.

В гиперэвтектоидных углеродистых сталях и легированные сталиИзбыток цементита образует сеть по границам зерен после прокатки. Стали с сетью цементита демонстрируют пониженную холодная штамповка способность и повышенная склонность к образованию трещин при закалке.

Чтобы устранить эту сеть, требуется сложная термическая обработка, которая не всегда бывает эффективной.

Следовательно, необходимо создать условия для предотвращения образования цементитной сети после прокатки. Отделка при низких температурах и быстрое охлаждение после прокатки позволяют достичь этой цели.

Например, сталь GCr15 охлаждается водой перед чистовым станом, чтобы снизить температуру перед окончательной прокаткой. Быстрое охлаждение после прокатки достигается с помощью струи сжатого воздуха, а затем медленное охлаждение в яме.

Медленное охлаждение после прокатки приводит к образованию крупных ферритных зерен, а низкая точка текучестии повышается температура хрупкого перехода. Скорость охлаждения зависит от размера поперечного сечения стали; большие сечения труднее быстро охладить, поэтому они обычно имеют более низкие механические свойства.

В зарубежных странах круглые стали после прокатки обычно охлаждаются воздухом, что связано с меньшим содержанием газов в стали. Использование водяного охлаждения в режиме on-line может быть более эффективным, но оно ограничено круглыми сталями диаметром менее 75 мм. Хотя быстрое охлаждение помогает уменьшить полосчатость, в сталях с высоким содержанием марганца и крупными аустенитными зернами оно может привести к образованию феррита Видманштеттена.

Поэтому быстрое охлаждение после прокатки должно сочетаться с низкой температурой отделки. Если размер аустенитного зерна мал, даже быстрое охлаждение не приведет к образованию феррита Видманштеттена.

Для легированных конструкционных сталей, прокатываемых на средних станах, стали диаметром менее 60 мм охлаждаются в штабелях на воздухе, а стали диаметром более 60 мм - в необогреваемых ямах. Сталь должна охлаждаться в яме до 100-150°C в течение не менее 30 часов.

Несущая сталь склонна к появлению белых пятен, поэтому после прокатки ее следует медленно охлаждать или подвергать термической обработке в соответствии с требованиями. Во время загрузки температура не должна быть ниже 700°C. Заготовки помещают в яму до тех пор, пока температура не достигнет не более 100-200°C, в среднем на 72 часа.

Даже при более низких температурах отделки медленное охлаждение может привести к образованию цементитной сети в стали.

Чтобы избежать этого, каждый брусок следует охлаждать по отдельности как можно быстрее до температуры ниже 650°C.

Скорость охлаждения подшипниковой стали без цементитной сети зависит от конечной температуры прокатки; при 900-950°C скорость должна составлять не менее 45-50°C/мин, которая может быть уменьшена по мере снижения температуры чистовой прокатки.

Контролируя соответствующую температуру окончательной обработки (около точки Ac3) и сочетая ее с подходящей скоростью восстановления (около 40%), можно добиться идеальных металлургических структур и оптимальных механических свойств в низко- и среднеуглеродистых сталях, а также в легированных, пружинных и подшипниковых сталях.

Для этого перед двумя последними клетями сортопрокатного стана установлены водоохлаждающие короба. Для обеспечения равномерной внутренней и внешней температуры быстроохлаждаемого проката перед группой чистовых станов устанавливается участок выравнивания температуры.

Методы охлаждения стали после прокатки включают в себя:

• В воздухе.
• В материалах с низкой теплопроводностью.
• В изоляционных коробках.
• В необогреваемых изоляционных ямах.
• В предварительно нагретых изоляционных ямах и печах.
• В нагретых изоляционных ямах и печах.
• В воде.

Представленные типы стали и методы их контролируемой прокатки и охлаждения включают:

1. Подшипниковые и пружинные стали

Они требуют обработки при низких температурах с последующим медленным охлаждением в изоляции. Чтобы предотвратить выпадение карбидов сети, подшипниковые стали после прокатки быстро охлаждают, а затем медленно охлаждают.

Температура обработки подшипниковой стали строго контролируется в диапазоне 800-850°C, чтобы помочь разрушить карбиды сети.

Если температура чистовой обработки превышает 900°C, сталь может быть обрызгана водой для быстрого охлаждения до 600-650°C (для предотвращения дальнейшего осаждения карбидов сети), а затем медленно охлаждена. Перед чистовым станом устанавливаются водоохлаждающие короба для контроля температуры поступающих на стан заготовок.

2. Закаленные и отпущенные Стали

Эти стали имеют закаленную сорбитовую структуру и используются для изготовления высокопрочных деталей, несущих ударные или знакопеременные нагрузки, таких как шатуны и валы. Они обладают высокими комплексными механическими характеристиками благодаря высоким пределам прочности и текучести, а также достаточной пластичности и вязкости.

Производственный план включает 225 000 тонн качественной углеродистой конструкционной стали и 225 000 тонн легированной конструкционной стали, что составляет 90% от общего объема производства. Контроль температуры такого большого объема стали дает конкурентное преимущество.

3. Качественные углеродистые конструкционные стали и легированные конструкционные стали

Обе стали являются гипоэвтектоидными с температурой закалки примерно на 30-50°C выше AC3. Для круглых сталей диаметром менее 40 мм перед чистовым станом устанавливаются охлаждающие водяные баки для уточнения размера зерна и достижения мартенситная структура после тушения.

Затем сталь закаливают при высоких температурах ниже A1 для перехода к стабильной закаленной структуре. Для круглых сталей большого диаметра практикуется онлайн-контроль температуры, например, на заводе ABS LUNA в Удине, Италия, который производит круглые стали диаметром от 20 до 100 мм, включая углеродистую сталь, сталь с поверхностной закалкой, закаленная и отпущенная сталь, микролегированная сталь, подшипниковая сталь, пружинная сталь и нержавеющая сталь. Они контролируют температуру сталей диаметром от 20 до 90 мм в режиме онлайн.

Учитывая позиционирование продукции Shigang (Shi Steel) и меняющиеся потребности пользователей стали, предоставление автомобильных сталей и продвижение на рынки высокого класса стало необходимым.

Идеальные металлургические структуры и оптимальные механические свойства дают конкурентное преимущество. При рассмотрении режимов охлаждения до и после чистового стана следует устанавливать водяные холодильники, в основном для круглых сталей размером менее 40 мм, для контроля температуры в режиме онлайн.

Установка водоохлаждающих коробок после чистового стана обсуждается во всем мире. Считается, что для круглых сталей большого диаметра оно только удаляет окалину и улучшает качество поверхности, мало влияя на измельчение зерна и потенциально вызывая неравномерность внутреннего размера зерна.

Онлайн-контроль температуры, несомненно, удлинит линию прокатки и увеличит инвестиции. Длина короба водяного охлаждения, устанавливаемого после чистового стана, не имеет широкого распространения: в качестве примера можно привести завод ABS LUNA в Италии, где установлен короб длиной 55 метров.

Учитывая долгосрочное развитие и требования к качеству, следует рассмотреть возможность контроля температуры в режиме онлайн. Первоначальная установка водяных охлаждающих коробок после чистового стана может, по крайней мере, удалить окалину и улучшить качество поверхности. Режимы нагрева, окончательной прокатки и охлаждения для различных сталей подробно описаны в таблице 1.

Таблица 1: Температура нагрева, чистовой прокатки и охлаждения различных виды стали.

Контролируемая прокатка

Теория управляемой прокатки

В процессе горячей прокатки разумное управление режимами нагрева, деформации и температуры металла позволяет сочетать твердофазное превращение и термопластическую деформацию для получения мелкозернистых структур, что повышает комплексность механические свойства стали.

Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей контролируемая прокатка в основном рафинирует деформированные аустенитные зерна, что приводит к образованию мелких ферритных зерен и небольших перлитных колоний после превращения аустенита в феррит и перлит. Это повышает прочность, вязкость и свариваемость.

Для высокоуглеродистых и гиперэвтектоидных сталей прокатка при контролируемой температуре рафинирует деформированные аустенитные зерна и заканчивает прокатку вблизи аустенит точка трансформации.

1. Термомеханическая прокатка

В настоящее время термомеханическая прокатка круглых сталей ограничивается диаметрами менее 40 мм, в основном для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, с целью измельчения ферритных зерен. Температура чистовой прокатки составляет от 750°C до 790°C.

Перед и после чистовой прокатки требуется водяное охлаждение. Для круглых сталей большого диаметра неравномерность температур между поверхностью и сердцевиной после водяного охлаждения может вызвать поверхностные микротрещины и несоответствие размеров зерен между сердцевиной и поверхностью во время рекристаллизации, что приводит к неравномерной структурной целостности по сечению.

2. Нормализованная прокатка

Для круглых сталей диаметром от 40 до 80 мм используется нормализованная прокатка, при которой последние четыре прохода имеют общую деформацию 50-60%. Перед поступлением на чистовой стан сталь уравновешивается, температура чистовой прокатки составляет 800-850°C, затем следует быстрое охлаждение.

3. Вальцовка с контролируемой температурой

Температура обработки варьируется от 850°C до 900°C, после чего следует контролируемое охлаждение для улучшения качества поверхности.

Для высокоуглеродистых сталей этот процесс позволяет получить более мелкие перлитные колонии, а для гиперэвтектоидных сталей - уменьшить количество осаждающихся сетевых карбидов.

Прокатные процессы Shi Steel

Для таких марок стали, как 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, при производстве круглых сталей диаметром от 50 до 80 мм используется нормализованная прокатка.

Однако перед чистовым станом требуется уравновешивание, что увеличивает длительность процесса и снижает производительность. Деформация в последних четырех проходах увеличивается для обеспечения высокой точности продукции и равномерной деформации по сечению, что предполагает добавление калибровочного стана, что увеличивает инвестиции. Для диаметров свыше 80 мм необходима прокатка при контролируемой температуре.

Для производства пружинного плоского проката используется термомеханическая прокатка. Обработка в феррито-аустенитной двухфазной зоне рафинирует деформированные аустенитные зерна, что приводит к образованию мелких ферритных зерен и более мелких перлитных колоний, повышая тем самым прочность и вязкость стали.

Однако для этого требуется водяное охлаждение до и после чистовой прокатки, что увеличивает инвестиции и удлиняет зону прокатки.

Для подшипниковой стали необходима прокатка при контролируемой температуре, чтобы предотвратить выпадение карбидов сети и улучшить качество поверхности.

Учитывая инвестиции и технологический процесс, Shi Steel применяет прокатку с контролируемой температурой, снижая температуру начала прокатки, контролируя температуру отделки и осуществляя контролируемое охлаждение после прокатки для достижения хорошего качества поверхности и внутренней структуры.

Таблица 2: Процесс прокатки для различных типов и характеристик стали