專利名稱：工件且尤其由鋼軌鋼構成的型鋼軋件的冷卻方法
技術領域：
本發明涉及工件冷卻方法，尤其是用于冷卻具有細珠光體組織或鐵素體/珠光體組織的、由鋼軌鋼構成的軋件且在這里是型鋼軋件的方法，其中使熾熱的工件即具有奧氏體組織的工件經過一個具有一入口區和一出口區的冷卻段并接受冷卻作業，在這種情況下經歷了變為珠光體組織或鐵素體/珠光體組織的轉變。
背景技術：
鋼軌鋼主要用于制造鋼軌及其連接件和固定件。通過輪子作用于鋼軌的垂直力和側向力如法向力、導向力、加速力和制動力在直接作用區內造成很高的動態負荷并且一般導致鋼材塑性變形。這種負荷引起呈材料滑移、磨損、材料斷裂、局部材料疲勞或裂紋形式的損耗現象。鋼軌耐損耗現象能力的提高可以通過與盡可能細條紋狀珠光體組織有關地提高鋼軌的拉伸極限和抗拉強度及其疲勞強度來獲得。
根據現有技術，鋼軌鋼在冷床上在普通冷卻條件下完成了變為珠光體組織的轉變。在這種情況下，具有鐵素體-珠光體組織的鋼軌鋼具有700N/mm2-900N/mm2的抗拉強度，而具有珠光體組織的鋼獲得超過900N/mm2的抗拉強度值。鋼軌鋼的主要性能由鐵素體/珠光體組織的數量及其形態結構來決定。層間距在珠光體鋼和鐵素體/珠光體鋼中都扮演了一個角色。
發明內容
本發明的任務是提供一種用于制造工件且尤其是由鋼軌鋼構成的型鋼軋件的方法，該工件具有改善的機械性能以及細條狀珠光體組織或鐵素體/珠光體組織。
該任務通過一種具有權利要求1的特征的方法來完成。在從屬權利要求中描述了有利的改進方法。
根據該方法而提出了，使該工件且例如是軋件或也可能是連鑄型材從(軋制)熱態開始經過一個冷卻段，該冷卻段包括多個獨立的并具有可彼此無關地調定的冷卻參數的冷卻模塊，其中在冷卻模塊之間有用于均熱或用于消除熱應力的多個中間區，這些中間區具有確定在這些中間區內的各工件實際溫度的裝置，在這里，根據一個中間區或每個中間區的各自實際溫度值來調整至少各自后續的冷卻模塊的特定冷卻參數且尤其是冷卻強度，以便在經過冷卻段的整個過程中調節出工件的一個規定的(表面)溫度，其中該工件的規定溫度在一個形成貝氏體組織的組織成分的臨界溫度之上。
因而，本發明的基本構想就是按照這樣的措施在一冷卻段中控制由鋼軌鋼構成的工件的冷卻，即由鋼軌鋼構成的工件的表面溫度如此降低，從而出現了理想的珠光體組織或鐵素體/珠光體組織，其中通過經過消除應力階段以及最好在每個中間區內的溫度狀況的連續檢查和或許各冷卻模塊的冷卻參數的調整而保證了，溫度不低于一個臨界溫度并因而過冷沒有強烈到出現貝氏體轉變并因而形成不希望有的貝氏體組織成分的程度。
該冷卻過程與連續的冷卻模塊有關地包括多個冷卻步驟并且與用于消除組織應力的中間區有關地包括多個重新加熱時間段和/或多個保溫時間段和/或多個環冷時間段。在這種情況下，工件可以在所有中間區內經過一個相同的應力消除時間段或者在各個不同的中間區內經過不同的應力消除時間段。在這里，重新加熱或是通過尚殘留在工件內的余熱來完成，和/或通過外部供熱來完成。這樣一來，調整出大致成鋸齒形的冷卻曲線，它對要獲得的最終組織和進而對機械性能產生有利地影響。如此抑制貝氏體的生成，即調整冷卻段的參數，從而在冷卻作業的任何時刻都不會形成貝氏體。
本發明也包含了這樣的措施，即這些中間區被用于在整個工件且尤其是軋件的整個分為內進行均熱，或者被用于冷卻速度緩慢地進行冷卻。
最好根據每個中間區的各自測定的實際溫度值來調整各后續冷卻區的特定冷卻參數并同時調整在前冷卻模塊的冷卻參數。這意味著，只要工件或軋件偏離了一個應該在某個時刻或一個中間區內出現的預定的理論溫度，則通過在后續冷卻模塊中特殊地改變冷卻參數，該工件或軋件被重新調整到理論溫度，并且為了后續的工件而同時調整在前的冷卻模塊。
最好在中間區末端即在組織應力消除區的末端測量工件表面溫度。在中間區內的溫度測量也可被用于質量監測。
根據一個優選的實施例借助一個非接觸式光學測量儀即借助一個高溫計來進行該表面溫度測量。
最好借助壓力控制來完成冷卻參數且在這里尤其是冷卻強度的控制，所述壓力就是冷卻介質以之噴射到工件表面的壓力，和/或通過可控地調整冷卻介質溫度和/或借助通過選擇冷卻噴嘴幾何形狀來可控地調整冷卻介質的體積流量來進行上述冷卻參數調整。作為冷卻介質，優先考慮冷卻水。
壓力控制最好通過在通向噴嘴的輸送管路中的一個壓力調節閥來進行，這些噴嘴安置在噴水冷卻梁上。冷卻強度也可以通過控制每個噴水冷卻梁或每個冷卻梁裝置的不同噴嘴數量來實現。
根據冷卻介質溫度控制的一個特別優選的實施例而規定了，冷卻介質且尤其是冷卻水在噴到工件表面上之前被預熱到這樣的程度，即不會或很晚才會出現低于萊頓夫羅斯特溫度。
萊頓夫羅斯現象是指，當有關物體的溫度高于液體的氣化溫度時出現的液體不能使用的狀態。水例如通過水蒸汽構成的氣體外層而無法繼續蒸發并因而在一段時間里喪失了冷卻作用。冷卻水的預運行溫度可以影響到萊頓夫羅斯特溫度。萊頓夫羅斯特溫度隨著冷卻水預運行溫度的升高而提高，冷卻效果減弱。為了不低于或很晚之后才會低于萊頓夫羅斯特溫度而規定了預熱冷卻水。這帶來的好處就是冷卻減弱并因而更好地可以重現。
根據一個優選的方法步驟，在工件進入冷卻段之前或之時測量工件溫度，該溫度值被用于預設定冷卻參數，以實現各冷卻模塊的冷卻參數的預調節，尤其是冷卻介質以之噴射到工件表面上的壓力的調定。
從從屬權利要求和后續的說明書中得到了本發明的其它細節和優點，在后續說明書中，詳細描述了本發明的如圖所示的實施例。此外，除了上述的特征組合方式外，這些特征單獨地或在其它組合方式的情況下也對本發明很重要，附圖所示為圖1是一冷卻段的示意概括圖，在該冷卻段中進行本發明的方法；
圖2表示一條溫度-時間曲線，它包括在一個普通鋼軌鋼的軌頭之內和之上的五個測量點的冷卻曲線，該鋼軌鋼含有約0.8％的碳和1.0％的錳并且按照方法在一冷卻段里遇到這樣一條冷卻曲線，即沒有低于貝氏體溫度；圖3對照地示出了一個不受控制的冷卻過程的五條冷卻曲線的溫度-時間曲線，在該冷卻過程中低于了貝氏體溫度。
具體實施例方式
圖1所示的冷卻段1與一個型鋼軋機機列(未示出)如一個用于由鋼軌鋼制成的軌梁型鋼的軋機機組相接。在所示實施例中，冷卻段1包括五個冷卻模塊2a-e，但該冷卻段不局限于這樣的冷卻模塊數量。各冷卻模塊2a-e例如是這樣構成的，即它們包括一個或多個噴水冷卻梁或冷卻噴嘴裝置。從各噴嘴中噴出的冷卻水的壓力可以各自通過一個壓力調節閥3a-e來調節。實際壓力借助壓力測量儀4a-e來測量。在各冷卻模塊2a-e之間設有中間區5a-e。分別在中間區5a-e的端部上，設有一個用于非接觸地光學測量在該中間區內的軋件的表面溫度的高溫計，在這里，要測量鋼軌型材的軌頭的表面溫度。
在冷卻段1的入口區(12)或起點的第一冷卻模塊2a的前面，設有一個附加的高溫計6f。各高溫計6a-f通過信號線路7a-g與一臺計算機8連接。計算機8通過相應的控制線路9a-e來連接，以便改變冷卻介質噴嘴的各調節閥3a-e。冷卻介質且尤其是冷卻水(KW)通過一個帶排出管路10a-e的共用輸送管10被送往各冷卻模塊2a-e。為了調節壓力值，也設置了一條包括計算機8的壓力測量儀4a-e的控制環路。
以下要描述工作過程。在軋制型鋼如鋼軌進入冷卻段之前，借助第一高溫計6f如一個雙色高溫計來獲取實際的表面溫度值。這個第一表面溫度值被傳輸給計算機8，該計算機已經根據該獨立的值啟動了各調節閥的預調操作(預設定)，以便調節出冷卻水壓力以及冷卻水溫度。在經過第一模塊2a并完成第一冷卻步驟之后，鋼軌進入第一中間區5a，在該區域里完成組織的消除應力階段。在第一中間區5a的末端，借助一個第二高溫計6a如一個雙色高溫計來進行再次的表面溫度測量(TIST)。所獲得的實際值通過信號線路7a和7g被傳輸給計算機8并且在該計算機中進行理論值(TSOLL)與實際值(TIST)的差值計算。在這種情況下，理論值，總是在可以出現貝氏體的材料特定溫度之上。該理論值與合金化情況有關并且可以通過實驗求出。用于在鋼軌鋼的冷卻作業中不應超過的臨界溫度的參考值約為400-500℃。
只要在實際值和理論值之間存在差值，則后面的那個或多個冷卻模塊的冷卻參數，在這里是噴射冷卻水的壓力就要通過改變壓力調節閥3a-e來調整。在這種情況下，根據所測的實際壓力值來連續調整壓力值。
所述調整操作根據在每個其它的中間區5b-e中測得的溫度值重復進行。同時，最好還規定以下措施，即不僅后面的那個冷卻模塊，而且在前面的一個或多個冷卻模塊也為了隨后要冷卻的軋件進行調整。
圖2、3借助溫度時間圖來表示經過調整或不進行調整的軌頭的冷卻曲線，該軌頭由含碳量為0.8％的材料構成。術語C80W60或C80W65表明了，在軌頭芯部的冷卻速度(例如，按照AREA136的鋼軌形狀[美國鐵路工程協會供貨協定])比在邊緣區內的冷卻速度高不了許多，因此，在芯部區域里，在較高溫度下發生了從奧氏體到珠光體或鐵素體-珠光體的轉變。
在軌頭的五個不同的測量點上求出隨時間的溫度曲線。在這里，1是在軌頭芯部中的一個測量點，2是在表面之下5毫米處的一個測量點，3是在側面之下5毫米處的一個測量點，4是在側表面之上的一個測量點，5是在軌頭表面上的一個測量點。如圖所示，軌頭組織沒有在任何點上在任何時刻因冷卻而經歷了可能形成貝氏體的過冷。
該模擬的冷卻段可以通過五個模塊來單獨調整。圖2中的這些冷卻曲線表明了，絕不會低于將形成貝氏體的臨界溫度。在表示軌頭表面冷卻情況的冷卻曲線4、5上，可以看到借助在中間區和均溫區里的再加熱的鋸齒形冷卻曲線。
相反，圖3示出了有五個不可單獨調節的冷卻模塊的冷卻段，因此，在軌頭的靠近表面的區域(曲線4、5)中出現了低于貝氏體溫度的現象。
通過所提出的方法實現了，當鋼軌鋼從軋制熱開始變冷時，可以調整出細珠光體組織或鐵素體/珠光體組織，而同時不會出現不利地影響到機械性能且尤其是耐磨性能的貝氏體成分。
權利要求
1.一種冷卻具有細珠光體組織或鐵素體/珠光體組織的工件且尤其是由鋼軌鋼構成的型鋼軋件的方法，其中使該熱的工件經過一個有一入口區(12)和一出口區的冷卻段(1)并接受一個冷卻作業，在這種情況下經歷了變為珠光體組織或鐵素體/珠光體組織的轉變，其特征在于，使該工件經過這樣一個冷卻段，即該冷卻段包括多個獨立的并具有可獨立調整的冷卻參數的冷卻模塊(2a-e)，其中在這些冷卻模塊(2a-e)之間有用于消除組織應力的中間區(5a-e)，這些中間區具有用于確定在這些中間區(5a-e)中的各軋件的實際溫度(TIST)的裝置，在這里，根據在一個中間區(5a-e)中的工件的當時的實際溫度值(TIST)來控制至少各后續的冷卻模塊(2b-e)的特定冷卻參數且尤其是冷卻強度，以便在經過冷卻段(1)的整個過程里確保該工件的一個規定溫度，其中該工件的所述規定溫度(TSOLL)總是在一個形成貝氏體組織成分的臨界溫度之上。
2.如權利要求1所述的冷卻方法，其特征在于，該冷卻過程本身與連續的冷卻模塊有關地由多個冷卻步驟構成并且與用于消除組織應力的連續中間區有關地由重新加熱的時間段和/或保溫的時間段和/或緩慢冷卻的時間段組成。
3.如權利要求1或2所述的冷卻方法，其特征在于，與一個或每一個中間區(5a-e)的各自測定的實際溫度值(TIST)有關地控制各后續的冷卻模塊(2a-e)的特定冷卻參數并同時控制在前的冷卻模塊(2a-d)的冷卻參數。
4.如權利要求1-3之一所述的冷卻方法，其特征在于，在中間區(5a-e)的末端測量工件表面溫度。
5.如權利要求1-4之一所述的冷卻方法，其特征在于，借助一個非接觸式光學測量儀來進行該實際溫度測量(TIST)。
6.如權利要求1-5之一所述的冷卻方法，其特征在于，借助冷卻介質的壓力控制和/或溫度控制來獲得冷卻參數且尤其是冷卻強度的控制。
7.如權利要求1-6之一所述的冷卻方法，其特征在于，該冷卻介質且尤其是冷卻水在噴射到工件表面上之前被預熱到這樣的程度，即不低于萊頓夫羅斯特溫度或者比冷卻介質未預熱時更晚地低于該萊頓夫羅斯特溫度。
8.如權利要求1-7之一所述的冷卻方法，其特征在于，在進入冷卻段(1)之前或之時測量工件溫度，并且將該溫度值用于預設定各冷卻模塊的冷卻參數。
全文摘要
為了在冷卻后制造出尤其具有細珠光體組織或鐵素體/珠光體組織的且由鋼軌鋼構成的型鋼軋件而提出，使工件經過一個冷卻段，它包括多個獨立的并具有可獨立調節的冷卻參數的冷卻模塊(2a－e)，其中在冷卻模塊(2a－e)之間設有用于消除組織應力的中間區(5a－e)，這些中間區具有用于確定在所述中間區(5a－e)內的各工件的實際溫度(T
文檔編號C21D9/04GK1537175SQ02815118
公開日2004年10月13日 申請日期2002年7月25日 優先權日2001年8月1日
發明者K·屈珀斯, M·邁爾, T·內爾查克, U·普洛茨恩尼克, K 屈珀斯, 宕畝髂崢, 榭 申請人:Sms米爾股份有限公司