用于對輥軋件進行熱處理的方法以及實現該方法的設備的制作方法

專利名稱：用于對輥軋件進行熱處理的方法以及實現該方法的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及到用于對輥軋件進行熱處理的方法以及實現該方法的設備。
更精確地說，本發明適用于離開輥軋步驟且在將輥軋產品匯集和／或卷繞成諸如盤、卷、束或捆之類密集結構之前的輥軋產品。
本發明所應用到的輥軋件可以是需要表面硬化處理然后回火的材料，也可以是這樣的材料，其中，不想獲得這樣的表面結構，該表面結構具有硬化處理的特征。并且，按一定的速度對該表面結構進行冷卻，所說的速度低于將原始奧氏體結構改變成馬氏體結構的速度。
本技術的現狀包括與對離開輥軋系的輥軋件進行冷卻處理有關的問題，所述冷卻處理還具有確保所述產品的表面和內部有最佳質量和結構特征的功能。
在本技術的現狀中，我們可以確認所研究的兩類材料。
第一類材料是這樣的輥軋件，該輥軋件在以奧氏晶體結構離開最后的軋道時要進行表面硬化然后回火，而所說的晶體結構則在表面和次表面層改變為馬氏體或至多是貝氏體表面結構。
第二類材料是這樣的輥軋件，該輥軋件在離開最后的軋道時一般在冷卻床或平面內按不同的標準但在任何情況下都以不獲得下述結構為目的進行冷卻，所述結構以硬化為特征，并且，就該結構而言，在將輥軋件從輥軋生產線上排放出來之后開始并進行相對穩定結構中的奧氏體結構的改變。
就第一類制品而言，周知可在該產品離開最后的軋道時對該產品進行快速冷卻，以便超過預定的冷卻速度或臨界速度，在該冷卻速度或臨界速度以上會形成晶體結構，其特征在于較大的硬度和穩定性。
上述使產品表面硬化的快速冷卻會獲得一表面區域，其中有非常細小的馬氏體結構，該結構是硬化過程的代表。通過因快速降溫而抑制奧氏體的改變，可以獲得上述馬氏體結構。
同時，可在輥軋件表面的下面獲得貝氏體結構，而在所述產品散熱較慢且溫度較高的核心中可以獲得珠光體結構，該結構具有較小的穩定性但有較大的韌性。
可以調節所說的冷卻以便獲得不同的處理深度，因此，通過平衡在產品的不同深度處所形成的不同結構的機械性能，可以獲得最終產品的穩定性與韌性的最佳平衡。利用上述調節所述處理的機會，就冷卻的至少持續時間和強度而言，可以處理具有不同直徑和不同化學成份的材料，以便達到對不同類型產品的相同的機械和質量要求。
通過使用如前所述的熱處理，可以在無需使用會不可避免地增加所述產品成本的捆扎部件的情況下獲得不同國家法律所規定的那樣的最小機械特性。而且，在給定了有限的碳含量的情況下，可以保持輥軋件的焊接特性。
所以，為滿足必需的質量標準而進行的產品的機械阻尼和韌性之間的折衷基本上取決于所實施的冷卻的持續時間和強度參數。
上述參數不僅限定了硬化過程的特定穿透力，而且還在所述核心的熱量擴散至表面區域并使輥軋件的整個剖面上的溫度均等化時確定形成在輥軋產品上的熱度。
非常重要的是知道并限定所說的熱度，因為，該熱度可測定在所述產品的表面區域內所獲得的馬氏體結構的回火效率。在上述快速冷卻之前的溫度均等化步驟的至少一部分期間進行回火。
上述溫度均等化步驟結束時，在例如于冷卻床上進行的其中產品的所有位置處的溫度均開始下降的后續空氣冷卻步驟中，繼續所說的回火，在所述過程的這一階段，可重新確定所述表面區域的硬度，同時，能顯著地增加韌性。
在上述情況下，于冷卻床上進行所說的冷卻，在任何情況下溫度下降的速度都足夠高以限制過度回火對所述產品的表面的機械特性的負作用。如果相反立即將所述產品設置成密集結構，例如卷繞成卷或盤，通過對流或輻射進行熱交換的表面的減少會使得冷卻處理顯著地減慢，結果會增加時間。
冷卻時間的增加會使硬化處理有較大的效力和影響，從而導致所述材料機械特性的惡化。這種惡化通常是過度且不能令人接受。
為此，在本技術的現狀中，輥軋產品總是經歷自然空氣冷卻這一步驟，而且，只有當這種冷卻在與使回火結果平衡相適應的時間內結束并且晶體結構穩定時，才收集和排放所說的產品。
這就涉及到要明顯且大量地增加所述生產線上的必要空間。
就由不經歷硬化過程的產品所構成的第二類材料而言，本技術的現狀中周知按不同的程度但在任何情況下都以能排除形成那些一般是由硬化而產生的諸如馬氏體或貝氏體之類的結構的方式在最后軋道的下游冷卻所說的產品。
在上述情況下，冷卻速度小于導致馬氏體改變的速度，并且，以不在產品的表面區域與核心區域之間形成明顯差別的方式從輥軋件中除去熱量。
所以，通常用一般需要較長時間的成核和生長方法來改變穩定晶體結構中的奧氏體。
最終產品中沿該產品的整個剖面的物相按百分比是鐵氧體和珠光體，所說的百分比則取決于原材料的化學成分。在某些情況下，對鋼合金而言，也可以有貝氏體。
在這種情況下，尤其是希望有結構的均勻性，同時，所需的機械性能的水平會因所處理的鋼的不同類型而有顯著的不同。
依照所需的性能，可按不同方式進行所說的冷卻過程，但是，在所有的情況下，當在生產線上傳送輥軋件時，會給該輥軋件以在空氣中自然冷卻所需要的時間，因此，會在穩定的結構中出現奧氏體的物相轉變。
相反，在輥軋處理之后立即將所述產品匯集成諸如卷或盤之類密集結構的情況下，熱對流和熱幅射的表面的減小會使得冷卻過程顯著地減慢。
這就會從根本上改變輥軋件的熱循環并且導致微觀結構的改變，這種改變不可避免地影響輥軋件的最終性質。
更精確地說，可以有以下幾種變化存在物相的相對數量、輥軋件的微觀結構以及晶粒的大小。這些變化會使得輥軋件的技術質量不能令人接受。
所以，就上述兩類材料即必須要經歷硬化和回火的產品以及不應獲得代表著硬化的結構的產品而言，存在著共同的技術問題，這種問題會阻礙立即將輥軋件匯集成密集結構，相反，為了獲得必要的質量和技術特性，需要進行很長一段自然空氣冷卻。
本申請人業已設計、測試并實施了本發明以便克服本技術現狀中的缺點并獲得更多的優點。
各個主權利要求說明了本發明，從屬權利要求則說明了主實施例思想的變化形式。
本發明的目的是對離開輥軋系的產品進行熱處理，從而能使所述產品匯集和設置成諸如卷、盤、束或捆之類的密集結構。
本發明的熱處理可以避免必須過度保持上述材料／產品的溫度所導致的負作用。這種熱處理可以克服這樣的缺點，這些缺點源于在將所述材料設置成密集結構時通過對流和輻射以及后續冷卻的熱交換的減少以及在將所述產品卷繞成密集結構時冷卻時間的最終增加。
例如，本發明適用于具有任何剖面的線狀或條狀并具有廣泛直徑的長產品，本發明也適用于諸如片或條之類的扁平產品。
在基本相同的思想下，本發明適用于經歷表面硬化處理然后回火的第一類材料以及不經歷上述處理并且在其中不希望有表面硬化效果的第二類材料。
本發明能在輥軋件離開最后的輥道時將第一快速冷卻步驟應用于該輥軋件，以便形成特征在于同質晶體結構的表面，而不論該表面在對輥軋件進行了表面硬化的情況下是馬氏體還是在未進行表面硬化的情況下是奧氏體。
然后，本發明提供了露天(在空氣中的)溫度均等化步驟，然后是至少一個、最好是兩個或四個中間冷卻步驟，其中，將每個中間冷卻步驟均設置成不會改變第一快速冷卻步驟中形成的幾乎沒有變化的晶體表面結構。
上述中間冷卻步驟的后面是簡略的溫度均等化部分，然后緊跟著是將輥軋件卷繞成卷或盤或者匯集成束或捆。
在將輥軋件匯集成密集形式的情況下可以完成穩定晶體結構中的變化。
依照本發明，就第一類材料而言，使離開輥軋系的產品經歷快速冷卻以及至少部分硬化這樣的通常步驟，這就會使得在所述產品的表面上形成具有高穩定性的馬氏體結構，并且，還使上述產品經歷不同剖面深度上的溫度均等化步驟。
依照本發明，在第一個階段中利用至少一個步驟最好是二至四個冷卻步驟中的冷卻來中斷位于快速冷卻步驟之后的材料／產品的回火過程。
作為快速冷卻處理之后的溫度均等化步驟結束時回火過程中斷的結果，從輥軋件核心到邊緣的熱傳導僅會以最小限度的方式影響而改變出現在所述產品表面上的高穩定性馬氏體結構。
依照本發明，可在冷卻持續時間及強度方面對快速冷卻步驟之后的冷卻階段進行調整，因此，不會改變業已形成在所述材料中的晶體結構。
所以，輥軋件尚未硬化的內部部分在任何情況下都會保持在形成有馬氏體的高度之上，從而不會使外層即硬化區的厚度增加，這就會使得所述材料的最終抗拉強度與屈服點之比下降，也就是說，會降低所述材料的延展性。
而且，所述冷卻站通過溫度均等化區而彼此分開，這就能使所述材料充分地停留在內部形成馬氏體的區域的上方。
后續的最終將輥軋件卷繞成密集盤可以為慢速冷卻創造適當的條件，這些條件與預定和專門的溫度值相配合可以按最佳的方式實現先前中斷了的硬化外凸面的回火。
上述方法可用于包含有例如百分比為0．25至1．5％的錳和低碳含量的全飽和或半飽和鋼。而且，依照在生產特種鋼過程可以采用的一種變化形式，可以使用諸如釩和／或鈮和／或鈦之類的微鍵聯成份(micro-binder)，以便增加鋼的穩定性和表面硬度。
鋼的低碳含量能確保所獲得的制品是可完全焊接的。
就通常要經歷受控冷卻以便不獲得代表硬化的結構的第二類材料而言，按臨界速度以上的速度并以溫度不會下降至形成馬氏體水平以下的方式對離開輥軋床的輥軋件進行冷卻。
所以，在第一冷卻階段中，可以除去顯著的熱量，但不會達到馬氏體轉換點。
根據所處理的鋼的類型以及輥軋件剖面的尺寸，通過對冷卻的強度和持續時間起作用，可以調節這一階段所除去的熱量。
在快速冷卻之后，有溫度均等化步驟，然后是至少一個或二至四個后續冷卻站。
上述冷卻站的特征在于，輥軋件的表面溫度不會降至所處理的特種鋼的貝氏體形成特征水平以下。
通過這種方式，可以為由珠光體和鐵氧體均勻構成的晶體結構在最終產品中的晶核形成和生長創造適當的條件，而晶體結構的形成則是在所述產品卷繞成密集形式過程中和之后進行的。
利用上述冷卻方法，可以使輥軋件的熱交換最佳化。并且，可以控制第一階段之后的冷卻階段以使獲得最佳的卷繞溫度。
這種溫度構成了最終處理步驟的脫離點，所述最終處理步驟則包括慢速冷卻卷線盤上的螺旋物。
在上述步驟中，溫度必須能保證不會出現諸如晶粒過度生長之類的微觀結構變壞的現象。
所述第二類材料包括低、中、高碳含量的鋼、合金鋼以及不銹鋼。
利用上述熱處理過程，可在不用延長冷卻的情況下將輥軋產品直接送至將輥軋產品卷繞成密集結構的步驟，這就能極大地節省在生產線中占據的空間并減少存放上述產品所需的空間。
附圖是作為非限制性實例而給出的并且按下述方式示出了
具體實施例方式

圖1以圖的形式示出了使用本發明的輥軋生產線的端部；圖2示出了溫度／距離的曲線圖，該曲線圖參照圖1示出了經歷本發明熱處理并屬于經歷硬化和回火的第一類材料的產品表面溫度；圖3示出了溫度／距離的曲線圖，該曲線圖參照圖1示出了經歷本發明熱處理并屬于不經歷表面硬化的第二類材料的產品的一半半徑周圍的位置及核心處的表面溫度；圖4示出了溫度／時間的曲線圖，該曲線圖示出了未硬化并在750℃下卷繞的產品的核心的不同位置的溫度。
圖1中端部部分所示的輥軋生產線10包括一快速冷卻組件11，它設置在輥軋件13以最終形式離開的輥軋系12的出口處。
就具有低碳含量的鋼或包含有諸如釩和／或鈮和／或鈦之類微鍵聯成份的特種鋼而言，快速冷卻組件11對輥軋件13進行硬化處理，以便確定非常小的馬氏體結構的外表面上的結構，同時，在正下方的層次中形成貝氏體結構，并且，在核心中形成有較小穩定性但有很大韌性的珠光體結構。
以能夠除去很大熱量的方式進行上述冷卻處理及硬化(見圖2，圖2示出了在快速冷卻組件11內輥軋件13的表面溫度是如何從約1000℃到達200℃的)，以便能進行如前所述的金相轉換。
快速冷卻部分11的后面是由至少露天進行部分溫度均等化部分14，其中，輥軋件13在其中開始因熱從核心逐漸傳到表面而開始回火。
依照本發明，在距快速冷卻組件11的預定距離處有一第一冷卻站15a。第一冷卻站15a使輥軋件13的回火停止，因此，不會改變出現在所述表面上的馬氏體結構。
如圖2所示，第一冷卻站15a會使溫度從約650℃減少至300℃左右的值。
在因來自輥軋件13的熱量的逐漸傳播而使表面溫度增加的簡略露天溫度均等化部分之后有一第二冷卻站15b，它位于生產線10上，通過上述第二冷卻站，所述表面溫度會再次回到約300℃的值。
第二冷卻站15b的后面也是一簡略的露天溫度均等化部分，然后是一第三冷卻站15c，通過該第三冷卻站，輥軋件13的表面溫度會再次回到這種情況下約為300℃的值。
冷卻站系列15a、15b、15c用于中斷回火過程的進行，以便阻止傳自輥軋件13的核心的熱量去改變業已形成在輥軋件13表面上的馬氏體結構。
在任何情況下都有的多個冷卻站及較低的溫度減少可以阻止馬氏體表面層的深度增加，從而使晶體結構基本上沒有改變并同它在組件11所進行的快速冷卻處理和硬化的出口處所形成的一樣。
根據所述產品的剖面尺寸及化學成份對冷卻站15a、15b、15c設置冷卻持續時間和強度，因此，在這種情況下，所述表面溫度不會顯著地降至300℃以下，從而如前所述那樣不會改變晶體結構并且還能避免在輥軋件13的內部形成馬氏體，這就能兼顧到所述產品的延展性。
而且，對上述冷卻站進行設置，因此，當輥軋件卷繞到相對的卷繞組件16上時，輥軋件13的表面溫度有一定的值，該值不小于一預定值，在這種情況下，所說的值在約420℃與570℃之間。
上述溫度值用于確保即使在因將輥軋件13以密集的形式卷繞到卷繞組件16上而有源于對流和幅射的有限熱交換的狀態下，冷卻時間的減慢不會使具體在輥軋件13的馬氏體表面結構上的整個晶體結構有所改變并且不會對其有負作用。
快速冷卻步驟與卷繞輥軋件13之間的一系列冷卻站15a、15b和15c會避免需要一冷卻床上的冷卻步驟，就存放所述材料的空間，生產線占據的空間以及獲得最終產品所需的整個時間而言，這一點有顯著的優點。
就不需進行表面硬化處理的具有低、中或高碳含量的鋼而言，對快速冷卻組件進行預置以使輥軋件13的表面有一定的溫度值，該溫度不小于形成馬氏體時的溫度。
在這種情況(圖3)下，輥軋件13的表面溫度具有不小于500℃的值，因此，不會改變基本上是同質的奧氏體結構。
露天部分14的功能是使核心和表面的溫度相同，同時，就冷卻的持續時間和強度而言，可以按能使輥軋件13的表面溫度不會降至形成貝氏體的溫度或者在任何情況下該表面溫度都不會達到開始改變進入上述部分14內的輥軋件13的奧氏結構的溫度的方式來設置和調節與后續冷卻站15b和15c相似的第一中間冷卻站15a。
從圖3的曲線圖中可以看出，在通過短的溫度均等化部分而彼此相間隔的所有中間冷卻站15a、15b、15c中，輥軋件13的溫度會降至約600℃的值，在該溫度下，不會開始改變上述晶體結構。
所以，后面是同樣短的溫度均等化部分的短冷卻循環可用于逐漸降低輥軋件的溫度，從而使具有有限值的溫度突然改變，其中，輥軋件13的晶體結構不會以顯著的方式改變。
當輥軋件13離開最后的冷卻站15c時，該輥軋件13的表面溫度會降至一定的值，這就會在將輥軋件13卷繞成卷繞組件16上的密集形式時獲得650℃至750℃的溫度。
同時，可完成所說的冷卻，并且，在輥軋件13卷繞成例如卷繞組件16的密集結構的情況下，會在穩定的結構中改變奧氏體，其中，所說的內部與外部之間以及所說的卷或盤的頂部與底部之間性質會有顯著的差別。
圖4示出了曲線圖的一個實例，它說明了直徑為10mm重量為2400kg的卷繞的圓形工件的五個區域即內部、下部、外部和上部及核心處的該工件的冷卻曲線。
y坐標示出了溫度，x坐標示出了時間。
權利要求
1．一種用于對離開輥軋系(12)的輥軋件進行熱處理的方法，其中，輥軋件(13)在位于緊挨著最后軋道下游處的快速冷卻組件(11)內經受快速冷卻處理，第一冷卻步驟的后面是在空氣中的的溫度均等化步驟并且在排出和匯集之前至少后面是一第二冷卻處理步驟，所述方法的特征在于，對上述在空氣中的溫度均等化步驟和至少第二冷卻處理進行設置以便不改變在第一冷卻處理的出口處已經形成了的輥軋件(13)的表面和內部的晶體結構，上述至少的第二冷卻處理的后面是一短的在空氣中的溫度均等化部分，然后緊跟著是將輥軋件(13)匯集成諸如卷、盤、束或捆之類的密集形式，其中，匯集成密集形式的輥軋件的慢速冷卻會導致穩定結構中的晶體結構的變化。
2．如權利要求1的方法，其特征在于，在所述快速冷卻步驟與匯集成密集形式之間的部分中，輥軋件(13)要經歷二至四個中間冷卻階段。
3．如權利要求1或2的方法，用于對輥軋鋼產品進行熱處理，所述鋼產品具有低碳含量、是脫氧或半脫氧鋼、具有0．25至1．5％之間的錳含量，所述方法的特征在于，對上述第一快速冷卻處理進行設置以便形成馬氏體表面結構，貝氏體子表面結構以及內部珠光體結構，所述第一快速冷卻處理的后面是在空氣中的溫度均等化步驟以及表面回火，在馬氏體表面結構變質之前會于至少一個中間冷卻臺(15a)中停止表面回火，以不會改變內部晶體表面并且至少能阻止在輥軋件(13)的內部形成馬氏體結構的方式設置上述至少一個冷卻站(15a)，所述至少一個冷卻站(15a)的后面是一簡略的在空氣中的溫度均等化部分然后緊跟著是將輥軋件(13)匯集成密集形式。
4．如權利要求3的方法，其特征在于，在已將輥軋件(13)設置成密集形式的情況下進行具有馬氏體結構的輥軋件(13)的表面回火。
5．如權利要求3或4的方法，其特征在于，該方法提供了多個中間冷卻站(15a、15b、15c)，在每個中間冷卻站中，輥軋件(13)的表面溫度都會降至不低于300℃的值，以便保持前述貝氏體子表面的晶體結構以及內部珠光體結構。
6．如權利要求3至5的任何一個的方法，其特征在于，在匯集成密集形式的上游處的最后冷卻站(15c)會使輥軋件(13)的表面溫度下降，以便在輥軋件卷繞成卷繞組件(16)上的密集形式時獲得420℃至570℃之間的輥軋件(13)的表面溫度。
7．如權利要求3至6的任何一個的方法，其特征在于，該方法適用于加有諸如釩和／或鈮和／或鈦之類微結合物的鋼。
8．如權利要求1或2的方法，用于對帶有中或高碳含量的輥軋鋼產品，鋼合金或不銹鋼進行熱處理，其特征在于，對所述第一快速冷卻處理進行設置，以便按高于臨界硬化速度的速度冷卻輥軋件并且使輥軋件(13)的表面溫度達到一定的值，該值不小于奧氏結構變成馬氏體時的溫度，所述第一快速冷卻處理的后面是在空氣中的溫度均等化步驟，而此步驟的后面是至少一個中間冷卻站(15a)，按不使表面溫度降至形成貝氏體的溫度以下的方式設置前述至少一個冷卻臺(15a)，所述至少一個冷卻站(15a)的后面是一簡略的在空氣中的溫度均等化部分，然后緊接著是將輥軋件(13)匯集成密集形式。
9．如權利要求8的方法，其特征在于，在將輥軋件(13)匯集成密集形式的情況下改變穩定結構中的奧氏體。
10．如權利要求8或9的方法，其特征在于，該方法提供了多個中間冷卻站(15a、15b、15c)，在每個中間冷卻站中，輥軋件(13)的表面溫度均會下降至一定的值，該值不小于所處理的特種鋼的上限即特性溫度，在該上限溫度下，奧氏體會變成貝氏體。
11．如權利要求8至10中任何一個的方法，其特征在于，在匯集成密集形式的上游處的最后冷卻站(15c)會使輥軋件(13)的表面溫度下降，以便在輥軋件卷繞成卷繞組件(16)上的密集形式時獲得650℃至750℃之間的輥軋件(13)的表面溫度。
12．一種用于對離開輥軋系(12)的輥軋件進行熱處理的設備，該設備的特征在于，它包括一快速冷卻組件(11)，此組件位于緊挨著最后軋道的下游的位置處，并能在上述輥軋件中形成一預定的晶體表面結構，所述快速冷卻組件(11)的后面是一在空氣中的溫度均等化部分(14)以及一至四個冷卻站(15a、15b、15c)，均可按不會改變在快速冷卻組件(11)的出口處已經形成了的并且保持幾乎沒有變化的晶體表面結構的方式對每個冷卻站(15a、15b、15c)進行設置，所述冷卻站(15a、15b、15c)的后面是一簡略的在空氣中的溫度均等化部分以及直接將輥軋件(13)匯集成密集形式。
全文摘要
用于對離開輥軋系的輥軋件進行熱處理的方法,其中,所述輥軋件在位于緊挨著最后軋道下游處的快速冷卻組件內經受快速冷卻處理,所述第一冷卻步驟的后面是一露天溫度均等化步驟并且在排放和匯集之前后面至少是第二冷卻處理,對所述露天溫度均等化步驟和至少的第二冷卻處理進行設置以便不改變在第一冷卻處理的出口處已形成了的輥軋件(13)的表面和內部晶體結構。用于實現上述方法的對輥軋件進行熱處理的設備。
文檔編號C21D1/18GK1203952SQ9810965
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月5日 優先權日1997年6月5日
發明者阿爾弗萊多·波洛尼, 馬泰奧·貝利納, 朱塞佩·博爾迪格農, 馬西莫·萊斯塔尼 申請人:丹尼利機械設備股份公司