棒材生产中的控制轧制技术
摘要：控制轧制和控制冷却技术在棒材生产中具有重要作用，合理制定控轧控冷工艺就能改善棒材的组织和性能。

本文着重叙述了线材生产中控制冷却技术的机理、特点，目的、技术关键。

关键词：线材生产；控制轧制
1 引言
过去几十年来，作为热轧钢材性能的强化手段，或是添加合金元素，或是轧后再进行热处理。

这些措施既增加了成本，又延长了生产周期，对于产品使用性能，多数情况下是在提高强度的同时降低了韧性，对焊接性能也造成影响。

但控制轧制和控制冷却则不同，它是通过控制热轧过程中的变形及轧后钢材的冷却速度，达到充分细化晶粒和改善钢材组织状态，从而提高钢材的综合性能。

它是通过优化工艺控制来大幅度提高钢材的综合性能，具有节约合金、简化工序、节能降耗等优点，由于它具有形变强化和相变强化的综合作用，所以既能提高钢材的强度，又能改善钢材的韧性和塑性。

2 控制冷却
2.1控制冷却的概念
控制冷却是利用相变强化以提高钢材的强度。

通过控制冷却能够在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度。

控制冷却是通过控制热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物析出行为、相变后钢的组织和性能。

2.1控制冷却的阶段和特点
热轧后控制冷却包括三个不同冷却阶段，一般称一次冷却、二次冷却及三次冷却(空冷)。

三个冷却阶段的目的和要求是不相同的。

一次冷却是指从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度Ar3或二次碳化物开始析出温度Arc。

范围内的冷却，控制其开始快冷温度、冷却速度和快冷终止温度。

一次冷却的目的是控制热变形后的奥氏体状态，阻止奥氏体晶粒长大或碳化物析出，固定由于变形而引起的位错，加大过冷度，降低相变温度，为相变做组织上的准备。

相变前的组织状态直接影响相变机制和相变产物的形态和性能。

一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度，细化奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。

二次冷却是指热轧钢材经过一次冷却后，立即进人由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段，在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度(快冷、慢冷、等温相变等)和停止控冷温度。

控制这些参数，就能控制相变过程，从而达到控制相变产物形态、结构的目的。

参数的改变能得到不同相变产物、不同的钢材性能。

三次冷却或空冷是指相变之后直到室温这一温度区间的冷却参数控制。

对于一般钢材，相变完成，形成铁素体和珠光体。

相变后多采用空冷，使钢材冷却均匀，不发生因冷却不均匀而造成弯曲变形。

此外，固溶在铁素体中的过饱和碳化物在慢冷中不断弥散析出，使其沉淀强化。

对一些微合金化钢，在相变完成之后
仍采用快冷工艺，以阻止碳化物析出，保持其碳化物固溶状态，以达到固溶强化的目的。

将一次冷却及二次冷却合成为一个快速冷却过程的工艺，即由轧后快冷至低温相变，如发生马氏体相变，形成直接淬火工艺，进行自回火或进行回火，形成形变调质工艺。

3控制冷却小型棒材生产中的应用
根据螺纹钢在轧后快冷前变形奥氏体的再结晶状态，螺纹钢轧后冷却的效果可以分为两类：一类是变形的奥氏体已经完全再结晶，变形引起的位错或亚结构强化作用已经消除，变形强化效果减弱或消除，因而强化只能靠相变完成，综合力学性能提高不多，但是应力腐蚀稳定性较高。

另一类是轧后快冷之前，奥氏体未发生再结晶或者仅发生部分再结晶，这样在变形奥氏体中保留或部分保留变形对奥氏体的强化作用，变形强化和相变强化效果相加，可以提高螺纹钢的综合力学性能，但应力腐蚀开裂倾向较大。

螺纹钢轧后控制冷却的方法一般可分为两种：一种是轧后立即冷却，在冷却介质快速冷却到规定的温度，或者在冷却装置中冷却一定时间后停止快冷，随后空冷，进行自回火。

邯钢型棒材厂棒二车间生产的这种小断面螺纹钢适合采用此种冷却方法，而对于大断面的螺纹钢来说适合采用第二种方法，即先在高速冷却装置中用很短时间将螺纹钢表面过冷到马氏体转变点以下形成马氏体，并立即中断快冷，空冷一段时间，使表面层的马氏体回火，形成回火索氏体；然后进行二冷快冷一定时间，再次中断快冷进行空冷，使螺纹钢芯部获得索氏体组织、贝氏体及铁素体组织。

这种二段冷却方法获得的螺纹钢筋抗拉强度及屈服强度略低，延伸率几乎相同，而抗腐蚀稳定性好。

同时，对大断面钢材来说，还可以减小内外温差。

4 结束语
控制冷却技术在棒材生产中具有举足轻重的作用，因此正确制定控制冷却工艺，对棒材轧制过程进行科学合理的控制，才可以改善棒材的金相组织，提高棒材的力学性能和产品质量。

今后，控制冷却技术的研究将仍然是棒材生产中的一项重要课题。