各種鋼種の冷却および仕上げ圧延温度

熱間加工工程では、仕上げ温度が鋼の微細組織に大 きな影響を与える。仕上げ温度が高いほど、結晶粒の合体や成長傾向が強まり、オーステナイト結晶粒が粗大化する。

そのため、生産中の仕上げ温度を最小限に抑えることが極めて重要であり、通常はAr3点以下に低下させない。これは、制御された圧延および冷却方法によって達成され、結晶粒径を微細化し、製品品質を向上させることができる。

低炭素鋼の場合、仕上げ温度は800℃近くに維持する必要があり、750℃を下回ってはならない。

高炭素鋼の場合、セメンタイトのネットワーク形成を防ぐため、製造時の仕上げ温度を850℃前後に制御する必要がある。

圧延後の急冷と組み合わせることで、プロユーテクトイド・セメンタイトの析出を効果的に抑制し、セメンタイトのネットワーク形成を回避することができる。

ハイパー共析炭素鋼と 合金鋼過剰なセメンタイトは圧延後に粒界に沿ってネットワークを形成する。セメンタイトのネットワークが形成された鋼は、圧延後、結晶粒界に沿ったセメンタイトの減少を示す。 コールドフォーミング 能力が低下し、焼入れ中にクラックが発生しやすくなる。

このネットワークをなくすには、複雑な熱処理が必要だが、必ずしも効果があるとは限らない。

従って、圧延後にセメンタイトネットワークが形成されないような条件を整えなければならない。低温での仕上げと圧延後の急冷は、この目標を達成することができる。

例えば、GCr15鋼は最終圧延前に温度を下げるため、仕上圧延機の前に水で冷却される。圧延後の急冷は、圧縮空気を吹き付け、その後ピットで徐冷することで達成される。

圧延後の冷却が遅いと、粗大なフェライト粒が発生する。 下降点そして脆性遷移温度が上昇する。冷却速度は鋼の断面寸法に依存し、断面が大きいと急冷しにくいため、一般に機械的性質が低くなる。

海外では、丸鋼は通常、圧延後に空冷されるが、これは鋼中のガス含有量が少ないためである。オンライン水冷はより効果的であるが、直径75mm以下の丸鋼に限られる。急冷はバンディングの低減に役立つが、マンガン含有量が高くオーステナイト粒が粗い鋼では、ウィドマンシュテッテンフェライトの形成につながる可能性がある。

したがって、圧延後の急冷は、低い仕上 げ温度と組み合わせる必要がある。オーステナイト粒径が小さい場合は、急冷してもウィドマンシュテッテンフェライトの生成には至らない。

中型圧延機で圧延された合金構造用鋼の場合、直径60mm以下の鋼はスタック内で空冷され、60mm以上の鋼は非加熱ピットで冷却される。鋼材はピット内で少なくとも30時間、100～150℃まで冷却する必要がある。

軸受鋼 は白点が発生しやすいので、圧延後に徐冷するか、指定された熱処理を行う必要がある。装入時の温度は700℃を下回ってはならない。ビレットは、温度が100～200℃以下になるまでピットに入れられ、平均72時間が経過する。

仕上げ温度が低くても、冷却が遅いと鋼中にセメンタイトネットワークが形成される可能性がある。

これを避けるには、各棒を650℃以下までできるだけ早く個別に冷却する必要がある。

セメンタイトネットワークのない軸受鋼の冷却速度は、最終圧延温度に依存する。900～950℃の場合、冷却速度は少なくとも45～50℃/分でなければならず、仕上げ温度が低下するにつれて冷却速度を下げることができる。

適切な最終仕上げ温度（Ac3点付近）を制御し、適切な還元率（約40%）と組み合わせることで、低炭素鋼や中炭素鋼、合金鋼、バネ鋼、軸受鋼において、理想的な冶金組織と最適な機械的特性を達成することができる。

このため、バー仕上げ圧延機の最後の2スタンドの前に水冷ボックスが設置されている。急速に冷却された圧延材の内外温度を均一にするため、仕上げ圧延機グループの前に温度均一化セクションが設置されています。

圧延後の鋼材冷却方法には次のようなものがある：

• 空中で
• 熱伝導率の低い素材では。
• 絶縁ボックス入り。
• 非加熱の断熱ピットで。
• 予熱された断熱ピットや炉で。
• 加熱された断熱ピットや炉の中。
• 水の中で。

代表的な鋼種とその制御された圧延・冷却方法は以下の通り：

1.軸受鋼とばね鋼

これらの鋼材は、低温で仕上げを行い、その後、 絶縁徐冷する必要がある。ネットワーク炭化物の析出を防ぐため、軸受鋼は圧延後に急冷され、その後徐冷される。

軸受鋼の仕上げ温度は、ネットワーク炭化物の分解を促進するため、800～850℃の間で厳密に管理されている。

仕上げ温度が900℃を超えると、鋼材に水を噴霧して600～650℃まで急冷し（ネットワーク炭化物のさらなる析出を防ぐため）、その後徐冷することができる。冷却水ボックスは、仕上げ圧延機の前に設置され、圧延機に入るワークピースの温度を制御します。

2. 焼入れ・焼戻し 鋼

これらの鋼は焼戻しソルバイト組織を持ち、コネクティングロッドやシャフトのような高強度、衝撃または交番荷重を受ける部品に使用される。高い強度と降伏限界、十分な延性と靭性により、高い総合機械性能を発揮します。

生産概要は、高品質の炭素構造用鋼が22万5000トン、合金構造用鋼が22万5000トンで、総生産量の90%を占める。このような大量の鋼材の温度管理は、競争力を高める。

3.高品質炭素構造用鋼および合金構造用鋼

いずれも低共析鋼で、焼入れ温度はAC3より約30～50℃高い。直径40mm以下の丸鋼の場合、仕上げ圧延機の前に冷却水ボックスが設置され、結晶粒径を微細化し、焼入れ温度を30～50℃にする。 マルテンサイト組織 ポスト・クエンチング。

その後、鋼はA1以下の高温で焼戻しされ、安定した焼戻し組織に移行する。直径の大きな丸鋼については、イタリアのウディネにあるABS LUNA工場のようなメーカーが、炭素鋼、表面硬化鋼を含む直径20～100mmの丸鋼を生産しており、オンラインでの温度制御が行われている、 焼き入れ・焼き戻し鋼マイクロ合金鋼、ベアリング鋼、バネ鋼、ステンレス鋼。直径20mmから90mmまでの鋼材をオンラインで温度制御する。

四鋼の製品ポジショニングと鉄鋼ユーザーのニーズの進化を考えると、自動車用鋼材の供給とハイエンド市場への移行が不可欠となっている。

理想的な冶金構造と最適な機械的特性を提供することで、競争力を高めることができる。冷却方式を検討する場合、主に40mm以下の丸鋼を対象に、仕上げ圧延機の前後に水冷ボックスを設置し、オンライン温度制御を行う必要があります。

仕上げ圧延機後の水冷ボックスの設置は、国際的に議論されている。大径丸鋼の場合、水冷はスケールを除去して表面品質を改善するだけで、結晶粒の微細化にはほとんど効果がなく、内部結晶粒径の不均一を引き起こす可能性があると考えられている。

オンライン温度制御は、間違いなく圧延ラインを長くし、投資を増加させる。仕上げ圧延機の後に設置する水冷ボックスの長さについては、広くアドバイスされているわけではなく、イタリアのABS LUNA工場が長さ55メートルのボックスを持っていることを参考にしている。

長期的な発展と品質要求を考慮すると、オンライン温度制御を検討すべきである。仕上圧延機の後に水冷ボックスを設置すれ ば、少なくともスケールを除去し、表面品質を向 上させることができる。様々な鋼の加熱、最終圧延、冷却レジームの詳細を表1に示す。

表1: 各種の加熱、仕上げ圧延、冷却温度 鋼種.

制御されたローリング

制御圧延理論

熱間圧延プロセスでは、金属の加熱、変形、温度レジームを合理的に制御することで、固体相変態と熱可塑性変形を組み合わせて微細粒組織を達成することができ、その結果、包括的な強化が可能になる。 鋼の機械的性質.

低炭素鋼や低合金鋼の場合、制御された圧延は主に変形したオーステナイト粒を微細化し、オーステナイトからフェライト、パーライトへの変態後に微細なフェライト粒と小さなパーライトコロニーを形成します。これにより、鋼の強度、靭性、耐食性が向上します。 溶接性.

高炭素鋼や超共析鋼の場合、温度制御された圧延により、変形したオーステナイト粒が微細化され、圧延はオーステナイト粒の近傍で終了する。 オーステナイト 変換点。

1.熱機械圧延

現在、丸鋼の熱間機械圧延は、主に低炭素鋼や低合金鋼で、フェライト粒の微細化を目的とした直径40mm以下に限定されている。仕上げ圧延温度は750℃～790℃である。

仕上げ圧延の前後には水冷が必要である。大口径の丸鋼の場合、水冷後の表面と芯部の温度が不均一になると、表面マイクロクラックが発生したり、再結晶時に芯部と表面で結晶粒径が不均一になり、断面全体の構造的完全性が不均一になることがある。

2.正規化圧延

40mmから80mmの丸鋼の場合、最後の4パスで合計50-60%の変形を行う焼ならし圧延が使用される。鋼材は仕上げ圧延機に入る前に、800℃から850℃の仕上げ温度で平衡化され、その後急冷される。

3.温度制御圧延

仕上げ温度は850℃から900℃で、その後、表面品質を高めるために制御冷却が行われる。

高炭素鋼の場合、このプロセスはより微細なパーライトコロニーをもたらし、超共析鋼の場合、ネットワーク炭化物の析出を減少させる。

シー・スチールの圧延工程

20#、45#、20CrMo、20CrMnTi、40Cr、40MnBなどの鋼種で、直径50mmから80mmの丸鋼を製造する場合は、焼ならし圧延が使用される。

しかし、仕上げ圧延機の前に平衡化が必要で、工程距離が長くなり、生産量が減少する。より高い製品精度と断面全体にわたる均一な変形を確保するためには、最後の4パスでの変形が大きくなり、サイジング圧延機の追加が示唆されるが、これは投資額を増加させる。直径が80mmを超える場合は、温度制御圧延が必要である。

ばね用平鋼の製造には、熱機械圧延が採用される。フェライト-オーステナイト二相域での仕上げは、変形したオーステナイト粒を微細化し、微細なフェライト粒と小さなパーライトコロニーをもたらし、鋼の強度と靭性を向上させます。

しかし、この場合、仕上げ圧延の前後に水冷が必要となり、投資額が増大し、圧延ゾーンも長くなる。

軸受鋼では、ネットワーク炭化物の析出を防ぎ、表面品質を向上させるために、温度制御された圧延が必要である。

投資と工程立地を考慮し、施鋼は温度制御圧延を採用し、圧延開始温度を下げ、仕上げ温度を制御し、圧延後の冷却を制御することで、良好な表面品質と内部構造を実現している。

表2：異なる鋼種と仕様の圧延プロセス