Afkoel- en nabewerkingstemperaturen voor verschillende staalsoorten

In het proces van warmvervormen heeft de afwerkingstemperatuur een grote invloed op de microstructuur van staal. Hogere afwerkingstemperaturen vergroten de neiging tot korrelcoalescentie en -groei, wat resulteert in grovere austenitische korrels.

Daarom is het cruciaal om de afwerkingstemperatuur tijdens de productie tot een minimum te beperken, meestal niet onder het Ar3-punt. Dit kan worden bereikt door gecontroleerde wals- en koelmethoden om de korrelgrootte te verfijnen en de productkwaliteit te verbeteren.

Voor staal met een laag koolstofgehalte moet de afwerkingstemperatuur dicht bij 800°C worden gehouden en mag deze niet onder 750°C komen.

In het geval van staal met een hoog koolstofgehalte moet de afwerkingstemperatuur tijdens de productie rond de 850°C gehouden worden om de vorming van een netwerk van cementiet te voorkomen.

Door dit te combineren met snelle afkoeling na het walsen, kan het neerslaan van proeutectoïde cementiet effectief worden onderdrukt, waardoor de vorming van een netwerk van cementiet wordt voorkomen of in ieder geval wordt verzekerd dat het dun is en gemakkelijk kan worden verwijderd zonder extra bewerkingsstappen.

In hyper-eutectoïde koolstofstaal en gelegeerde staalsoortenOvertollig cementiet vormt na het walsen een netwerk langs de korrelgrenzen. Staal met een netwerk van cementiet vertoont minder koudvervorming vermogen en een verhoogde neiging tot barsten tijdens het afschrikken.

Om dit netwerk te elimineren zijn complexe warmtebehandelingen nodig, die niet altijd effectief zijn.

Er moeten dus omstandigheden worden gecreëerd om de vorming van een cementietnetwerk na het walsen te voorkomen. Afwerking bij lage temperaturen en snelle afkoeling na het walsen kunnen dit doel bereiken.

GCr15 staal wordt bijvoorbeeld gekoeld met water voor de eindwalserij om de temperatuur te verlagen voor het eindwalsen. Snelle koeling na het walsen wordt bereikt door perslucht te blazen, gevolgd door langzame koeling in een kuil.

Langzaam afkoelen na het walsen resulteert in grove ferritische korrels, een lager opbrengstpunten een verhoogde brosse overgangstemperatuur. De afkoelsnelheid hangt af van de doorsnede van het staal; grotere doorsneden zijn moeilijker snel af te koelen en hebben daarom over het algemeen lagere mechanische eigenschappen.

In het buitenland worden ronde stalen meestal luchtgekoeld na het walsen, vanwege het lagere gasgehalte in hun staal. On-line waterkoeling kan effectiever zijn, maar is beperkt tot rondstaal met een diameter van minder dan 75 mm. Hoewel snel koelen helpt om banding te verminderen, kan het in staal met een hoog mangaangehalte en grove austenitische korrels leiden tot de vorming van Widmanstättenferriet.

Daarom moet snel afkoelen na het walsen gepaard gaan met een lage eindtemperatuur. Als de austenitische korrelgrootte klein is, zal zelfs snel afkoelen niet leiden tot de vorming van Widmanstättenferriet.

Voor gelegeerd constructiestaal dat op middelgrote walserijen wordt gewalst, geldt dat staal met een diameter van minder dan 60 mm wordt gekoeld in stapels in lucht, terwijl staal met een diameter van meer dan 60 mm wordt gekoeld in niet-verwarmde putten. Het staal moet in de kuil afkoelen tot 100-150°C gedurende minstens 30 uur.

Lager staal is gevoelig voor witte vlekken en moet daarom langzaam worden afgekoeld na het walsen of thermisch worden behandeld zoals gespecificeerd. Tijdens het laden mag de temperatuur niet lager zijn dan 700°C. De knuppels worden in de put geplaatst tot de temperatuur niet meer dan 100-200°C bedraagt, gemiddeld 72 uur.

Zelfs bij lagere afwerkingstemperaturen kan langzame afkoeling leiden tot de vorming van een cementietnetwerk in het staal.

Om dit te voorkomen, moet elke staaf afzonderlijk zo snel mogelijk worden gekoeld tot onder 650°C.

De koelsnelheid voor lagerstaal zonder cementietnetwerk hangt af van de uiteindelijke walstemperatuur; bij 900-950°C moet de snelheid minstens 45-50°C/min zijn, wat kan worden verminderd als de afwerkingstemperatuur daalt.

Door de juiste eindafwerkingstemperatuur (in de buurt van het Ac3-punt) te regelen en te combineren met een geschikte reductiesnelheid (ongeveer 40%) kunnen ideale metallurgische structuren en optimale mechanische eigenschappen worden bereikt in laag- en middelkoolstofstaal, maar ook in gelegeerd staal, verenstaal en lagerstaal.

Hiertoe worden waterkoelkasten geïnstalleerd vóór de laatste twee staanders van de staafafafwerkerij. Om te zorgen voor uniforme binnen- en buitentemperaturen in de snel afgekoelde gewalste stukken, wordt er een temperatuurvereffeningssectie geïnstalleerd vóór de afwerkingsmolengroep.

Methoden om staal na het walsen af te koelen zijn onder andere:

• In de lucht.
• In materialen met een lage thermische geleidbaarheid.
• In isolatiedozen.
• In niet-verwarmde isolatieputten.
• In voorverwarmde isolatieputten en ovens.
• In verwarmde isolatieputten en ovens.
• In water.

Representatieve staalsoorten en hun gecontroleerde wals- en koelmethoden zijn onder andere:

1. Lager- en verenstaal

Deze moeten afgewerkt worden bij lage temperaturen, gevolgd door geïsoleerd langzaam afkoelen. Om het neerslaan van netwerkcarbiden te voorkomen, worden lagerstalen snel afgekoeld na het walsen en vervolgens langzaam afgekoeld.

De afwerkingstemperatuur voor lagerstaal wordt strikt gecontroleerd tussen 800-850°C om netwerkcarbiden te helpen afbreken.

Als de afwerkingstemperatuur boven de 900°C komt, kan het staal met water worden besproeid om snel af te koelen tot 600-650°C (om verdere neerslag van netwerkcarbiden te voorkomen) en vervolgens langzaam worden afgekoeld. Voor de nabewerkingsmolen worden koelwaterkasten geïnstalleerd om de temperatuur te regelen van de werkstukken die de molen binnenkomen.

2. Gedoofd en getemperd Staal

Deze staalsoorten hebben een getemperde sorbietstructuur en worden gebruikt in onderdelen met hoge sterkte, impact of wisselende belasting zoals drijfstangen en assen. Ze bieden hoge uitgebreide mechanische prestaties dankzij hun hoge sterkte- en vloeigrens en voldoende vervormbaarheid en taaiheid.

Het productieraamwerk omvat 225.000 ton koolstofstaal van hoge kwaliteit en 225.000 ton gelegeerd constructiestaal, goed voor 90% van de totale productie. Het beheersen van de temperatuur van zo'n grote hoeveelheid staal geeft een concurrentievoordeel.

3. Kwaliteit koolstof constructiestaal en gelegeerd constructiestaal

Beide zijn hypoeutectoïde staalsoorten met een afschriktemperatuur die ongeveer 30-50°C boven AC3 ligt. Voor rondstaal met een diameter kleiner dan 40 mm worden koelwaterboxen geïnstalleerd vóór de nabewerkingsmolen om de korrelgrootte te verfijnen en een martensitische structuur na het blussen.

Daarna worden de stalen getemperd bij hoge temperaturen onder A1 om over te gaan naar een stabiele getemperde structuur. Voor rondstaal met een grotere diameter wordt online temperatuurcontrole toegepast door fabrikanten zoals de ABS LUNA fabriek in Udine, Italië, die rondstaal met een diameter van 20 tot 100 mm produceert, inclusief koolstofstaal, oppervlakte gehard staal, gehard en getemperd staalmicro-gelegeerd staal, lagerstaal, verenstaal en roestvrij staal. Ze controleren de temperatuur van staal met een diameter van 20 tot 90 mm online.

Gezien Shigang's (Shi Steel's) productpositionering en de veranderende behoeften van staalgebruikers, is het leveren van staal voor de auto-industrie en de verschuiving naar high-end markten essentieel geworden.

Het aanbieden van ideale metallurgische structuren en optimale mechanische eigenschappen geeft een concurrentievoordeel. Als je over koelschema's nadenkt, moet je voor en na de nabewerkingsmolen waterkoelkasten installeren, vooral voor rondstaal kleiner dan 40 mm, om de temperatuur online te regelen.

Internationaal wordt er gediscussieerd over het opzetten van waterkoelkasten na de nabewerking. Voor rondstaal met een grote diameter wordt aangenomen dat het alleen aanslag verwijdert en de oppervlaktekwaliteit verbetert, maar weinig effect heeft op de korrelverfijning en mogelijk ongelijke interne korrelgrootte veroorzaakt.

Online temperatuurregeling zou ongetwijfeld de walslijn verlengen en de investering verhogen. De lengte van de waterkoelkast die na de eindwals wordt geïnstalleerd, wordt niet algemeen geadviseerd. De ABS LUNA-fabriek in Italië is een referentie met een 55 meter lange kast.

Met het oog op langetermijnontwikkeling en kwaliteitseisen moet online temperatuurregeling worden overwogen. In eerste instantie kan het installeren van waterkoelkasten na de nabewerkingswals ten minste aanslag verwijderen en de oppervlaktekwaliteit verbeteren. Verwarmings-, eindwals- en koelregimes voor verschillende staalsoorten worden beschreven in tabel 1.

Tabel 1: De verwarmings-, afwerkingswals- en koeltemperaturen van diverse soorten staal.

Gecontroleerd rollen

Theorie van gecontroleerd rollen

In het warmwalsproces maakt de redelijke regeling van metaalverwarming, vervorming en temperatuurregimes de combinatie van fasetransformatie in vaste toestand en thermoplastische vervorming mogelijk om fijnkorrelige structuren te bereiken, waardoor de uitgebreide mechanische eigenschappen van staal.

Voor koolstofstaal en laaggelegeerd staal verfijnt gecontroleerd walsen voornamelijk de vervormde austenitische korrels, wat leidt tot fijne ferritische korrels en kleinere perlietkolonies na de austeniet-naar-ferriet en perliet transformatie. Dit verbetert de sterkte, taaiheid en elasticiteit van het staal. lasbaarheid.

Voor staalsoorten met een hoog koolstofgehalte en hyper-eutectoïde staalsoorten verfijnt walsen bij gecontroleerde temperatuur de vervormde austenitische korrels en eindigt het walsen in de buurt van het austeniet transformatiepunt.

1. Thermomechanisch walsen

Momenteel is het thermomechanisch walsen van rondstaal beperkt tot diameters van minder dan 40 mm, voornamelijk in koolstofarme en laaggelegeerde staalsoorten, met als doel ferritische korrels te verfijnen. De eindwalstemperatuur ligt tussen 750°C en 790°C.

Voor en na het eindwalsen is waterkoeling vereist. Voor rondstaal met een grotere diameter kunnen ongelijke temperaturen tussen het oppervlak en de kern na waterkoeling oppervlaktemicroscheurtjes veroorzaken en ongelijke korrelgroottes tussen de kern en het oppervlak tijdens de herkristallisatie, wat leidt tot ongelijke structurele integriteit over de dwarsdoorsnede.

2. Genormaliseerd rollen

Voor rondstaal tussen 40 mm en 80 mm wordt genormaliseerd walsen gebruikt, waarbij de laatste vier gangen een totale vervorming van 50-60% hebben. Het staal wordt geëgaliseerd voordat het de eindwalserij ingaat, met een eindtemperatuur van 800°C tot 850°C, gevolgd door snelle afkoeling.

3. Temperatuur gecontroleerd rollen

De afwerkingstemperatuur varieert van 850°C tot 900°C, gevolgd door gecontroleerde afkoeling om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren.

Voor staal met een hoog koolstofgehalte levert dit proces fijnere parelietkolonies op; voor hyper-eutectoïde staal vermindert het de neerslag van netwerkcarbiden.

De walsprocessen van Shi Steel

Voor staalsoorten als 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, voor de productie van rondstaal met een diameter van 50 mm tot 80 mm, wordt genormaliseerd walsen gebruikt.

Er is echter equilibratie nodig voor de nabewerkingsmolen, waardoor de procesafstand toeneemt en de output afneemt. De vervorming in de laatste vier gangen wordt verhoogd om een hogere productprecisie en een uniforme vervorming over de dwarsdoorsnede te garanderen. Voor diameters boven 80 mm is walsen bij gecontroleerde temperatuur noodzakelijk.

Voor de productie van plat verenstaal wordt thermomechanisch walsen gebruikt. Afwerking in de ferriet-austeniet dual-fase zone verfijnt de vervormde austenitische korrels, wat leidt tot fijne ferritische korrels en kleinere parelietkolonies, waardoor de sterkte en taaiheid van het staal toenemen.

Dit vereist echter waterkoeling voor en na het eindwalsen, waardoor de investering toeneemt en de walszone langer wordt.

Voor lagerstaal is walsen bij gecontroleerde temperatuur nodig om het neerslaan van netwerkcarbiden te voorkomen en de oppervlaktekwaliteit te verbeteren.

Rekening houdend met investeringen en de locatie van het proces, maakt Shi Steel gebruik van walsen met gecontroleerde temperatuur, waarbij de beginwalstemperatuur wordt verlaagd, de eindtemperatuur wordt gecontroleerd en gecontroleerde koeling na het walsen wordt geïmplementeerd om een goede oppervlaktekwaliteit en interne structuur te bereiken.

Tabel 2: Walsproces voor verschillende staalsoorten en specificaties