马钢---穿水冷却研究[1].pdfVIP

马钢穿水冷却研究[1]--第1页

高速线材轧机装备技术专业委员会学术年会

棒材穿水研究

王立丁

(马钢第三钢轧总厂设备保障部)

摘要穿水冷却是一套用于棒材生产线的在线热处理设备。轧制普通钢坯经过穿水冷却处

理可以使综合机械性能大大提高，获得高质量产品。穿水冷却装置是由预冷段、喷咀段、水

冷文氏管、出水段及其回水管组成。通过调节阀对穿水文氏管水量进行调节，以达到调节冷

却速度的目的。

前言

马钢第三钢轧总厂棒材生产线以单线年产130余万吨的产能在国内长期独占鳌头，所

生产的带肋螺纹钢筋以优秀的质量成为知名品牌。这其中穿水冷却工艺的研究和使用功不可

没，其成果也处于国内绝对领先的地位。

经研究和生产实践表明，棒材经过穿水处理后，其机械性能可以提高几个等级，轧制

普碳钢坯经穿水可以达到低合金钢的机械性能。尤其是在用HRB335钢坯生产出口三级螺纹

钢筋G460时，充分利用了国际行业标准在化学成份方面的有利因素，大大降低炼钢生产的

原料成本，使棒材穿水冷却成为三钢轧降本增效的一个亮点。

穿水冷却工艺原理

经过成品机架轧制后，棒材已达到成品材尺寸，此时的终轧温度为1100℃左右。在此

温度下，棒材内部金相组织为奥氏体组织。在轧制过程中，因反复挤压变形，使晶粒得到细

化。此后如不对冷却速度和上冷床温度加以控制，必然使棒材在轧后冷却过程中，内部产生

晶粒粗大现象，最终导致机械性能下降，且冷却时间很长。

穿水冷却起到了对棒材进行轧后热处理，提高机械性能的作用。实际上就是一个轧后

高温淬火加自回火的热处理过程，所不同是其淬火的时间比较短，金相转变不完全。如在用

HRB335钢坯轧制出口材G460时，棒材在终轧1100℃温度下进入穿水冷却装置，先经过预冷

段，将棒材温度降低至1000℃左右，再经穿水装置的喷咀段和水冷导管进行快速冷却处理，

相当于进行高温淬火。由于文氏管的强大冷却效果，使表面温度在2-3秒时间内，迅速降低

至400℃以下，形成淬火马氏体。由于淬火时间短，芯部温度仍然很高，棒材内外部温度梯

度较大，因此，淬火层的厚度是有限的，实际大约有1.8mm厚，而且淬火层中的金相组织也

不完全是马氏体，其中含有贝氏体等组织。通过调节水量可控制出口温度，在上冷床时的温

度一般控制在650℃左右。此时，开始了利用棒材芯部余热进行高温回火的处理过程。最终

得到的金相组织是表面主要为回火索氏体，芯部为珠光体和铁素体。正是由于表面层索氏体

的存在，同时有淬火过程的细化晶粒作用，使得棒材综合机械性能大大提高。

另一方面，穿水冷却加快了棒材冷却速度，减少冷却时间，使得大幅提高产量成为可

能。在轧制普通螺纹钢时，如果不用穿水冷却，则上冷床时温度过高，可达到950℃，到下

冷床时表面温度仍将超过350℃，芯部温度更高。在经过精整打包后，内部散热更慢，相当

于进行长时间的低温回火，使表面硬度和机械性能在打包甚至发货以后继续下降，以至于不

得不采取降低轧制速度来保证冷却效果。当使用穿水冷却时，棒材上冷床温度在800℃以下，

出冷床时表面温度能降至200℃以下。此温度下棒材金相组织不会继续转变，机械性能稳定，

从而为提高轧制速度创造条件。

.1.

马钢穿水冷却研究[1]--第1页

马钢穿水冷却研究[1]--第2页

高速线材轧机装备技术专业委员会学术年会

穿水冷却装置

实际生产中使用的穿水冷却装置是由预冷段、喷咀段、水冷导管、出水段及其回水管

组成。