利用喷雾冷却技术生产高强度线材

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概况
     在轧制生产线上调整硬钢线材等高碳钢线材的强度和韧性的方法中，轧制后线材有一种用强风冷却的斯太尔摩冷却法。这种方法由于用风冷进行强制冷却，所以冷却能力是不够的。因此，与在二次加工中经过再加热、铅浴淬火的线材相比，采用斯太尔摩冷却法冷却的线材，强度和韧性都较低。 JFE立足于可以确保与低温相变的铅浴淬火具有相同冷却能力的喷雾冷却技术，在世界上率先使之装备化，并将该技术装备用于高强度线材的开发。
      与传统冷却技术相比，喷雾冷却技术具有以下的优点：
      （1）由于用空气高速喷吹微细化的水滴，所以热传导系数大；
      （2）由于水滴微细化，可以均匀冷却；
      （3）可以在较大的范围内对冷却能力进行控制；
      （4）可以安置在现行的斯太尔摩生产线上，与现行的操作一起使用；
      （5）由于可以废弃二次加工工厂的铅浴淬火，所以有助于改善环境状况。
      由于喷雾冷却对在规定温度下吐丝的线材进行直接冷却，所以，喷雾冷却装置配置在紧靠吐丝装置的斯太尔摩第一风冷带的传送带上。用温度计一面在线测量线材温度，一面根据线材直径和钢种对喷雾冷却的水量进行控制。
      利用喷雾冷却技术生产的高强度线材有以下各种，由于篇幅所限本文只介绍（1）、（2）两种。
      （1）高强度、高韧性硬钢线材“TMP线材”（原始奥氏体晶粒细化、珠光体片层细化）；
      （2）低碳高强度线材“TNH线材”（利用强力冷却使线材同时具有高强度和良好焊接性）；
      （3）中碳钢线材的非调质化（利用强力冷却，省略热处理）。
      高强度、高韧性硬钢线材“TMP线材”
      喷雾冷却线材是在热轧后直接被冷却的，所以原始奥氏体晶粒细化，并且由于冷却能力的提高使相变在低温区进行，因此珠光体片层间距比斯太尔摩冷却材小。这样同时实现了高强度化和高韧性化。
      斯太尔摩冷却材的极限拉伸应变约为1.5%，而喷雾冷却材提高到2.0%。这导致斯太尔摩冷却材的强度仅有1700MPa，而喷雾冷却材的强度高达2100MPa，使硬线高强度化。
      低碳高强度线材“TNH线材”
      汽车座椅架中有钢丝结构的座椅架，用于这种部件的是SWRM6级的低碳钢和SWRM62A、SWRM82B高碳钢。如表1所示，低碳钢强度低，部件重量增加；高碳钢强度高但焊接性差，并且由于部件要铆接，生产效率低。因此，应开发强度与高碳钢相同并且焊接性和韧性优良的低碳高强度钢，并将高冷却能的喷雾冷却作为高强度化-高韧性化的手段。

      　　        表1     车架有钢丝特性的比较
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          类别                       强度   韧性    焊接性    综合性能
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          传统钢丝    高C型           ○     △       △        △
                      低C型           △     ○       ○        △
          开发钢丝    低C-            ○     ○       ○        ○
                      高Si-Mn-Cr型   
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          ○：好；△：差

            
      开发钢在低C-Mn-Cr钢的基础上，为提高抗弹性衰减能力增加了Si含量。TNH1、TNH2的强度分别相当于SWRM62A、SWRM82B。与斯太尔摩材相比，TNH1喷雾冷却材强度提高了约100MPa，?7mm以上的粗线材的断面收缩率提高了10%以上。原因在于，喷雾冷却材的贝氏体组织微细化和碳化物微细化。
      表2是焊接性的比较结果，TNH1即使不退火在拉伸实验和弯曲实验中也未出现异常情况，与需要退火的SWRH62A不同，TNH1可以在焊接不退火状态下使用。此外，由于不需要退火，还可使焊接处保持高的强度。

      　　      表2    焊接性能的比较
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          钢号    线材直径φ/mm    退火              拉伸实验              弯曲实验
                                           焊接件TS/MPa    断裂位置    焊接接头  HAZ
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          TNH1        3.2           否         1422           HAZ        完好    完好
                      3.2           是         1191           HAZ        完好    完好
          SWRH62A     3.2           否         1393           HAZ        不合格  不合格
                      3.2           是         1152           HAZ        完好    完好
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      结语
      本文介绍了利用喷雾冷却技术生产高强度线材
     1高强度、高韧性硬钢线材“TMP线材”
     2低碳高强度线材“TNH线材”。本文未介绍的中碳钢线材的非调质化也实现了实用化。
     此外，JFE目前正在对通过调整冷锻用线材的组织和采用本文的冷却技术，实现省略二次加工厂的球化退火、高生产率和提高冷锻性的课题开展研究。