无缝地在径向轴向环轧机上制造的环的热机械处理方法.pdf

本发明涉及一种用于对无缝地在径向轴向环轧机上制造的钢制环进行热机械处理的方法和设备，所述钢特别是细晶结构钢、调质钢、表面硬化钢或奥氏体钢，优选用于对风力发电设施的钢制塔柱法兰进行热机械处理，其中在900-1150℃的温度时将环坯件装入环轧机中并且以热成型法滚轧到一个优选0.2-10m的外径。按照本发明设定，将热的环(1)直接在滚轧以后无中间加热地在短时内从一个在相变温度之上的温度在奥氏体区域内受控地冷却到一个在400℃以下的温度。本发明的设备包括一个用冷却液(8)注满的浸槽或一个未注满的冷却容器和一个借助升降装置(4)可下降的支架(5)，轧制的环(1)平放在该支架上，其中在浸槽或冷却容器(2)中，在一个或多个环形管道(11)上均匀分布地设置一些用于将冷却液(8)针对性地施加到环(1)的至少其中一个环形表面上的压力喷嘴(13)。在冷却之前和/或之后优选借助一个辐射高温计实现环温度的测量。

1.  用于对无缝地在径向轴向环轧机上制造的钢制环进行热机械处理的方法，所述钢特别是细晶结构钢、调质钢、表面硬化钢或奥氏体钢，所述方法优选对用于风力发电设施的钢制塔柱法兰进行热机械处理，其中，在900-1150℃的温度时将环坯件装入环轧机中并且以热成型法滚轧到一个优选0.2-10m的外径，其特征在于，将热的环(1)直接在滚轧以后无中间加热地在短时内从一个在相变温度之上的温度在奥氏体区域内受控地冷却到一个在400℃以下的温度。

2.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个用冷却液注满的浸槽(2)中或一个未注满的冷却容器中实施冷却。

3.  按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接着将环(1)在空气中冷却到环境温度。

4.  按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在冷却之前和/或以后，用一个辐射高温计(6)测量环(1)的温度。

5.  按照权利要求2的方法，其特征在于，根据在浸渍过程或冷却过程之前测量的环(1)和冷却液(8)的温度，调节冷却时间。

6.  按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在注满的浸槽或在未注满的冷却容器(2)中经由沿环圆周均匀分布的喷嘴(13)在提高的压力下用冷却液(8)对环(1)进行加载。

7.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于，局部地和/或按量调节在压力下加载的冷却液(8)。

8.  按照权利要求2所述的方法，其特征在于，依次实施多个浸渍过程或冷却过程。

9.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将水用于冷却。

10.  按照权利要求2所述的方法，其特征在于，使待冷却的环(1)在浸渍过程或冷却过程中绕一条垂直的中心轴转动和/或振荡地上下移动。

11.  用于冷却热成型的热的环(1)的设备，优选用于实施上述方法，包括一个用冷却液(8)注满的浸槽(2)或一个未注满的冷却容器和一个借助升降装置(4)可下降的支架(5)，轧制的环(1)平放在该支架上，其特征在于，在浸槽或冷却容器(2)中，在一个或多个环形管道(11)上均匀分布地设置一些用于将冷却液(8)针对性地加载到环(1)的至少其中一个环形表面上的压力喷嘴(13)。

12.  按照权利要求11所述的设备，其特征在于，将浸槽或冷却容器(2)构成为圆形的和/或环形的。

13.  按照权利要求11所述的设备，其特征在于，为了测量在支架(5)上的环(1)的温度，直接在冷却过程之前设置一个辐射高温计。

14.  按照权利要求11所述的设备，其特征在于，支架(5)包括一些径向延伸的框条或一个格栅。

15.  按照权利要求11所述的设备，其特征在于，在浸槽或冷却容器(2)的底面上设置多个相互同心设置的环形管道(11)，其直径与各待冷却的环(1)的直径一致。

16.  按照权利要求11所述的设备，其特征在于，各压力喷嘴(13)在环形管道(11)上这样设置，以致同时可对待冷却的环(1)的至少两个环面进行加载。

无缝地在径向轴向环轧机上制造的环的热机械处理方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于对无缝地在径向轴向环轧机上制造的环进行热机械处理的方法和一种用于冷却热成型的热的环以便实施该方法的设备。
背景技术
在径向轴向环轧机上制造无缝环时，通常将环坯件在900-1200℃的温度时装入环轧机中并且滚轧到一个优选0.2-10m的外径。在滚轧以后，所述环通常被中间储存并在这种情况下通常被冷却到室温。在紧接着的热处理范围内，则需要将环重新加热到奥氏体化温度并从那里冷却以制造一种细晶粒的和均匀的组织。该附加的热处理联系着高的费用和很大的能量需求。
由EP 413 163 B1已知一种用于制造热机械处理的钢制轧件的方法和设备，其中在室温与930℃之间实现轧件的成型并且为了改善材料特性在一个后接的冷却装置中借助于冷却剂如水、空气或水/空气混合物实施轧件的加速的冷却。该方法设定只用于制造扁平产品和长产品以及轧制线材。其中未描述精确的冷却方式。
此外由韩国文献KR 1005661118 B1已知一种环轧法，包括紧接着在一个炉中将轧制的环加热并且和在一个浸浴中将环冷却，其中环的直径应在4500mm与9300mm之间而高度应在300mm与280mm之间。在这里也描述了在最后的浸冷之前能量耗费很大的重新加热。
DE 33 14 847 A1描述了一种用于制造无缝环的方法，包括通过热成型与接着的调质来改善弹簧特性。这样的弹簧钢必须具有很特殊的特性并且还经受确定的多级的处理。在这种情况下涉及较复杂的过程。
在DE 1 964 795 B中还已知一种用于直接由变形热对钢进行热处理的方法，包括加速的冷却，其中同样实施一种两级的冷却，即首先将热成型的物件从一个变形的终温度880-950℃以每秒50-25℃的冷却速度冷却到一个高于A1点40-10℃的温度，亦即约在710-740℃。然后应该将该温度保持1-20分钟。紧接着加速冷却到马氏体点以下，亦即冷却到一个约320℃的温度以下。
发明内容
本发明的目的在于，在制造无缝轧制的具有一种细晶的和均匀的组织的环的过程中，特别降低费用和能量消耗。
本发明的方法设定，将热的环直接在滚轧以后无中间加热地优选在一个浸槽或一个未注满的冷却容器中在短时内从一个勉强在相变温度之上的温度在奥氏体区域内受控地冷却到一个预定的温度。在这种情况下，就放弃了附加的热处理并且通过将轧制热用于组织相变实现过程步骤的减少并且很大地节省了用于通常的热处理所需的能量。已表明，即使无这样的附加热处理，在保持确定的冷却参数和保持一个精确预定的浸渍时间或冷却时间下，在冷却或淬火以后也可以得到一种充分均匀的和细晶粒的组织。为了能够保持这些精确的参数，根据本发明，在冷却之前和/或之后，优选直接在浸浴或冷却容器之前利用一个辐射高温计测量环的温度并且优选根据在浸渍和冷却之前测量的环和冷却液的温度，调节浸渍时间或冷却时间。通过在浸渍过程或冷却过程之前监控环的温度，特别还可以防止以一个低于相变温度的过低的温度浸渍或冷却所述环。对于这种情况，首先将环重新加热到需要的温度。
为了在浸槽或冷却容器中足够快地实现对环进行冷却或淬火，按照本发明还建议，经由沿环圆周均匀分布的喷嘴在提高的压力下用冷却液优选用水对所述环进行加载。在这种情况下，可以局部地和/或按量精确地调节在压力下加载的冷却液；这取决于轧制的环的各个尺寸(直径、厚度和横截面形状)。在需要的情况下，也可以依次实施多个浸渍过程或冷却过程，其中通过转动、上升和下降，待冷却的环在浸渍过程期间或冷却过程期间也可以运动。
用于冷却热成型的热的环的设备包括一个用冷却液注满的浸槽或一个未注满的冷却容器、一个借助升降装置可下降的支架和一些按照本发明在浸槽或冷却容器中在一个或多个环形管道上均匀分布的用于将冷却液针对性地施加到环的至少其中一个环形表面上的压力喷嘴。利用例如构成为涡流式喷嘴的压力喷嘴，可以实现一种在环的表面上的完全针对性的冷却，从而将细晶粒的奥氏体组织转变为在今后的构件功能区内要求的相变组织。通过冷却液的高的冲击速度，特别是在水作为冷却液时，在相当大程度上破坏了绝热的蒸汽膜，它可能由于在冷却开始时的受冻现象形成并且可大大地降低传热。因此冷却速度在冷却过程开始时，亦即仍处在高的环温度下已被最大化。已证明有利的是，在浸槽或冷却容器的底面上设置多个相互同心设置的具有均匀分布的压力喷嘴的环形管道，其中环形管道的直径基本上与各待冷却的环的直径一致。在这种情况下，可以分开地控制每一环形管道，从而针对性地冷却具有不同直径、厚度和高度的环。同样可以调节体积流量，以便也相应地调节冲击速度。一旦环温度降低到离开薄膜蒸发的阶段并开始淬火强烈的气泡沸腾，就可以降低入流速度。在对流阶段的温度范围内，可以借助于喷射一方面促进对流的传热而另一方面除水浴温度外也可以使环表面的温度均匀。为了浸渍过程或冷却过程，可以将轧制的环放置在一个包括各径向延伸的框条或一个格栅的支架上。为了测量在支架上的热的环的温度，优选直接在冷却液的上方在支架的高度上设置一个辐射高温计。浸槽或冷却槽可以特别按照轧制的环的几何形状构成为圆形的和/或环形的。
附图说明
借助附图1-2例如更详细地说明本发明。其中：
图1本发明的浸槽2的俯视图；
图2按图1的浸槽2包括本发明的设施的示意设置的垂直的剖面图。
具体实施方式
在未示出的径向轴向环轧机中制造的热的环1借助于一台吊车3放在升降装置4的支架5上。在该接收位置，支架5直接处在浸槽2的冷却液8的表面之上。在借助于辐射高温计6测量热的环1的温度以后和借助于测温仪7确定冷却液8的温度以后，在控制单元10中，额定浸渍时间与环几何形状和待达到的相变温度一起通过一种运算法则确定。平放在支架5上的热的环1紧接着借助于升降装置4浸入浸槽2中并保持在浸槽2中直到达到计算出的额定浸渍时间。紧接着再将环1从浸槽2升起并且用辐射高温计6重新测量环温度。如果需要，可以重复浸渍过程。这特别在环1由具有较高的合金含量继而具有较差的导热能力的钢种构成的情况下可能是必需的，但它们由此也是相变载体。对此已证明合理的是，在每次露出以后，都将环1保持在浸槽2之外，借此通过从环芯部再流动的热，减小了在环1的边缘与芯部之间的温度梯度。在此特别可以连续地测量表面温度并且在达到一个确定的最大温度时重复浸渍过程。利用这种循环的操作方式，减小了在环1的边缘区域与芯部之间组织相变过程中的时间差异继而减小了在边缘与芯部之间的组织差异。此外由此在相当大程度上避免了由于内应力而产生撕裂的危险。
为了改进淬火过程，在浸槽2的底面上相互同心地设置一系列环形管道11，这些环形管道包括在圆周上均匀分布的压力喷嘴13。借助于这些喷嘴13，在浸渍过程开始时，将冷却液8针对性地以尽可能高的压力施加到环1的环形表面上，特别是在水作为冷却液时，借此可以加速冷却过程，因为不会导致所谓的“受冻效应”，其在环表面上可以产生一定的绝热的作用并且导致排出的热量的大大减少。各个环形管道11分别经由自身的供给管道12和截止阀与外部的未示出的泵系统连接。借此可以分别只对具有相应的压力喷嘴13的环形管道11进行加载，这些压力喷嘴大致具有与放置的环1相同的直径。在每一环形管道11上，将各压力喷嘴分别这样设置，以致它们用冷却液一方面对下面的环面进行加载而另一方面还对至少两个垂直的内环面和外环面进行加载。
图2中还附加示出一个示意的显示单元9，它一方面显示由辐射高温计6测量的环1的温度而另一方面显示在控制单元10中预定的以秒计的浸渍时间。此外显示单元9还具有一个本身已知的灯设施，它在绿灯时允许设施操纵员开始浸渍过程，或在红灯时禁止浸渍过程，因为例如环的温度已经过低或设施具有故障。一个黄色信号灯显示给操纵员的是准备操作设施。
附图标记清单
1     环
2     浸槽
3     用于1的吊车
4     用于5和1的升降装置
5     用于1和4的支架
6     辐射高温计
7     用于8的测温仪
8     冷却液
9     显示单元
10    控制单元
11    用于供给8的环形管道
12    向11的供给管道
13    11上的压力喷嘴