CN101956138B - 一种含Cu低合金钢生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含Cu低合金钢生产方法，对不加Ni的Cu质量百分数为0.05～1.50％的低合金钢在加热炉内加热分别按预热段、加热一段、加热二段和均热段进行；各段出口温度控制分别为：300～400℃、700～800℃、1220～1260℃和1240～1280℃；加热一段、二段的升温速率分别为9～11℃/min、12～15℃/min，均热段保温时间40～50min，钢坯总的在炉时间为150～180min；粗轧采用6道次，每道次均除鳞。本发明的优点是可以在不采用昂贵金属镍的情况下，实现高表面质量含Cu钢的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Cu低合金钢生产方法，属于轧钢技术领域。
背景技术
向含Cu低合金钢中加入Ni元素，将Ni/Cu比控制在1/2～2/3范围，形成稳定的高熔点Cu-Ni合金相是抑制含Cu钢表面铜脆缺陷的主要技术措施，但加Ni导致合金成本显著增加。因此，有效实现不加Ni的含Cu低合金高表面质量钢材的稳定生产，对降低含Cu钢材生产成本具有重要意义。
含Cu钢材在加热和高温变形过程中，Cu在铁皮和钢基体界面富集主要发生在1080℃以下，而富铜相向奥氏体晶界渗透并导致钢材表面出现沿晶开裂主要发生在1080℃以上。为提高不加Ni的含Cu钢的表面质量，国内外采取的主要技术措施是：在1080℃以上加热时采用弱还原性气氛，增加开轧前的除鳞道次，并减少粗轧道次变形量和增加应变速率。该技术措施以减轻或抑制已有富铜相的危害为重点，而未控制1080℃以下富铜相的产生过程。采用该技术生产的不加Ni的Cu含量高于0.50％的钢时，需要特殊的加热设备或复杂的除鳞工艺，其操作性和实用性受到较大限制。因此，需要开发出一种高表面质量的不加Ni的含Cu钢制造方法。
中国专利申请号03825411.5公开了“表面性状优良的含Cu钢材及其制造方法”，该专利抑制铜脆缺陷的重点是消除已经产生的大量富铜相的有害影响，而不是避免大量富Cu相的产生。
中国专利申请号200710200906.8公开了“含铜钢加热方法及其生产的含铜钢”，该专利没考虑控制合适的加热气氛，而仅强调加热温度控制，且在1000～1050℃进行长达30～60min的保温非常不利于减少Cu在铁皮与钢基体界面的富集数量。
发明内容
本发明的目的是提供一种含Cu低合金钢生产方法，解决了传统热轧工艺流程生产不加Ni的含Cu低合金钢表面质量问题。
本发明的技术解决方案是：本发明一种含Cu低合金钢生产方法，钢的化学成分按质量百分数(wt％)为：C：≤0.20％，Si：≤0.75％，Mn：≤2.00％，P：≤0.15％，S：≤0.035％，Cu：0.05～1.50％，Cr：≤5.00％，Mo：≤0.30％，Nb：≤0.15％，V：≤0.15％，Ti：≤0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用“钢坯→加热炉→粗轧→精轧→卷取”的生产工艺流程，其特征在于：
(1)加热炉内加热分别按预热段、加热一段、加热二段和均热段进行；预热段出口温度控制在300～400℃；加热一段的升温速率为9～11℃/min，出口温度控制在700～800℃；加热二段的升温速率为12～15℃/min，出口温度控制在1220～1260℃；均热段保温时间40～50min，出口温度控制在1240～1280℃；钢坯总的在炉时间为150～180min；加热一段采用氧化性气氛，加热二段和均热段均采用弱还原性气氛；利用热值为2300～2400kcal/Nm3燃气加热时，除预热段外，加热一段、加热二段和均热段的空燃比分别为2.5～2.7、2.0～2.2和1.8～2.0。
(2)粗轧采用6道次，每道次均除鳞；第一道次应变量控制在0.18以下，其余道次应变量均控制在0.45以下；除第一道次外，其余道次变形温度均控制在1080℃以下。
本发明的发明思路是：减少1080℃以下低温加热过程中Cu向铁皮与钢基体界面的富集数量，增加1080℃以上高温加热过程中界面富集Cu向钢基体和铁皮内部扩散数量，并抑制粗轧变形过程中Cu向奥氏体晶界渗透。具体思路如下：
1)加热炉预热段：充分利用烟气余热将钢坯加热到300～400℃，以减少后续加热升温过程的燃料消耗。
2)加热炉加热一段：在氧化性气氛下，以9～11℃/min升温速率将钢坯快速加热至700～800℃，以利于炉内燃气充分燃烧并降低氧化铁皮生成速率。氧化性气氛下加热可将加热二段和均热段弱还原性气氛加热时未充分燃烧的燃气燃烧；含Cu钢在氧化性气氛下加热至800℃以下时氧化铁皮生成速率较为缓慢，因此，将加热一段出口温度控制在700～800℃可减少该段氧化铁皮生成数量，从而减少Cu在铁皮和钢基体界面的富集数量。
3)加热炉加热二段：在弱还原性气氛下，以12～15℃/min升温速率将钢坯由700～800℃快速加热至1220～1260℃，减少Cu向铁皮与钢基体界面富集的数量。含Cu钢在氧化性气氛下加热至800℃以上时氧化铁皮生成速率迅速增加，而在弱还原性气氛下加热可显著降低氧化铁皮生成速率。加热温度在800～1080℃时，Cu向铁皮和钢基体界面富集的速度大于界面富集Cu向铁皮和钢基体的扩散速度。以12～15℃/min的升温速度进行快速升温，减少钢坯在800～1080℃停留时间，有利于抑制Cu在铁皮与钢基体界面的富集。
4)加热炉均热段：在弱还原性气氛下，提高出炉温度至1240～1280℃并延长均热时间至40～50min，增加铁皮与钢基体界面富集Cu向铁皮和钢基体扩散数量。提高出炉温度和延长均热时间，均有利于铁皮与钢基体界面已经富集的Cu有足够时间和动力学条件向钢基体内部扩散或向氧化亚铁表面扩散。
5)粗轧阶段：粗轧采用6道次，每道次均除鳞；第一道次应变量控制在0.18以下，其余道次应变量均控制在0.45以下；除第一道次外，其余道次变形温度均控制在1080℃以下，抑制界面富集液态Cu在粗轧阶段向奥氏体晶界渗透。粗轧道次控制在6道次，以避免单道次变形量过大；第一道次变形温度偏高，适宜采用较小的变形量；采用每道次除鳞，在改善除磷效果的同时，控制第一道次以外的钢坯表面温度小于1080℃。
本发明一种含Cu低合金钢生产方法的有益效果：
1)采用本发明一种含Cu低合金钢生产方法，通过严格控制加热工艺制度、粗轧除鳞和变形温度制度，可省去价格昂贵的Ni合金，以较低成本生产出含Cu低合金高表面质量的钢材。
2)采用本发明一种含Cu低合金钢生产方法，可极大增加耐候钢、耐磨钢、舰艇钢等含Cu钢材成分设计的灵活性，可应用于水泥搅拌罐体、通讯电力塔架和舰艇板等领域。
具体实施方式：
本发明提供一种含Cu低合金钢生产方法，可广泛应用于含Cu低合金钢的生产。
两种钢的化学成分如表1所示，实施例1和实施例2的铜质量百分数分别为0.30％和1.20％。
两种钢的加热工艺制度和粗轧道次应变量如表2和表3所示：
实施例1采用热值为2400kcal/Nm3燃气加热，钢坯以100℃入加热炉，经64min预热至390℃；然后进入加热一段，在空燃比为2.7的氧化性气氛下，以10.25℃/min的升温速率，经40min时间快速升温至800℃；进入加热二段后，在空燃比为2.1的弱还原性气氛下，以13.0℃/min的升温速率，经35min快速升温至1255℃；进入均热段后，在空燃比为1.9的更弱还原性气氛下，经40min的高温保温后出加热炉，出炉温度1280℃。钢坯出加热炉后，经过粗除鳞后粗轧，粗轧采用6道次轧制，每道次均除鳞；各道次应变量分别为0.16、0.32、0.28、0.30、0.36和0.44；除第一道次外，后5道次轧制温度分别为1049℃、1037℃、1044℃、1030℃和1025℃。实例1粗轧后的中间坯经精轧后，得到表面质量优良的钢板，钢板边部未见因铜脆引起的翘皮或结疤缺陷。
实例2采用热值为2300kcal/Nm3燃气加热，钢坯以140℃入加热炉，经42min预热至310℃；然后进入加段一段，在空燃比为2.5的氧化性气氛下，以11.0℃/min的升温速率，经40min时间快速升温至750℃；进入二加段后，在空燃比为2.0的弱还原性气氛下，以15.0℃/min的升温速率，经32min快速升温至1230℃；进入均热段后，在空燃比为1.8的更弱还原性气氛下，经50min的高温保温后出加热炉，出炉温度1240℃。钢坯出加热炉后，经过粗除鳞后粗轧，粗轧采用6道次轧制，每道次均除鳞；各道次应变量分别为0.14、0.33、0.31、0.31、0.37和0.40；除第一道次外，后5道次轧制温度分别为1018℃、1015℃、1004℃、1010℃和1012℃。实例2粗轧后的中间坯经精轧后，得到表面质量优良的钢板，钢板边部未见因铜脆引起的翘皮或结疤缺陷。
表1钢的化学成分
表2加热工艺参数
表3粗轧各道次应变量
Claims (1)
1.一种含Cu低合金钢生产方法，钢的化学成分按质量百分数为：C：≤0.20％，Si：≤0.75％，Mn：≤2.00％，P：≤0.15％，S：≤0.035％，Cu：0.005～1.50％，Cr：≤5.00％，Mo：≤0.30％，Nb：≤0.15％，V：≤0.15％，Ti：≤0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；采用“钢坯→加热炉→粗轧→精轧→卷取”的生产工艺流程，其特征在于：
(1)加热炉内加热分别按预热段、加热一段、加热二段和均热段进行；预热段出口温度控制在300～400℃；加热一段的升温速率为9～11℃/min，出口温度控制在700～800℃；加热二段的升温速率为12～15℃/min，出口温度控制在1220～1260℃；均热段保温时间40～50min，出口温度控制在1240～1280℃；钢坯总的在炉时间为150～180min；加热一段采用氧化性气氛，加热二段和均热段均采用弱还原性气氛；利用热值为2300～2400kcal/Nm3燃气加热时，除预热段外，加热一段、加热二段和均热段的空燃比分别为2.5～2.7、2.0～2.2和1.8～2.0；
(2)粗轧采用6道次，每道次均除鳞；第一道次应变量控制在0.18以下，其余道次应变量均控制在0.45以下；除第一道次外，其余道次变形温度均控制在1080℃以下。
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