CN102560047A - 一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法，属于轧钢技术领域。工艺步骤及控制的技术参数为：控制粗轧阶段的变形量，采用大变形细化铸坯的原始奥氏体组织；控制盘条的精轧温度，获得均匀细小的形变奥氏体组织；控制吐丝后合适的冷却速率和相变温度区间，获得合理的珠光体片层间距和等轴索氏体率；控制相变温升后的冷却工艺，避开P、S元素在晶界的偏聚，防止晶界恶化造成盘条塑性指标降低。适用于高速线材厂生产高碳钢盘条，用于解决成品盘条缓冷过程中杂志元素P、S等偏聚造成的塑性恶化问题，生产的高碳钢拉拔用盘条时效期限缩短到5天，面缩率可达到35％％以上，盘条组织性能更加优良。

Description

一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，特别是提供了一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法，适用于高速线材厂生产开发高碳钢热轧盘条。
背景技术
高碳钢热轧盘条的塑性指标一直是困扰高线厂和深加工企业的难题，主要原因有以下几点：第一，盘条索氏体率低，索氏体团粗大，索氏体组织片层间距粗大，这主要和轧制变形量不够以及轧后风冷能力不足有关，通过加大风机开度，强冷和延长冷却段长度可以得到改善；第二，连铸坯的中心偏析带来的热轧盘条心部偏析组织，例如残余奥氏体、马氏体、贝氏体组织，造成盘条塑性指标下降，通过调整风冷线冷却工艺可以减轻；第三，盘条[H]、[N]含量和盘条组织应力带来的塑性恶化。这三个方面涵盖了轧钢领域造成高碳钢盘条塑性指标不佳的主要原因，但并不是全部。其中第二和第三都涉及盘条的缓冷工艺，缓冷工艺的优劣和得当与否直接影响高碳钢盘条的综合力学性能，一直以来，首钢、宝钢、鞍钢、武钢都关注高碳钢盘条塑性指标的提高，也提出了很多切实有效的办法，但是轧后缓冷工艺和轧制工艺的结合上，以及轧后缓冷过程组织转变和元素扩散过程对塑性指标的影响，没有系统和深入的认识。大多数钢厂目前沿用的生产工艺是在保证抗拉强度的前提下，提高缓冷温度和缓冷时间，甚至采取牺牲强度指标或者冶炼过程增加Cr和V含量来保证综合力学性能：增加Cr含量，一方面作为代位原子，Cr可以改善室温组织中铁素体和渗碳体的晶格点阵结构，降低拉拔过程中动态时效和渗碳体分解带来的钢丝脆化，另一方面Cr作为淬透性元素，和Mn形成符合作用，提高了奥氏体稳定化，降低盘条轧后不同径向位置的组织转变过程差异；V的增加更是为了弥散强化和对提供[H]陷阱，同时形成VN，降低基游离氮含量。本发明提出的技术思路涵盖了以上的物理冶金方法，但同时对以上生产工艺中出现的盘条晶界脆化问题，提出了解决的工艺方法，本质是是在细致深入的研究了轧制过程、轧后盘条冷却过程组织转变、冷却过程和缓冷过程应力释放和元素扩散、偏聚动力学的前提下，提出的生产工艺方法，尤其是对缓冷工艺的临界条件提出了合适的参数控制。
晶界脆化的研究主要集中在热处理领域，最典型就是淬火组织的等温回火脆性，杂质元素S、P、Sn、Pb等在晶界的偏聚导致材料塑性恶化，即高温回火脆性，但是在核电用钢和锅炉压力容器用钢的轧后连续冷却工艺中，杂质元素造成的晶界脆性也时有发生，钢铁研究总院的徐庭栋教授和其他科研院所的研究人员，提出杂质元素非平衡偏聚和等效时间的概念，将冷却过程中的不同温度的连续冷却过程时间，通过公式转化，换算成特定温度下的等效保温时间，只要等效保温时间小于杂质元素偏聚所需要的动力学时间，材料的晶界脆性就能得到很好的控制。首钢在生产高碳钢盘条82B时，同样发现了缓冷过程造成的塑性恶化现象，如图1所示，按照缓冷温度高低和缓冷时间长短分为强制缓冷、普通缓冷、控制缓冷，可以发现缓冷温度高和缓冷时间长的强制缓冷工艺，材料塑性反而最低，通过俄歇电子能谱发现了塑性恶化的盘条组织中存在明显的晶界P偏聚，如图2所示，晶界P偏聚量达到2.76％，达到基体的200倍左右，直接导致盘条晶界脆化，塑性指标降低。
本发明提出的这一控制盘条晶界脆化的热轧工艺方法，分析了盘条塑性指标随缓冷工艺的变化，深入研究了缓冷过程杂质元素P的偏聚动力学过程，以及缓冷温度和时间对晶界偏聚量、材料塑性的影响，综合轧钢过程的控制，提出了降低晶界脆化导致高碳钢盘条塑性恶化的方法。思路全新、能够方法独特，是对缓冷工艺的全新认识，其临界过程参数的设置非常具有针对性，适合高线线材厂的工艺应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法，解决了高碳钢热轧盘条缓冷过程中应力和P、S等杂质元素偏聚带来的晶界脆化问，及盘条缓冷过程中杂质元素的晶界偏聚造成的塑性恶化问题。
本发明的工艺步骤及控制的技术参数为：
1.粗轧阶段的变形道次分为6道次，累计变形量控制在76-80％，充分细化铸坯的原始奥氏体组织；
粗轧过程利用铸坯的高温状态，采用多道次变形，保证铸坯等轴晶区和柱状晶区的原始奥氏体组织被充分细化，各道次的变形延伸系数为0.3-0.24-0.45-0.22-0.36-0.32，6道次的累计变形量达到76-80％，一方面保证了组织细化的临界变形量，另一方面，多道次变形累计效应，以及变形间隔造成的亚动态再结晶能够进一步的细化组织，这种组织细化直接导致热轧盘条组织的细化，造成晶界面积增加，降低P元素的单位晶界面积的偏聚量。
2.精轧入口温度控制在880-900℃，吐丝温度控制在820-840℃，获得均匀细小的形变奥氏体组织；
精轧温度控制采用较低的温度区间880-900℃，保证组织内一定量的形变储存能，同时防止避开不完全再结晶区间轧制变形造成的组织局部长大造成的混晶组织，轧后水冷过程采用合适的冷却强度，吐丝温度控制在820-840℃，实现盘条快速冷却的同时，避免表面过冷造成组织异常和性能波动。
3.吐丝后，调整相变前段和相变段风机开度，盘条相变返温温度控制在620-640℃；
吐丝后，调节相变前段的风机开度，开启4个风机，风量15万M3，开度90-100％，冷却速率控制在8-9℃/s，相变开始温度控制在570-590℃，同时相变段开启1-2个风机，风量15万M3，开度90-100％，强冷将盘条温升后盘条的返温温度控制在620-640℃，保证较低的温度，减少组织共析转变后这一高温阶段杂质元素向晶界的扩散。
4.控制相变后冷却工艺，进保温罩前冷却速率控制在6-7℃/s，保温温度控制在510-560℃，辊道速率控制在0.7-0.8m/s，，保温辊道距离控制在30-32米；
相变温升后至进保温罩保证较快的冷却速率，开启2-3个风机，风量15万M3，开度80-100％，冷却速率控制在6-7℃/s，快速降温可以缩小杂质元素的扩散过程区间，进保温罩温度控制在510-560℃，这一过程风机开度为0，辊道速率控制在0.7-0.8m/s，，保温辊道距离控制在30-32米，通过辊道速率的设计调节盘条在保温过程中的密度，通过控制合适的保温距离，即达到缓冷过程消除应力、氢释放、组织优化的目的，同时最大限度的降低保温时间，缩小这一过程P元素晶界偏聚的等效时间，保证杂质元素没有来得及充分偏聚到晶界，盘条已经脱离晶界脆化的临界温度区间。
5.集卷温度控制在450-470℃。
集卷温度控制在450-470℃，集卷后盘条在PF线上会密集排布，冷却速率在0.3-0.6℃/s，相当于极度缓冷的过程，集卷温度一方面避免温度过低造成的组织应力，另一方面盘条降低至470℃以下，盘条杂质元素的偏聚没有了热力学扩散的条件，进一步缓解境界脆化对塑性指标的恶化。
附图说明
图1为不同缓冷工艺下的82B-1材料塑性对比，控制缓冷为本发明提供的缓冷工艺，普通缓冷相比较控制缓冷的保温温度提高了20℃，强制缓冷相比较普通缓冷的保温温度提高了20℃，时间延长的10s。
图2为俄歇分析谱显示的82B-1材料断口处的P偏聚峰值，换算后P含量为2.76％。
图3为不同缓冷工艺下的82B面缩率对比。
具体实施方式
实施例1
在首钢开发规格12.5mm的82B-1盘条中得到应用，具体步骤为：
1.粗轧阶段的变形道次分为6道次，累计变形量控制在80％，充分细化铸坯的原始奥氏体组织；
2.精轧入口温度控制在900℃，吐丝温度控制在840℃，获得均匀细小的形变奥氏体组织；
3.吐丝后，调整相变前段和相变段风机的开度，盘条相变返温温度控制在630℃；
4.控制相变后冷却工艺，进保温罩前冷却速率控制在6℃/s，辊道速率控制在0.75m/s，进保温罩温度555℃，保温温度控制在515-555℃，保温辊道距离控制在30米；
5.集卷温度460℃。
实施例2
在首钢开发规格5.5mm的82A盘条中得到应用，具体步骤为：
1.粗轧阶段的变形道次分为6道次，累计变形量控制在80％，充分细化铸坯的原始奥氏体组织；
2.精轧入口温度控制在910℃，吐丝温度控制在830℃，获得均匀细小的形变奥氏体组织；
3.吐丝后，调整相变前段和相变段风机的开度，盘条相变返温温度控制在620℃；
4.控制相变后冷却工艺，进保温罩前冷却速率控制在6℃/s，辊道速率控制在0.8m/s，进保温罩温度530℃，保温温度控制在510-530℃，保温辊道距离控制在32米。

Claims (2)

1.一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数为：
a.粗轧阶段的变形道次为6道次，累计变形量控制在76-80％，细化铸坯的原始奥氏体组织；
b.精轧入口温度控制在880-900℃，吐丝温度控制在820-840℃，获得均匀细小的形变奥氏体组织；
c.吐丝后，调整相变前段和相变段风机的开度，盘条相变返温温度控制在620-640℃；
d.控制相变后冷却，相变后到进保温罩前冷却速率控制在6-7℃/s，辊道速率控制在0.7-0.8m/s，保温温度控制在510-560℃，保温辊道距离控制在30-32米；
e.集卷温度控制在450-470℃。
2.根据权利要求1所述的控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法，其特征在于，粗轧各道次的变形延伸系数分别为0.3-0.24-0.45-0.22-0.36-0.32。
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