CN102836870A - 奥氏体不锈耐热气阀钢21-4n大铸锭轧制开坯的生产方法 - Google Patents

奥氏体不锈耐热气阀钢21-4n大铸锭轧制开坯的生产方法 Download PDF

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Abstract

奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)大铸锭的热加工开坯的生产方法，包括：1、热送奥氏体不锈耐热气阀钢铸锭，2、均热炉第一火铸锭加热和第二火轧件回炉加热工序；第一火铸锭加热，(A)铸锭入炉温度500～900℃；(B)升温至1150-＜1250℃；(C)在1150-＜1250℃，保温2～6小时；(D)铸锭阴阳面温度差≤20℃；第二火轧件回炉加热，(A)加热升温至1150-＜1250℃，保温2～3小时，(B)轧件阴阳面温度差≤20℃；3、上述二加热工序后分别进行轧制，(A)轧辊预热温度100～300℃；(B)开轧温度1150-＜1250℃，终轧温度＞900℃；(C)轧辊咬入速度10-40转/分。本发明工艺简单；铸锭锭型增大，生产周期大大缩短；能耗大大降低，成坯率提高。所生产的钢坯线供线材盘卷生产，大大提高盘卷单重。

Description

奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域钢材料热加工的生产方法，具体地，本发明涉及一种奥氏体不锈耐热气阀钢材料大铸锭的热加工开坯的生产方法。
背景技术
气阀钢是一种特殊的合金钢，按组织来分，一般可分为奥氏体不锈耐热气阀钢、马氏体不锈耐热气阀钢、铁镍基合金气阀钢三大类。
气阀钢材料主要用于制造内燃发动机汽缸的进气阀和排气阀，主要需求对象是汽车、摩托车、拖拉机、舰船、军用坦克以及各种工程机械等行业。
21-4N钢的牌号是5Cr21Mn9Ni4N。它是奥氏体不锈耐热气阀钢，具有优良的高温耐磨性和高温强度及优良的耐氧化腐蚀性能，被广泛地使用于制造中、高等负荷的发动机排气阀的材料。
21-4N钢的合金元素大于30％。钢的主要化学成分是碳含量(0.48～0.58％)和合金元素(Mn：8.00～10.00％，Ni：3.25～4.50％，Cr：20.00～22.00％，N：0.35～0.50％，C+N：≥0.90％)。21-4N不锈耐热气阀钢的固有特性是：高温状态下屈服强度高，变形抗力大，铸态热加工温度低于950℃，属难变形的钢种；且热变形温度范围狭窄，铸态热延展性较差。
长期以来，21-4N这一奥氏体不锈耐热气阀钢的开坯生产，是采用“冶炼浇铸≤1.0t铸锭——锻压冷锭加热开坯”的传统生产工艺。
从技术上讲，解决高温强度高、变形抗力大，热变形温度窄，延展性较差的钢种开坯问题，选择≤1.0t小锭组织生产是国内特殊钢生产企业普遍采用的一种生产方法。然而，≤1.0t锭生产有其局限性，热加工生产效率低、能源消耗大，且不能适应发动机排气阀制造商期盼提高奥氏体不锈耐热气阀钢盘卷单重的需求(盘卷单重的增加，依赖于生产盘卷所需要开坯的坯料单重增加为前提)。
发明内容
为解决上述现有技术的问题，本发明的目的是：开发一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，所述方法解决了高温强度高、变形抗力大，热变形温度范围窄，延展性较差的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N铸锭开坯的技术问题，轧制出合格的21-4N钢坯，较大幅度地降低了能源消耗及冶金制造的生产成本，满足用户要求和市场需要。同时，根据本发明的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，可大幅度地降低能源消耗及冶金制造的生产成本。
由于铸锭锻压开坯的冶金制造成本大大高于轧制开坯的冶金制造成本，因此，21-4N奥氏体不锈耐热气阀钢以热送锭热装加热轧制的方法开坯生产，较大幅度地降低冶金制造成本，这是一种生产技术的进步。
本发明的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法的技术方案如下：
一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，所述大铸锭重量2-5t，其特征在于：所述方法包括下述工序：
1、热送奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)铸锭，所述铸锭的入炉温度在500～900℃；铸锭浇毕到钢锭装入均热炉完毕，二者之间的传搁时间≤300分钟；
2、均热炉热装铸锭加热且锭温均匀化处理，所述均热炉热装铸锭加热包括第一火铸锭加热工序和第二火轧件回炉加热工序；
第一火铸锭加热包括；
(A)铸锭的入炉温度在500～900℃；
(B)铸锭以50～80℃/h的速度加热升温至1150-1250℃；
(C)铸锭在(B)＜1250℃的升温温度下保温3小时～6小时；
(D)铸锭在温度＜1250℃的保温过程中，逐支铸锭进行阴面与阳面交换位置操作；
(E)铸锭阴阳面温度差≤20℃；
第二火轧件回炉加热包括：
(A)第一火轧件回炉加热，轧件加热升温至1150-1250℃；
(B)轧件在温度＜1250℃的升温温度下，保温2～3小时；
(C)轧件在温度＜1250℃的保温过程中，轧件逐支进行阴面与阳面交换位置操作；
(E)钢锭阴阳面温度差≤20℃；
3.轧制方法：
在第一火铸锭加热工序和第二火轧件回炉加热工序后分别进行轧制：
(A)将轧辊的表面温度预热至100～300℃；
(B)铸锭与轧件的开轧温度1150-1250℃，终轧温度＞900℃；
(C)轧辊咬入速度10-40转/分。
上述所谓传搁时间指：钢锭浇毕为起始，钢锭装入均热炉完毕为结束，二者之间的时间“t”为传搁时间。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，在第一火铸锭加热工序中；铸锭以50～80℃/h的速度加热升温至1220-1250℃。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第一火轧制要求：
轧制时，轧辊的表面温度预热至150～250℃；
铸锭与轧件的开轧温度≥1170℃，终轧温度≥1050℃；
轧辊咬入速度10-30转/分。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第一火轧制要求：铸锭第一火在初轧机平底孔轧制时，轧辊咬入速度10-30转/分；铸锭第一火在初轧机平底孔轧制时，压下量≤20mm；轧件回炉加热。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第二火轧制要求：
(A)第二火轧制前，关闭轧辊的冷却水，将轧辊的表面温度预热至150～250℃，轧制21-4N；(B)轧件的开轧温度≥1100℃，终轧温度≥900℃；(C)轧辊速度≥40转/分；(D)压下量≤40mm；(E)21-4N钢坯进行去压力退火处理。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，在第二火轧件回炉加热工序中，(A)加热升温至1150-1250℃，保温2～3小时。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，所述热加工开坯第一火铸锭加热的轧制要求：
(C)第一火压下规程道次10～32道；
(D)铸锭在前10～32道次的初轧机平底孔轧制时，压下量10-20mm；
(E)轧件回炉加热。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，所述热加工开坯第二火轧件回炉加热的轧制要求：轧件咬入速度10-40转/分，轧件咬入后轧制速度40-80转/分，每次压下量20～40mm。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，所述21-4N钢的合金元素大于30％，钢的主要化学成分是碳含量0.48～0.58％，合金元素，Mn：8.00～10.00％，Ni：3.25～4.50％，Cr：20.00～22.00％，N：0.35～0.50％，C+N：≥0.90％。
根据本发明的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，所述铸锭重量在2-3t。
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、工艺简单、可操作性强，生产组织便捷；
2、生产周期大大缩短；
3、铸锭锭型增大，实现铸锭热送热装加热，且实现所生产的钢坯供线材盘卷生产，盘卷单重可以大于1.5吨；
4、能源消耗大大降低及生产效率提高，冶金制造成本大大降低。
附图说明
图1是初轧机第一火轧制的均热炉铸锭加热工艺图。
图2是初轧机第二火轧制的均热炉轧件加热工艺图。
具体实施方式
以下，举具体实施例，详细说明本发明的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)大铸锭的热加工开坯的生产方法。
实施例1
采用均热炉热装铸锭加热且均质化处理(锭重2.328吨)+初轧机(750轧机)二火轧制的热加工开坯，生产奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)钢坯(160×160mm)。
锭型：2.328t锭铸锭边长：大截面510×510mm、小截面430×430mm，铸锭高1300mm。钢种：21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)。初轧坯规格：160*160mm
表1初轧机压下规程
锭型：2.328t锭钢锭边长： 510 × 510 430 × 430 × 1300 mm
钢种：5Cr21Mn9Ni4N(21-4N)气阀钢       初轧坯规格：160×160mm
Figure BDA0000070559970000052
Figure BDA0000070559970000061
Figure BDA0000070559970000071
在初轧机第一火轧制前的第一火铸锭加热工序时，冶炼浇铸2.328吨铸锭热送均热炉加热：
(A)铸锭的入炉温度≤900℃；
(B)升温时，以70-80℃/h的速度升温至1220℃；
(C)在1210～1220℃的温度下，铸锭保温3.0小时(均质化处理)后进行逐支铸锭翻身，翻过身的铸锭再保温2.5小时，减小铸锭阴阳面温度差；
(D)铸锭阴阳面温度差≤20℃，进行热加工开坯，进入初轧机第一火轧制(第一火铸锭加热的轧制)。
在初轧机进行热加工开坯：
(A)轧制前，先关闭轧辊的冷却水，轴瓦的冷却水适当关小，且避免轴瓦的冷却水飞溅到辊身。关闭轧辊的冷却水，先按排其它钢号的钢锭轧制4-6支，待轧辊辊面温度预热到150～250℃时，进行21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)铸锭轧制。
(B)初轧机咬入的轧辊转速10转/分，
(C)铸锭的开轧温度≥1170℃，终轧温度≥1050℃。
(D)第一火铸锭轧制压下规程道次32道；
(E)轧件回均热炉再次加热。
在初轧机进行第二火轧制(第二火轧件回炉加热的轧制)，均热炉加热要求：
(A)第一火轧件回炉加热，轧件回炉的入炉温度≥950℃；
(B)升温时，以70～80℃/h的速度加热升温至1190～1200℃；
(C)回炉轧件在1190～1200℃保温1.0小时后，炉内轧件进行阴面与阳面交换位置操作，待均热炉炉内轧件全部阴面与阳面交换位置完毕，轧件再保温1.0小时后出炉轧制；
(D)回炉轧件加热完毕，阴阳面温度差≤30℃，进行热加工开坯，进入初轧机第二火轧制。
第二火轧制(第二火轧件回炉加热的轧制)：
(A)第二火轧制前，关闭轧辊的冷却水，先按排其它钢号的钢锭轧制规格≤160×160mm轧制4-6支，待轧辊辊面温度预热到150～250℃时；
(B)轧件的开轧温度≥1160℃，终轧温度≥1020℃；
(C)轧件在初轧机箱型孔轧制时，轧辊转速＝40转/分；
(D))初轧机咬入的轧辊速度15-20转/分，咬入后的轧制速度60-80转/分；
(E)每道次压下量最大偏差≤5mm。
第二火铸锭轧制压下规程道次33-53道。每道次压下量＝25～40mm。
根据本实施例，对21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)行热加工开坯，具有工艺简单、生产组织便捷、冶金制造成本低的特点，与传统的“冶炼≤1.5t铸锭——锻压开坯”生产工艺的生产工艺相比，金属成坯率可以达到82％以上，吨钢能源消耗下降大于35％，冶金制造成本降低800元/吨以上；。21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)其2.3吨铸锭初轧机热加工开坯生产的钢坯表面质量良好，内材质量均满足GB/T12773标准之规定(见表一)，采用φ5mm平底孔对钢坯进行超声波探伤，检测结果合格，符合产品质量要求，铸锭开坯合格率100％，经济效益显著。
表一、初轧坯低倍组织
  试样编号   一般疏松   中心疏松(级)   锭型偏析(级)
  1#   0.5   1.0   0.5
  2#   0.5   0.5   0.5
表二、初轧坯高倍金相测试结果
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、工艺简单、可操作性强，生产组织便捷；
2、生产周期大大缩短；
3、铸锭锭型增大，方便铸锭热装加热，且实现冶炼浇铸一炉钢初轧生产只需一个加热炉加热，能源消耗大大降低及金属成坯率提高；
4、冶金制造成本大大降低。

Claims (10)

1.一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，所述大铸锭重量2-5t，其特征在于：所述方法包括下述工序：
(1)热送奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N铸锭，所述铸锭的入炉温度在500～900℃；铸锭浇毕到钢锭装入均热炉完毕，二者之间的传搁时间≤300分钟；
(2)均热炉热装铸锭加热且锭温均匀化处理，所述均热炉热装铸锭加热包括第一火铸锭加热工序和第二火轧件回炉加热工序；
第一火铸锭加热工序包括；
(A)铸锭的入炉温度在500～900℃；
(B)铸锭以50～80℃/h的速度加热升温至1150-1250℃；
(C)铸锭在(B)的升温温度下保温3小时～6小时；
(D)铸锭在(C)的保温过程中，逐支铸锭进行阴面与阳面交换位置操作；
(E)铸锭阴阳面温度差≤20℃；
第二火轧件回炉加热工序：
(A)第一火轧件回炉加热，轧件加热升温至1150-1250℃；
(B)轧件在(A)的升温温度下，保温2～3小时；
(C)轧件在(B)的保温过程中，轧件逐支进行阴面与阳面交换位置操作；
(D)钢锭阴阳面温度差≤20℃；
(3)轧制方法：
在第一火铸锭加热工序和第二火轧件回炉加热工序后分别进行轧制：
(A)将轧辊的表面温度预热至100～300℃；
(B)铸锭与轧件的开轧温度1150-1250℃，终轧温度＞900℃；
(C)轧辊咬入速度10-40转/分。
2.如权利要求1所述的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，在第一火铸锭加热工序中；铸锭以50～80℃/h的速度加热升温至1220-1250℃。
3.如权利要求1所述的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第一火轧制要求：
轧制时，轧辊的表面温度预热至150～250℃；
铸锭与轧件的开轧温度≥1170℃，终轧温度≥1050℃；
轧辊咬入速度10-30转/分。
4.如权利要求1所述的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第一火轧制要求：铸锭第一火在初轧机平底孔轧制时，轧辊咬入速度10-30转/分；铸锭第一火在初轧机平底孔轧制时，压下量≤20mm；轧件回炉加热。
5.如权利要求1所述的一种奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭轧制开坯的生产方法，其特征在于，热加工开坯第二火轧制要求：(A)第二火轧制前，关闭轧辊的冷却水，将轧辊的表面温度预热至150～250℃，轧制21-4N；(B)轧件的开轧温度≥1100℃，终轧温度≥900℃；(C)轧辊速度≥40转/分；(D)压下量≤40mm；(E)21-4N钢坯进行去压力退火处理。
6.如权利要求5所述的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，其特征在于，在第二火轧件回炉加热工序中，(A)加热升温至1150-1250℃，保温2～3小时。
7.如权利要求1所述的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，其特征在于，所述热加工开坯第一火铸锭加热的轧制要求：
(C)第一火压下规程道次10～32道；
(D)铸锭在前10～32道次的初轧机平底孔轧制时，压下量10-20mm；
(E)轧件回炉加热。
8.如权利要求5所述的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，其特征在于，所述热加工开坯第二火轧件回炉加热的轧制要求：轧件咬入速度10-40转/分，轧件咬入后轧制速度40-80转/分，每次压下量20～40mm。
9.如权利要求1所述的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，其特征在于，所述21-4N钢的合金元素大于30％，钢的主要化学成分是碳含量0.48～0.58％，合金元素，Mn：8.00～10.00％，Ni：3.25～4.50％，Cr：20.00～22.00％，N：0.35～0.50％，C+N：≥0.90％。
10.如权利要求1所述的奥氏体不锈耐热气阀钢21-4N大铸锭的热加工开坯的生产方法，其特征在于，所述铸锭重量在2-3t。
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