CN103732765A - 材料加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的材料加热方法包括：将含硅的碳钢材料装入加热炉的步骤；预热材料的步骤；升高材料的温度的第一加热步骤；降低加热炉的温度以降低材料的表面和内部之间的温差的第二加热步骤；升高材料的温度的第三加热步骤；以及降低材料的表面和内部之间的温差的均热处理步骤，并且在这里，加热炉中的材料的温度被保持在铁橄榄石的熔点以下。

Description

材料加热方法
技术领域
本发明涉及一种材料加热方法，更特别地，涉及一种能够改善材料的表面质量的材料加热方法。 
背景技术
在为用于车辆外部板并且用于国内产品的板情况下，表面质量作为重要的控制因素，并且氧化皮缺陷被认为是热轧钢板的严重问题。近来，用于处理各种电子产品的汽车制造商和公司对热轧钢板的表面质量具有精细的要求。 
为了改善表面质量，安装氧化皮清除机以在热轧过程中移除热轧钢板上的氧化皮。然而，存在不会被氧化皮清除机移除的氧化皮的缺陷。 
上述构造是用于帮助理解本发明的的相关技术，而并不表示在本发明所属的技术领域中广泛公知的相关技术。 
发明内容
本发明的实施例致力于一种能够改善材料的表面质量的材料加热方法。 
本发明的实施例致力于一种能够移除红色氧化皮的材料加热方法。 
本发明的实施例致力于一种能够改善包含有0.15wt%至1.2wt%的碳和0.10wt%或以上的硅的材料的表面质量的材料加热方法。 
在实施例中，材料加热方法包括：将含硅的碳钢材料装入加热炉的步骤；预热材料的步骤；升高材料的温度的第一加热步骤；降低材料的温度从而降低材料的表面和内部之间的温差的第二加热步骤；升高材料的温度的第三加热步骤；以及降低材料的表面和内部之间的温 差的均热处理步骤。加热炉中的材料的温度被保持在铁橄榄石的熔点或以下。 
材料可包含0.15wt%至1.2wt%的碳和0.1wt%或以上的硅。 
用于执行第一加热步骤的加热炉的第一加热区域的温度T1、用于执行第二加热步骤的加热炉的第二加热区域的温度T2、用于执行第三加热步骤的加热炉的第三加热区域的温度T3、以及用于执行均热处理步骤的加热炉的均热处理区域的温度T4可被设置成满足T2<T4<T3<T1的关系。 
温度T1可在从1,190℃至1,210℃的范围内。 
温度T2可在从1,130℃至1,160℃的范围内。 
温度T3可在从1,170℃至1,190℃的范围内。 
温度T4可在从1,160℃至1,180℃的范围内。 
温度T1可被设置成1,200℃，温度T2可被设置成1,150℃，温度T3可被设置成1,180℃，以及温度T4可被设置成1,170℃。 
材料的停留时间可在从160分钟到230分钟的范围内。 
第一加热步骤后的材料的表面和内部之间的温差ΔT1、第二加热步骤后的材料的表面和内部之间的温差ΔT2、第三加热步骤后的材料的表面和内部之间的温差ΔT3、均热处理步骤后的材料的表面和内部之间的温差ΔT4可满足ΔT4<ΔT2且ΔT3<ΔT1的关系。 
根据本发明的实施例，所述材料加热方法可通过控制加热过程而显著改善材料的表面质量。具体而言，该材料加热方法可移除包含有0.15wt%至1.2wt%的碳和0.1wt%或以上的硅的材料的红色氧化皮。 
附图说明
通过结合所附附图的以下详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其它方面、特征和优点，在这些附图中： 
图1是示出根据本发明的实施例的材料的温度曲线和加热炉的温度的图表； 
图2是根据本发明的实施例的加热炉的截面图； 
图3是根据本发明的实施例的轧钢装置的立体图；以及 
图4是根据本发明的实施例的材料的界面结构的截面图。 
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。应当注意，附图不是按照精确比例绘制，并且为了描述方便和清楚起见可能夸大线的厚度或元件的尺寸。此外，本文所使用的术语通过考虑本发明的功能来定义并且可能根据用户或操作者的习惯或意向而改变。因此，术语的定义应当根据本文陈述的所有披露而作出。 
图1是示出根据本发明的实施例的材料的温度曲线和加热炉的温度的示意图。图2是根据本发明的实施例的加热炉的截面图。图3是根据本发明的实施例的轧钢装置的立体图。图4是根据本发明的实施例的材料的界面结构的截面图。 
本发明涉及用于加热含硅的碳钢的方法，更具体地，涉及用于加热包含0.15wt%至1.2wt%的碳（C）和0.10wt%或以上的硅（Si）的材料的方法。 
在本发明中，将在加热炉中被加热的对象和经受热轧过程的对象被统称为“材料”。也就是说，材料可涉及通过连续铸造过程制造的板坯、大方坯、钢坯等。此外，板坯或大方坯被提供至加热炉并然后被加热以执行初轧过程、精轧过程等等。材料还可用作表示初轧过程后的棒或精轧过程后的条的术语。 
硅为铁素体稳定化元素并且用于改善碳的活性。在热处理期间，硅激活珍珠岩中的碳化铁内的碳的运动，并且降低碳化铁中的碳的含量，从而改善韧性和延展性。此外，硅被添加作为用于在钢制造过程中移除钢中的氧的还原剂，以及被用于铁素体中从而增加强度。 
然而，当硅被添加至钢时，可能在热轧过程中出现红色氧化皮。红色氧化皮没有被氧化皮清除机去除氧化皮，从而降低了热轧钢的表面质量。具体而言，包含0.15wt%至1.20wt%的碳的高碳钢具有比普通钢更高的硅含量，以提高热处理效率。也就是说，高碳钢可能具有0.10wt%或以上的高硅含量，或具体地，0.30wt%的高碳含量。在这种情况下，在热轧过程中可能出现大量的红色氧化皮。 
已知红色氧化皮出现是由于形成于材料的表面上的铁橄榄石（Fe2SiO4）。根据本发明的实施例，当材料通过加热炉时，材料的温 度被保持在铁橄榄石的熔点，即，约1,173℃或以下，用以抑制铁橄榄石的出现。此外，可控制加热炉中的加热条件以降低材料的表面和内部之间的温差，从而防止包括红色氧化皮的氧化皮缺陷的出现。因此，即使材料的加热温度被降低，后续轧制过程仍可平稳执行。 
参考图1和2，根据本发明的实施例的材料加热方法包括预热步骤（未示出）、第一加热步骤、第二加热步骤、第三加热步骤，以及均热处理步骤。在图1的材料温度－时间曲线图中，实线表示材料内部（中央部分）的温度变化，而点划线表示材料的表面的温度变化。 
预热步骤对应于加热炉100的预热区域F0、第一加热步骤S1对应于加热炉100的第一加热区域F1、第二加热步骤S2对应于加热炉100的第二加热区域F2、第三加热步骤S3对应于加热炉100的第三加热区域F3、而均热处理步骤S4对应于加热炉100的均热处理区域F4。 
预热步骤（未示出）用于预热装入炉100中的材料S。预热步骤可与用于使用由加热炉的加热设备112、116、120和124产生的热量（热风）预热材料的部分对应，加热炉的加热设备112、116、120和124被安装用于在预热步骤之后执行的加热步骤S1、S2和S3以及均热处理步骤S4。也就是说，加热炉100的预热区域F0可不包括设置在材料S的顶部和底部的加热设备。然而，根据加热炉100的结构，预热区域F0可包括加热设备。 
第一加热步骤S1用于升高已经过预热步骤的材料的温度，也就是说，用于在预定温度下加热材料，以轧制材料。在第一加热步骤S1，加热炉100的温度被设置成T1。由于材料S从表面被加热，材料S的表面温度被保持为高于材料S的内部的温度，并且热量从材料的表面传输到内部使得材料S的内部的温度逐渐升高。在第一加热步骤S1之后，材料S的表面与内部之间的温差对应于ΔT1。 
在本实施例中，材料S的内部的温度表示位于材料S的厚度的中心、长度的中心、以及宽度的中心处的点，或具体地，材料S的重心处的温度。 
第二加热步骤S2用于通过降低加热炉的温度降低材料S的表面和内部之间的温差。对于该操作，当第二加热步骤S2被执行时，加热炉100的温度被设置成低于第一加热步骤S1的T2(T2<T1)。由于材料S从 表面被冷却，在预定时间之后，材料的表面和内部之间的温差降低。也就是说，在第二加热步骤S2之后，材料S的表面和内部之间的温差ΔT2变得小于ΔT1。 
第三加热步骤S3用于升高材料S的温度。为了防止红色氧化皮的出现，材料S的温度，即，材料的表面和内部的温度可保持在铁橄榄石的熔点Tm或以下。然而，材料的温度可保持在尽可能高温，以降低轧制负载。因此，在第三加热步骤S3期间，当材料S的温度被保持在铁橄榄石的熔点Tm或以下时，材料的表面和内部的温度可被升高到尽可能高温，以平稳地执行轧制过程。对于该操作，加热炉的温度T3可被设置成高于T2而低于T1。 
在第三加热步骤S3之后，材料S的表面和内部之间的温差ΔT3可小于或大于ΔT2，但可被保持为小于ΔT1。也就是说，材料S的表面和内部之间的温差ΔT3可根据第二加热步骤S2中的炉的加热时间（处理时间）和温度、第三加热步骤S3中的炉的加热时间和温度，并且材料S的形状和特性而不同。 
均热处理步骤S4用于最后降低材料S的表面和内部之间的温差。即使在均热处理步骤S4，材料S的表面和内部的温度可被保持在铁橄榄石的熔点Tm或以下，并且材料的表面和内部之间的温差可尽可能被降低。于是有可能抑制包括有红色氧化皮的氧化皮的出现、降低轧制负载，并防止由材料的表面和内部之间的温差导致的轧制缺陷。也就是说，在均热处理步骤S4之后，材料的表面和内部之间的温差ΔT4可被控制成最小化。具体而言，温差之间的关系可被设置在ΔT4<ΔT2且ΔT3<ΔT1。理想地，ΔT4可被设置为0℃。然而，由于制造工艺的限制，可出现轻微的温差。 
预热步骤、第一加热步骤S1、第二加热步骤S2、第三加热步骤S3，以及均热处理步骤S4所需的总的处理时间（即，停留时间）可被设置在160分钟到230分钟的范围内。当停留时间小于160分钟时，当材料S在铁橄榄石的熔点Tm或以下被加热时，难以降低材料的表面和内部之间的温差。当停留时间超过230分钟时，在生产率方面是不期望的。因此，停留时间可被设置在160分钟到230分钟的范围内，或期望地，180分钟至200分钟。 
具体而言，在停留时间的范围内，预热步骤可被设置成50±10分钟，第一加热步骤S1可被设置成30±10分钟，第二加热步骤S2可被设置成25±10分钟，第三加热步骤S3可被设置成35±10分钟，以及均热处理步骤S4可被设置成40±10分钟。然而，各个加热步骤和均热处理步骤的停留时间不限于此。 
当材料S通过加热炉100时，材料S的温度必须被保持在铁橄榄石的熔点Tm或以下。对于该操作，第一加热区域的温度T1、第二加热区域的温度T2、第三加热区域的温度T3，以及均热处理区域的温度T4可被设置成满足T2<T4<T3<T1的关系。则有可能抑制包括红色氧化皮的氧化皮的出现、降低材料的表面和内部之间的温差，以及提高轧制效率。 
温度关系仅是示例。只要材料S的温度被保持在铁橄榄石的熔点Tm或以下，则用于设置加热炉的温度的方法并不限于此。 
具体而言，在其中执行第一加热步骤S1以加热材料S的第一加热区域F1的温度可被设置在1,190℃至1,210℃的范围内，或期望地，设置成1,200℃。在上述温度范围内，材料S可被加热30±10分钟。在其中执行第二加热步骤S2的第二加热区域F2的温度可被设置在1,130℃至1,160℃的范围内，或期望地，设置在1,140℃至1,150℃的范围内，或更期望地，设置成1,150℃。在上述温度范围内，材料S可被加热25±10分钟。在其中执行第三加热步骤S3的第三加热区域F3的温度可被设置在1,170℃至1,190℃的范围内，或期望地，设置成1,180℃。在上述温度范围内，材料S可被加热35±10分钟。在其中执行均热处理步骤S4的均热处理区域F4的温度可被设置在1,160℃至1,180℃的范围内，或期望地，设置成1,170℃。在上述温度范围内，材料S可被加热40±10分钟。 
参考图2，根据本发明的实施例的加热炉100包括预热区域F0、第一加热区域F1、第二加热区域F2、第三加热区域F3，以及均热处理区域F4。 
材料S通过装料部分102装入，并且通过取出部分104从加热炉取出。装料部分102可通过装料门106打开/关闭，以及取出部分104可通过取出门108打开/关闭。 
加热炉100可另外包括从装料部分102和取出部分104依次设置的滑动梁（skid beam）110，并且将被加热的材料S在滑动梁110上被接收并且然后被传输。滑动梁110可包括用于支撑材料S的固定梁和用于使材料S向前移动的工作梁。当材料S在加热炉100内被加热时，工作梁可使材料S升高、向前移动、降低、或后退，从而从装料部分102朝着取出部分104逐步传输材料S。 
第一加热区域F1包括第一加热设备112和用以测量第一加热区域F1的温度第一温度测量设备114。第二加热区域F2、第三加热区域F3，以及均热处理区域F4分别包括第二加热设备116和第二温度测量设备118、第三加热设备120和第三温度测量设备122，以及第四加热设备124和第四温度测量设备126。预热区域F0可包括加热设备和温度测量设备或可以不包括加热设备和温度测量设备。可替代地，预热区域F0可不包括加热设备，但可包括温度测量设备。温度测量设备114、118、122和124的位置不受限制，但是温度测量设备114、118、122和124可安装在加热炉100的顶部的盖上。 
第一加热设备112、第二加热设备116、第三加热设备120，以及第四加热设备124中的每一个可包括燃烧诸如重油、天然气、焦炉煤气（COG）之类的气体的燃烧器以利用热风或IR加热器来升高加热炉100的温度。然而，燃烧器具有在成本方面的优点。在本发明中，可安装多个燃烧器。此外，燃烧器可安装在材料S的顶侧和底侧或安装在材料S的顶侧和底侧中的任一侧。 
第一温度测量设备114、第二温度测量设备118、第三温度测量设备122，以及第四温度测量设备126可能不限于特定设备，只要它们可以测量温度。然而，第一温度测量设备114、第二温度测量设备118、第三温度测量设备122，以及第四温度测量设备126可包括热电偶。 
根据材料S的初始温度和在取出时所需的最终温度，可对预热区域F0、第一至第三加热区域F1至F3，以及均热处理区域F4的目标温度、升温速度和停留时间进行控制。 
当材料S的温度被保持在铁橄榄石的熔点或以下，第一加热区域的温度T1、第二加热区域的温度T2、第三加热区域的温度T3，以及均热处理区域的温度T4被设置成满足T2<T4<T3<T1的关系的时候，有 可能抑制包括有红色氧化皮的氧化皮的出现、降低材料的表面和内部之间的温差，以及提高轧制效率。 
参考图3，根据本发明的实施例的轧制装置可包括加热炉100、板坯精整压机200、粗轧机210、边缘加热器220、氧化皮清除机230、精轧机240、输出辊道250、冷却器260，和卷绕机270。 
加热炉100为将材料S重新加热以热轧材料S的再加热炉。由于上面已经描述了加热炉100的结构和处理条件，此处省略其详细描述。 
板坯精整压机200是降低材料S在纵向方向上的宽度差并且根据最终用户的要求轧制材料S成预定宽度的宽度轧辊。粗轧机210轧制材料S成在精轧过程中所需的合适的厚度和宽度。将材料S从粗轧机210的输入侧到输出侧或从粗轧机210的输出侧到输入侧的移动称为通过。这种通过可被多次执行，并且可设置空闲时间以降低每次通过后材料S的温度梯度。 
可安装边缘加热器220以防止材料S的边缘的温度下降，以及氧化皮清除机230可利用高温的水移除材料S表面的氧化皮。 
精轧机240为基于客户所需或热轧过程中所需的厚度和宽度而制造最终形状的钢板的设备。已通过精轧机240的材料S可在经过输出辊道250的同时通过由冷却器260产生的冷却水的层流冷却至目标温度，然后通过缠绕机270而被缠绕。当材料S被冷却时，可使用空气代替冷却水。 
上述轧制装置仅是一个具体实施例。可省略组成轧制装置的设备的一部分，并且可另外包括其他设备。例如，氧化皮清除机可添加至粗轧机之前和之后的轧制装置中。再例如，氧化皮清除机可被添加至板坯精整压机200的前面和后面。再例如，可添加立辊轧机用以使由板坯精整压机导致的宽度差一致。此外，附上上述设备的名称是为了便于描述，而设备可具有不同的名称。 
参照图4，钢板（材料）可具有在钢基A的表面上的氧化皮，该氧化皮由连续形成的方铁矿（FeO）B，磁铁矿（Fe3O4）C，赤铁矿（Fe2O3）D构成。根据本发明的实施例的材料加热方法可将材料的温度降低至铁橄榄石的熔点或以下，并因此抑制铁橄榄石的出现或即使在钢基A和方铁矿B之间出现铁橄榄石降低钢基A和方铁矿B之间的粘附力。 
铁橄榄石通过来自存在于钢基A和方铁矿B中的硅的氧化硅（SiO2）的反应产生。由于铁橄榄石具有至钢基A的高粘附力，铁橄榄石不能通过氧化皮清除机去除，因而在轧制过程后产生氧化皮。具体而言，由于铁橄榄石被熔化和冷却时铁橄榄石与钢基A之间的粘附力显著增加，铁橄榄石可能不能通过氧化皮清除机去除。 
根据本发明的实施例，由于加热炉中的材料的温度被保持在铁橄榄石的熔点或以下，可抑制铁橄榄石的出现或者可以显著降低铁橄榄石的粘附力。因此，氧化皮可通过氧化皮清除机容易地去除，并且轧制后的材料的表面质量可显著提高。 
此外，虽然氧化皮在轧制过程后不被去除或重新产生，但氧化皮可在酸洗过程等期间容易地去除。 
虽然已经结合附图提供一些实施例来说明本发明，然而对本领域技术人员而言清楚的是，实施例仅作为示例性给出，并且能够进行各种修改和等效实施方式而不背离本发明的精神和范围。本发明的范围应仅由所附权利要求限制。 

Claims (10)

1.一种材料加热方法，其包括：
将含硅的碳钢材料提供到加热炉中的步骤；
预热所述材料的步骤；
升高所述材料的温度的第一加热步骤；
降低所述材料的温度以降低所述材料的表面与内部之间的温差的第二加热步骤；
升高所述材料的温度的第三加热步骤；以及
降低所述材料的表面与内部之间的温差的均热处理步骤，
其中在所述加热炉中的所述材料的温度被保持在铁橄榄石的熔点或以下。
2.根据权利要求1所述的材料加热方法，其中所述材料包含0.15wt%至1.2wt%的碳和0.10wt%或以上的硅。
3.根据权利要求1所述的材料加热方法，其中将用于执行所述第一加热步骤的所述加热炉的第一加热区域的温度T1、用于执行所述第二加热步骤的所述加热炉的第二加热区域的温度T2、用于执行所述第三加热步骤的所述加热炉的第三加热区域的温度T3、以及用于执行所述均热处理步骤的所述加热炉的均热处理区域的温度T4设置成满足T2<T4<T3<T1的关系。
4.根据权利要求3所述的材料加热方法，其中所述温度T1在从1,190℃至1,210℃的范围内。
5.根据权利要求3所述的材料加热方法，其中所述温度T2在从1,130℃至1,160℃的范围内。
6.根据权利要求3所述的材料加热方法，其中所述温度T3在从1,170℃至1,190℃的范围内。
7.根据权利要求3所述的材料加热方法，其中所述温度T4在从1,160℃至1,180℃的范围内。
8.根据权利要求3所述的材料加热方法，其中所述温度T1为1,200℃，所述温度T2为1,150℃，所述温度T3为1,180℃，并且所述温度T4为1,170℃。
9.根据权利要求1所述的材料加热方法，其中所述材料的停留时间在从160分钟至230分钟的范围内。
10.根据权利要求1所述的材料加热方法，其中所述第一加热步骤后的所述材料的表面与内部之间的温差ΔT1、所述第二加热步骤后的所述材料的表面与内部之间的温差ΔT2、所述第三加热步骤后的所述材料的表面与内部之间的温差ΔT3、以及所述均热处理步骤后的材料的表面与内部之间的温差ΔT4满足ΔT4<ΔT2且ΔT3<ΔT1的关系。
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