CN106244916A - 高品质薄规格热轧合金工具钢及其csp生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺,该合金工具钢的化学成分为:C:0.85~0.95%,Si:1.25~1.45%,Mn:0.4~0.55%,Cr:1.05~1.15%,Als:0.015~0.035%,P:0~0.015%,S:0~0.005%,N:0~0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。该CSP生产工艺包括如下步骤:1)进行转炉冶炼;2)冶炼后钢水进行炉外精炼,随后在CSP连铸机浇铸成坯,在连铸头坯两侧剪切位置采用煤氧枪进行炙烤升温,预防摆剪剪刃损毁;3)浇铸后板坯进入均热炉进行均热;4)板坯出炉经高压水除鳞后进行七道次精轧;5)经层流冷却后进行卷取;6)堆放冷却待用。该高品质薄规格热轧合金工具钢碳含量大于0.85%,最薄厚度为1.5mm,产品表面质量良好,力学性能满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金工具钢,特别是指一种高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺。
背景技术
高品质合金工具钢碳含量一般在0.50%以上,且含有较多的Si、Cr等合金元素,主要用于汽车板簧、刹车片等汽车零部件和精密工具的生产。随着国内高端装备和制造业的发展,国内对高碳合金工具用钢的需求越来越大,目前国内年需求约为30~50万吨。相对于普通高碳钢,合金工具钢由于碳含量和合金含量更高,且质量要求更高,因此生产控制难度更大。
目前,国内外高品质合金工具钢的生产,主要采用窄带流程和常规热连轧流程生产,窄带流程包括德国蒂森哈根热轧窄带厂,以及瑞典、奥地利等国的钢铁公司,常规热连轧流程包括德国蒂森克虏伯、韩国浦项、日本JFE等。采用窄带流程生产时,由于模铸冷却速度慢且铸坯厚,因此铸坯偏析严重,加热时间长,产品脱碳严重,而窄带钢在层流控制冷却等方面控制较弱,产品组织性能存在波动较大等问题。常规热连轧流程也存在铸坯偏析突出、脱碳超标等问题,并且生产过程事故率高,且生产2.0mm以下的薄规格产品存在较大困难。
规格合金工具钢适用于刃具、圆盘刀具等精密工具的生产。此类钢种的碳含量(≥0.80%),合金元素含量较高,铸坯裂纹、偏析问题突出,在生产中为降低轧制力,常采用高温加热,表面氧化铁皮不易控制并且卷取过程中容易产生扁卷。此外,薄规格合金工具钢轧制过程中由于轧制力大,发生废钢、断浇生产事故的风险较高,严重影响生产稳定及质量控制。
随着市场对薄规格产品需求的增加,以及薄板坯连铸连轧技术的进步和发展,采用薄板坯连铸连轧技术生产的合金工具钢产品具有夹杂物细小、偏析轻、脱碳层浅、组织性能均匀、板形良好、规格薄等优点,因此目前越来越多的高品质合金工具钢在短流程产线上生产。CSP生产工艺是薄板坯连铸连轧技术之一,是当今冶金界的一项前沿技术,具有流程紧凑、投资少、能耗低等优势。目前如珠钢CSP产线、涟钢CSP、唐钢FTSR等国内短流程产线已开发了含碳量低于0.90%的高碳钢。但目前主要开发的产品其合金含量少,主要集中在碳素工具钢上,而且厚度基本在2.5mm以上,因此,薄板坯连铸连轧产线开发的现有产品还远远不能满足市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳含量较高、厚度最低可达1.5mm的高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺。
为实现上述目的,本发明所提供的高品质薄规格热轧合金工具钢,由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.85~0.95%,Si:1.25~1.45%,Mn:0.4~0.55%,Cr:1.05~1.15%,Als(酸溶铝):0.015~0.035%,P:0~0.015%,S:0~0.005%,N:0~0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地,该高品质薄规格热轧合金工具钢由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.85~0.9299%,Si:1.25~1.268%,Mn:0.4~0.4395%,Cr:1.05~1.088%,Als:0.015~0.0205%,P:0~0.014%,S:0~0.0035%,N:0~0.0042%,其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地,该高品质薄规格热轧合金工具钢由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.9336%~0.95%,Si:1.3493%~1.45%,Mn:0.4721%~0.55%,Cr:1.122%~1.15%,Als:0.0209%~0.035%,P:0.0145%~0.015%,S:0.0037%~0.005%,N:0.0043~0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地,该高品质薄规格热轧合金工具钢由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.9299%~0.9336%,Si:1.268%~1.3493%,Mn:0.4395%~0.4721%,Cr:1.088%~1.122%,Als:0.0205%~0.0209%,P:0.014%~0.0145%,S:0.0035%~0.0037%,N:0.0042~0.0043%,其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地,该高品质薄规格热轧合金工具钢的屈服强度为720~830MPa;抗拉强度为1220~1350MPa;延伸率≥7%;表面硬度/HV为200~280。
优选地,该高品质薄规格热轧合金工具钢的厚度为1.5mm~5.5mm。
本发明同时提供了前述高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,包括如下步骤:
1)进行转炉冶炼,冶炼后出钢P≤0.008%;
2)冶炼后钢水进行炉外精炼,随后在CSP连铸机浇铸成坯,在连铸头坯两侧剪切位置采用煤氧枪进行炙烤升温,预防摆剪剪刃损毁;采用液芯压下工艺,开浇连铸坯厚度为70mm,经液芯压下至60mm(此类钢种铸坯厚度很难确定,液芯压下难度很大,压下量过大容易导致滞坯或断浇生产事故;压下量过小无法满足薄规格的轧制要求),拉速控制在3.7~4.0m/min;浇铸过程中,控制中间包钢水量不低于25吨,控制二冷水量(是二次冷却用水,即当铸坯离开一冷(结晶器冷却)后,虽然形成了一定厚度的坯壳,但任然需要二冷水的继续冷却使其坯壳继续加厚)使板坯入均热炉目标温度在870~890℃;
3)浇铸后板坯进入均热炉进行均热,控制板坯出炉温度为1230~1250℃,均热时间为25~50min;同时,投用在线炉辊清理程序;CSP工艺均热炉采用的炉辊清理技术,利用板坯与辊环之间的摩擦,去除粘结在辊环表面的氧化铁皮,炉辊清理功能分为在线炉辊清理和离线炉辊清理两类,其中,在线炉辊清理即在生产过程中对每块板坯选择清理功能,利用部分炉辊转动的速度差减小板坯下表面氧化铁皮在辊环表面的粘附能力;
4)板坯出炉经高压水除鳞后进行七道次精轧,控制终轧温度为900~940℃;
5)经层流冷却后进行卷取,层流冷却的方式为前段快冷,控制卷取温度为680~730℃;为防止扁卷适当加大带钢单位张力,控制带钢单位张力为55~62.5N/mm2,为防止尾部错边,降低了卷起张力分配,张力分配≤40%;
6)堆放冷却待用。
优选地,步骤3)中,均热时,各段空气过剩系数在1.3~1.45之间,具体为加热段采用还原性气氛减少氧化铁皮产生,均热段采用弱氧化性气氛使得氧化铁皮疏松,除鳞过程氧化铁皮易于去除。
优选地,步骤5)中,前段快冷的冷却速度为20~30℃/s。
优选地,步骤4)中,进行七道次精轧时,控制F1机架和F2机架的压下率为:F1≥50%,F2≥50%;控制精轧后的带钢凸度C40≤60μm。
优选地,步骤6)中,采用热卷集中堆放冷却48小时以上,冷却后待用。
本发明的有益效果是:1)本发明所提供的高品质薄规格热轧合金工具钢碳含量大于0.85%,最薄厚度为1.5mm,产品表面质量良好,力学性能满足要求;2)本发明CSP工艺采取在连铸头坯两侧剪切位置进行炙烤升温的措施,预防摆剪剪刃损毁,解决了合金工具钢由于碳含量和合金含量高,连铸头坯温度低,导致强度高摆剪剪切困难的问题,确保了重大设备的安全。3)该工艺发挥薄板坯连铸连轧短流程工艺的优势,通过连铸工艺参数优化改善了铸坯质量,避免了裂纹、破边等缺陷的产生,通过加热工艺及负荷分配优化确保薄规格合金工具钢轧制稳定性,表面氧化铁皮控制良好。4)该工艺生产过程控制稳定,不易发生废钢、断浇等生产事故,解决了制约CSP产线生产薄规格高碳钢的一大技术瓶颈。
附图说明
图1为本发明CSP工艺的工艺流程示意图。
图2为实施例1-1所获得的合金工具钢的金相组织图。
图3为实施例1-2所获得的合金工具钢的金相组织图。
其中:摆剪1、旋转除鳞机2、均热炉3、事故剪4、高压水除鳞机5、立辊6、精轧机组7(机架F1~F7)、层流冷却系统8、卷取机9
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,为本发明CSP生产工艺的工艺流程示意图,所采用的设备主要包括摆剪1、旋转除鳞机2、均热炉3、事故剪4、高压水除鳞机5、立辊6、精轧机组7(依次为机架F1~F7)、层流冷却系统8、卷取机9。
实施例1
本实施例提供的高品质薄规格热轧合金工具钢,其成分以重量百分比计为:C:0.9299%,Si:1.268%,Mn:0.4395%,Cr:1.088%,P:0.014%,S:0.0035%,Als:0.0205%。N 0.0042%,其余为Fe及不可避免的杂质。元素成分在步骤1)中进行粗调,步骤2)炉外精炼进行微调。
该合金工具钢的CSP生产工艺步骤为:
1)按原有钢种成分进行冶炼,冶炼后出钢P:0.008%。
2)冶炼后钢水进行炉外精炼,随后在CSP连铸机浇铸成坯,在头坯出拉矫机后使用煤氧枪对头坯两侧剪切位置进行炙烤升温,摆剪切割正常;开浇连铸坯厚度为70mm,经液芯压下至60mm,拉速为3.8m/min;浇铸过程中中包钢水量在25吨以上;开浇正常后,降低二冷水量,使板坯入炉温度为885℃。
3)浇铸后板坯进入均热炉进行均热,板坯出炉温度1235℃,均热时间29min,加热段空气过剩系数1.3,均热段空气过剩系数为1.4,并根据烟道气氛检测结果进行修正;投用在线炉辊清理程序。
4)板坯出炉经高压水除鳞后进行七道次精轧,终轧温度为910~930℃,压下率F1≥53%,F2≥50%,轧制过程中机架间冷却水不投用,凸度(C40)≤55μm。
5)经层流后进行卷取,冷却方式为前段快冷,冷却速度为20~25℃/s,卷取温度为710~730℃,带钢单位张力55~62.5N/mm2,张力分配≤40%。
6)采用热卷集中堆放冷却48小时以上,冷却后待用。
本实施例通过优化连铸工艺,合理控制开轧温度、终轧温度、卷取温度、道次压下率、单位张力和张力分配,在CSP产线生产出碳含量大于0.85%,最薄厚度为1.5mm的热轧合金工具钢,且产品表面质量良好,力学性能满足要求。其CSP工艺的过程控制参数如表1所示,合金工具钢产品力学性能如表2所示,其金相组织图如图2、图3所示,组织均匀,带状组织小于2级。
表1合金工具钢生产过程控制参数
备注:除上表外,其他参数均按步骤1)~6)所列参数。
表2合金工具钢的力学性能
实施例 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% | 表面硬度/HV |
1-1 | 799 | 1257 | 7.5 | 249.7 |
1-2 | 796 | 1261 | 7.5 | 251.1 |
1-3 | 786 | 1251 | 8.0 | 248.7 |
1-4 | 797 | 1278 | 7.5 | 260.3 |
备注:实施例1-1~1-4对应的合金工具钢的成分相同,但其CSP工艺有所区别(对应于表1),作为实施例1的子实施例。
实施例2~5
实施例2~5提供的高品质薄规格热轧合金工具钢,其成分以重量百分比计均为:C:0.9336%,Si:1.3493%,Mn:0.4721%,Cr:1.122%,P:0.0145%,S:0.0037%,Als:0.0209%。N 0.0043%,其余为Fe及不可避免的杂质。元素成分在步骤1)中进行粗调,步骤2)炉外精炼进行微调。
各实施例采用与实施例1)相同的工艺步骤,不同的是,各步骤的CSP工艺的控制参数、获得的产品力学性能如表3所示。
表3实施例2工艺参数及产品力学性能
实施例2~5轧制宽度都是1100mm,轧制厚度依次为1.5mm、1.8mm、2.3mm、2.5mm。从表2、3可知,各实施例得到的产品的力学性能满足如下要求:屈服强度为720~830MPa;抗拉强度为1220~1350MPa;延伸率≥7%;表面硬度/HV为200~280。
Claims (10)
1.一种高品质薄规格热轧合金工具钢,其特征在于:由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.85~0.95%,Si:1.25~1.45%,Mn:0.4~0.55%,Cr:1.05~1.15%,Als:0.015~0.035%,P:0~0.015%,S:0~0.005%,N:0~0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高品质薄规格热轧合金工具钢,其特征在于:由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.85~0.9299%,Si:1.25~1.268%,Mn:0.4~0.4395%,Cr:1.05~1.088%,Als:0.015~0.0205%,P:0~0.014%,S:0~0.0035%,N:0~0.0042%,其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高品质薄规格热轧合金工具钢,其特征在于:由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.9336%~0.95%,Si:1.3493%~1.45%,Mn:0.4721%~0.55%,Cr:1.122%~1.15%,Als:0.0209%~0.035%,P:0.0145%~0.015%,S:0.0037%~0.005%,N:0.0043~0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的高品质薄规格热轧合金工具钢,其特征在于:由以下重量百分比的化学成分构成:C:0.9299%~0.9336%,Si:1.268%~1.3493%,Mn:0.4395%~0.4721%,Cr:1.088%~1.122%,Als:0.0205%~0.0209%,P:0.014%~0.0145%,S:0.0035%~0.0037%,N:0.0042~0.0043%,其余为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的高品质薄规格热轧合金工具钢,其特征在于:该高品质薄规格热轧合金工具钢的屈服强度为720~830MPa;抗拉强度为1220~1350MPa;延伸率≥7%;表面硬度/HV为200~280。
6.一种如权利要求1所述的高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,其特征在于:包括如下步骤:
1)进行转炉冶炼,冶炼后出钢P≤0.008%;
2)冶炼后钢水进行炉外精炼,随后在CSP连铸机浇铸成坯,在连铸头坯两侧剪切位置采用煤氧枪进行炙烤升温,预防摆剪剪刃损毁;采用液芯压下工艺,开浇连铸坯厚度为70mm,经液芯压下至60mm,拉速控制在3.7~4.0m/min;浇铸过程中,控制中间包钢水量不低于25吨,控制二冷水量使板坯入均热炉目标温度在870~890℃;
3)浇铸后板坯进入均热炉进行均热,控制板坯出炉温度为1230~1250℃,均热时间为25~50min;同时,投用在线炉辊清理程序;
4)板坯出炉经高压水除鳞后进行七道次精轧,控制终轧温度为900~940℃;
5)经层流冷却后进行卷取,层流冷却的方式为前段快冷,控制卷取温度为680~730℃;控制带钢单位张力为55~62.5N/mm2,张力分配≤40%;
6)堆放冷却待用。
7.根据权利要求6所述的高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,其特征在于:步骤3)中,均热时,均热炉各段空气过剩系数控制在1.3~1.45之间,炉内气氛按照加热段还原性气氛、均热段弱氧化性气氛进行控制。
8.根据权利要求6所述的高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,其特征在于:步骤5)中,前段快冷的冷却速度为20~30℃/s。
9.根据权利要求6~8中任一项所述的高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,其特征在于:步骤4)中,进行七道次精轧时,控制F1机架和F2机架的压下率为:F1≥50%,F2≥50%;控制精轧后的带钢凸度C40≤60μm。
10.根据权利要求6~8中任一项所述的高品质薄规格热轧合金工具钢的CSP生产工艺,其特征在于:步骤6)中,采用热卷集中堆放冷却48小时以上,冷却后待用。
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