CN108435793B - 一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺 - Google Patents

一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，通过采用中间包感应加热稳定连铸钢水温度，以确保连铸坯液芯位置的稳定，通过二冷和拉速的控制确保连铸坯以带液芯状态进入拉矫机和棒材连轧机，以实现连铸坯轻压下和带液芯轧制，提高钢球的内部产品质量。所述连铸坯在高温状态下感应加热是为防止铸坯温度低和温度不均匀，感应加热装置紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，保证连铸坯内部在带有液芯的状态下直接进入轧机进行轧制；所述铸坯带液芯轧制，铸坯因带有液芯，变形抗力大大减小，为大变形量变形创造了条件；所述大压下量变形，使铸坯在轧制时变形深入渗透到内部，铸坯内部的疏松、缩孔缺陷得到充分焊合。

Description

一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺
技术领域
本发明涉及到耐磨球钢生产工艺领域，具体涉及到一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺。
背景技术
耐磨球钢为了使材料具有高耐磨性、长寿命通常材料选用高碳钢，有时为了在热处理后得到相应的组织，还要加入一些合金元素，典型钢种的化学成分为：C：0.75%、Si：1.3%、Cr：1.0%。由于碳和合金元素含量高，固液相温度区域宽，极易导致缩孔的产生。所谓的缩孔是由于铸坯在凝固过程中，柱状晶过于发达而产生的“搭桥”现象，“桥”下面的液相转变为固相时发生的体积收缩和铸坯向外传热使铸坯中心已凝固部位继续冷却产生的体积收缩，不能被钢液补充所引起。连铸坯的缩孔程度由钢种凝固的收缩行为和固液两相区的宽度决定，钢种的凝固收缩越大，缩孔产生的几率越大；固液两相区越宽，铸坯中心过热度消失时未凝固的区域面积越大，使总的凝固收缩量增大。因此高碳钢连铸坯缩孔严重。
目前，消除和改善高碳钢中心缩孔和疏松的手段有两个：一是末端电磁搅拌技术。末端电磁搅拌作用在凝固末端的糊状区，在电磁力的作用下，运动的钢水在铸坯内部产生电磁力带动未凝固的钢液开始旋转，中心高温的钢液绕树枝晶旋转，使树枝晶根部融化脱落，成为凝固的核心，使组织更加致密，成分也更加均匀。末端电磁搅拌对消除铸坯中心缩孔和降低铸坯中心偏析可以起到一定的作用，但是因凝固末端位置难以准确定位，受过热度、拉速、二冷以及钢种成分等多种因素影响，使用不当不但不能起到积极作用，甚至会起反作用。二是轻压下技术。所谓轻压下就是指通过在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。一方面可以消除和减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，轻压下所产生的挤压作用还可以促进液芯中心富集的溶质元素钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，起到改善中心偏析和减少中心疏松的作用。轻压下同样存在凝固末端位置波动、难以准确定位的问题。另外，轻压下总压下量较小，通常控制在4-14mm，对改善铸坯中心偏析和中心疏松作用不明显。
鉴于上述末端电磁搅拌技术和轻压下技术存在的缺点，改进耐磨球钢生产工艺已成为耐磨球生产技术进步的必然之路。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要解决的是现有技术中末端电磁搅拌技术凝固末端位置难以准确定位，及只能解决偏析，但解决不了疏松问题；克服轻压下技术压下量小，对改善中心缩孔、疏松作用小的技术问题。
技术方案：
一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，步骤为：
第一步：首先将料坯升温至1050-1150℃粗炼，再投入精炼机中精炼，精炼温度为1100-1350℃，冶炼完成后利用连铸机连续铸坯制成带液芯状态下的连铸坯；
第二步：在连铸机后面设有连铸中间包，连铸中间包配备有中包感应加热装置防止钢水温度降低，通过中包感应加热装置稳定连铸钢水温度，以保证连铸坯液芯位置的稳定；
第三步：通过连铸二冷和拉速的控制确保连铸坯带液芯状态进入拉矫机和棒材初轧机，以实现连铸坯重压下带液芯轧制，提高耐磨用钢钢的内部质量；
第四步：初轧后再利用连轧机轧制生产出符合规定尺寸的耐磨球用钢棒材。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步中料坯采用高碳钢。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步中粗炼方式为感应炉化合金、电弧炉或转炉冶炼。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步通过对连铸坯在高温状态下感应加热，确保钢坯表面温度为950～1050℃，铸坯中心液芯范围为1/10～1/5直径或边长，通过对铸坯带液芯轧制以及大压下量变形，确保钢材的组织均匀性和致密度，实现铸坯连铸与棒材轧制一体化。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中通过中包感应加热装置稳定中间包钢水温度在整个浇铸过程控制在+/-5℃。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中为保证铸坯不落地堆垛储存，实现冶炼、连铸以及棒材轧制产能的匹配，连铸采用两流浇注，为防止铸坯温度降低，连铸中间包紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，实现带液芯轧制。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步中通过连铸二次冷却和拉速的控制确保进入拉矫机时的连铸坯液芯范围为1/3～1/2直径或边长，铸坯表面温度为950～1100℃，以便通过重压下解决铸坯成分偏析和疏松问题。
作为本发明的一种优选技术方案：所述连铸二次冷却和拉速的控制方法为降低连铸二冷强度和提高拉速，确保进入拉矫机的表面温度和铸坯芯部的液芯比例。
有益效果：
1、本申请采用铸轧一体化，铸坯高温状态下感应加热，铸坯不落地，避免了铸坯仓储、缓冷、转运环节，并且省略了加热炉；铸坯带液芯轧制，大变形量变形，减少轧制道次，轧机架次少，降低设备及厂房投资。因此，本发明具有厂房、设备投资少、快节奏、高效率和高效益的特点。
2、本申请有利于改善耐磨球棒材及最终产品耐磨球的产品质量。连铸坯在高温状态下感应加热后直接进入轧机，带液芯轧制，钢的变形抗力小，可实现大变形量变形，可以使铸坯低倍上的疏松、缩孔缺陷有效焊合。避免了现有的末端电磁搅拌技术以及轻压下技术凝固末端位置受影响因素多无法准确定位、压下量小改善疏松、缩孔作用小、压下量大易导致铸坯内部裂纹等问题。
3、铸坯带液芯轧制，材料变形抗力小，钢的塑性也更好，可实现大变形量轧制，大压下量变形使铸坯在轧制时变形深入渗透到内部，促进了铸坯低倍缺陷疏松、缩孔的焊合，提升了产品质量。
具体实施方式：
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，包括如下步骤：
第一步：首先将高碳钢升温至1050-1150℃粗炼，粗炼方式为感应炉化合金，再投入精炼机中精炼，精炼温度为1100-1350℃，冶炼完成后利用连铸机连续铸坯制成带液芯状态下的连铸坯。
第二步：在连铸机后面设有连铸中间包，连铸中间包配备有中包感应加热装置防止钢水温度降低，通过中包感应加热装置稳定连铸钢水温度，通过对连铸坯在高温状态下感应加热，确保钢坯表面温度为950～1050℃，中包感应加热装置稳定中间包钢水温度在整个浇铸过程控制在+/-5℃，铸坯中心液芯范围为1/10～1/5直径或边长，通过对铸坯带液芯轧制以及大压下量变形，确保钢材的组织均匀性和致密度，实现铸坯连铸与棒材轧制一体化，以保证连铸坯液芯位置的稳定，为保证铸坯不落地堆垛储存，实现冶炼、连铸以及棒材轧制产能的匹配，连铸采用两流浇注，为防止铸坯温度降低，连铸中间包紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，实现带液芯轧制。
第三步：通过连铸二冷和拉速的控制确保连铸坯带液芯状态进入拉矫机和棒材初轧机，通过连铸二次冷却和拉速的控制确保进入拉矫机时的连铸坯液芯范围为1/3～1/2直径或边长，铸坯表面温度为950～1100℃，连铸二次冷却和拉速的控制方法为降低连铸二冷强度和提高拉速，确保进入拉矫机的表面温度和铸坯芯部的液芯比例，以便通过重压下解决铸坯成分偏析和疏松问题，以实现连铸坯重压下带液芯轧制，提高耐磨用钢的内部质量。
第四步：初轧后再利用连轧机轧制生产出符合规定尺寸的耐磨球用钢棒材。
本申请采用铸轧一体化，铸坯高温状态下感应加热，铸坯不落地，避免了铸坯仓储、缓冷、转运环节，并且省略了加热炉；铸坯带液芯轧制，大变形量变形，减少轧制道次，轧机架次少，降低设备及厂房投资。因此，本发明具有厂房、设备投资少、快节奏、高效率和高效益的特点；本申请有利于改善耐磨球棒材及最终产品耐磨球的产品质量。连铸坯在高温状态下感应加热后直接进入轧机，带液芯轧制，钢的变形抗力小，可实现大变形量变形，可以使铸坯低倍上的疏松、缩孔缺陷有效焊合。避免了现有的末端电磁搅拌技术以及轻压下技术凝固末端位置受影响因素多无法准确定位、压下量小改善疏松、缩孔作用小、压下量大易导致铸坯内部裂纹等问题；铸坯带液芯轧制，材料变形抗力小，钢的塑性也更好，可实现大变形量轧制，大压下量变形使铸坯在轧制时变形深入渗透到内部，促进了铸坯低倍缺陷疏松、缩孔的焊合，提升了产品质量。
实施例2：
一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，包括如下步骤：
第一步：首先将高碳钢升温至1050-1150℃粗炼，粗炼方式为电弧炉冶炼，再投入精炼机中精炼，精炼温度为1100-1350℃，冶炼完成后利用连铸机连续铸坯制成带液芯状态下的连铸坯。
第二步：在连铸机后面设有连铸中间包，连铸中间包配备有中包感应加热装置防止钢水温度降低，通过中包感应加热装置稳定连铸钢水温度，通过对连铸坯在高温状态下感应加热，确保钢坯表面温度为950～1050℃，中包感应加热装置稳定中间包钢水温度在整个浇铸过程控制在+/-5℃，铸坯中心液芯范围为1/10～1/5直径或边长，通过对铸坯带液芯轧制以及大压下量变形，确保钢材的组织均匀性和致密度，实现铸坯连铸与棒材轧制一体化，以保证连铸坯液芯位置的稳定，为保证铸坯不落地堆垛储存，实现冶炼、连铸以及棒材轧制产能的匹配，连铸采用两流浇注，为防止铸坯温度降低，连铸中间包紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，实现带液芯轧制。
第三步：通过连铸二冷和拉速的控制确保连铸坯带液芯状态进入拉矫机和棒材初轧机，通过连铸二次冷却和拉速的控制确保进入拉矫机时的连铸坯液芯范围为1/3～1/2直径或边长，铸坯表面温度为950～1100℃，连铸二次冷却和拉速的控制方法为降低连铸二冷强度和提高拉速，确保进入拉矫机的表面温度和铸坯芯部的液芯比例，以便通过重压下解决铸坯成分偏析和疏松问题，以实现连铸坯重压下带液芯轧制，提高耐磨用钢的内部质量。
第四步：初轧后再利用连轧机轧制生产出符合规定尺寸的耐磨球用钢棒材。
本申请采用铸轧一体化，铸坯高温状态下感应加热，铸坯不落地，避免了铸坯仓储、缓冷、转运环节，并且省略了加热炉；铸坯带液芯轧制，大变形量变形，减少轧制道次，轧机架次少，降低设备及厂房投资。因此，本发明具有厂房、设备投资少、快节奏、高效率和高效益的特点；本申请有利于改善耐磨球棒材及最终产品耐磨球的产品质量。连铸坯在高温状态下感应加热后直接进入轧机，带液芯轧制，钢的变形抗力小，可实现大变形量变形，可以使铸坯低倍上的疏松、缩孔缺陷有效焊合。避免了现有的末端电磁搅拌技术以及轻压下技术凝固末端位置受影响因素多无法准确定位、压下量小改善疏松、缩孔作用小、压下量大易导致铸坯内部裂纹等问题；铸坯带液芯轧制，材料变形抗力小，钢的塑性也更好，可实现大变形量轧制，大压下量变形使铸坯在轧制时变形深入渗透到内部，促进了铸坯低倍缺陷疏松、缩孔的焊合，提升了产品质量。
实施例3：
一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，包括如下步骤：
第一步：首先将高碳钢升温至1050-1150℃粗炼，粗炼方式为转炉冶炼，再投入精炼机中精炼，精炼温度为1100-1350℃，冶炼完成后利用连铸机连续铸坯制成带液芯状态下的连铸坯。
第二步：在连铸机后面设有连铸中间包，连铸中间包配备有中包感应加热装置防止钢水温度降低，通过中包感应加热装置稳定连铸钢水温度，通过对连铸坯在高温状态下感应加热，确保钢坯表面温度为950～1050℃，中包感应加热装置稳定中间包钢水温度在整个浇铸过程控制在+/-5℃，铸坯中心液芯范围为1/10～1/5直径或边长，通过对铸坯带液芯轧制以及大压下量变形，确保钢材的组织均匀性和致密度，实现铸坯连铸与棒材轧制一体化，以保证连铸坯液芯位置的稳定，为保证铸坯不落地堆垛储存，实现冶炼、连铸以及棒材轧制产能的匹配，连铸采用两流浇注，为防止铸坯温度降低，连铸中间包紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，实现带液芯轧制。
第三步：通过连铸二冷和拉速的控制确保连铸坯带液芯状态进入拉矫机和棒材初轧机，通过连铸二次冷却和拉速的控制确保进入拉矫机时的连铸坯液芯范围为1/3～1/2直径或边长，铸坯表面温度为950～1100℃，连铸二次冷却和拉速的控制方法为降低连铸二冷强度和提高拉速，确保进入拉矫机的表面温度和铸坯芯部的液芯比例，以便通过重压下解决铸坯成分偏析和疏松问题，以实现连铸坯重压下带液芯轧制，提高耐磨用钢的内部质量。
第四步：初轧后再利用连轧机轧制生产出符合规定尺寸的耐磨球用钢棒材。
本申请采用铸轧一体化，铸坯高温状态下感应加热，铸坯不落地，避免了铸坯仓储、缓冷、转运环节，并且省略了加热炉；铸坯带液芯轧制，大变形量变形，减少轧制道次，轧机架次少，降低设备及厂房投资。因此，本发明具有厂房、设备投资少、快节奏、高效率和高效益的特点；本申请有利于改善耐磨球棒材及最终产品耐磨球的产品质量。连铸坯在高温状态下感应加热后直接进入轧机，带液芯轧制，钢的变形抗力小，可实现大变形量变形，可以使铸坯低倍上的疏松、缩孔缺陷有效焊合。避免了现有的末端电磁搅拌技术以及轻压下技术凝固末端位置受影响因素多无法准确定位、压下量小改善疏松、缩孔作用小、压下量大易导致铸坯内部裂纹等问题；铸坯带液芯轧制，材料变形抗力小，钢的塑性也更好，可实现大变形量轧制，大压下量变形使铸坯在轧制时变形深入渗透到内部，促进了铸坯低倍缺陷疏松、缩孔的焊合，提升了产品质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和及其优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。需要说明的是，上述实施实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于步骤为：
第一步：首先将料坯升温至1050-1150℃粗炼，再投入精炼机中精炼，精炼温度为1100-1350℃，冶炼完成后利用连铸机连续铸坯制成带液芯状态下的连铸坯；
第二步：在连铸机后面设有连铸中间包，连铸中间包配备有中包感应加热装置防止钢水温度降低，通过中包感应加热装置稳定连铸钢水温度，以保证连铸坯液芯位置的稳定，通过中包感应加热装置稳定中间包钢水温度在整个浇铸过程控制在+/-5℃；
第三步：通过连铸二冷和拉速的控制确保连铸坯带液芯状态进入拉矫机和棒材初轧机，以实现连铸坯重压下带液芯轧制，提高耐磨用钢的内部质量；
第四步：初轧后再利用连轧机轧制生产出符合规定尺寸的耐磨球用钢棒材。
2.根据权利要求1所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述第一步中料坯采用高碳钢。
3.根据权利要求1所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述第一步中粗炼方式为感应炉化合金、电弧炉或转炉冶炼。
4.根据权利要求1所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述第二步通过对连铸坯在高温状态下感应加热，确保钢坯表面温度为950～1050℃，铸坯中心液芯范围为1/10～1/5直径或边长，通过对铸坯带液芯轧制以及大压下量变形，确保钢材的组织均匀性和致密度，实现铸坯连铸与棒材轧制一体化。
5.根据权利要求1所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述第二步中为保证铸坯不落地堆垛储存，实现冶炼、连铸以及棒材轧制产能的匹配，连铸采用两流浇注，为防止铸坯温度降低，连铸中间包紧密布置在连铸机后，对铸坯进行及时补偿加热，并省略加热炉，实现带液芯轧制。
6.根据权利要求1所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述第三步中通过连铸二次冷却和拉速的控制确保进入拉矫机时的连铸坯液芯范围为1/3～1/2直径或边长，铸坯表面温度为950～1100℃，以便通过重压下解决铸坯成分偏析和疏松问题。
7.根据权利要求6所述耐磨球用钢的带液芯轧制生产工艺，其特征在于：所述连铸二次冷却和拉速的控制方法为降低连铸二冷强度和提高拉速，确保进入拉矫机的表面温度和铸坯芯部的液芯比例。
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