CN110508614B - 一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺 - Google Patents

一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于轧制技术领域，涉及一种钢材控轧控冷工艺，具体的说是一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺。钢坯在不低于1210℃温度经过1.5～2小时加热，使钢中碳化物充分溶解和扩散；精轧机组、减定径机组采用不高于750℃的超低温度轧制，将轧制过程中沿奥氏体晶界析出的碳化物轧碎，并控制终轧温度不超过800℃；吐丝温度采用不高于730℃的超低温度，为轧后控冷提供低温保障；控冷前期采用3台以上水雾风机强冷，随后关闭保温罩缓冷以减少组织转变应力，同时防止出现贝氏体、马氏体。该工艺有效消除了过共析工具钢盘条显微组织中存在的渗碳体魏氏组织。

Description

一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺
技术领域
本发明属于轧制技术领域，涉及一种工具钢盘条的轧制及冷却方法，具体的说是一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺。
背景技术
工具钢是用于制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢，其具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度和红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三大类。过共析工具钢多数都是碳素工具钢，常用的过共析工具钢碳含量在0.85％～1.35％。过共析工具钢由于碳含量高，在淬火加热时不易过热，仍能保持细晶粒组织，且淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以耐磨性高。因此被广泛用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具，如车床的车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙、刮刀等。
由于过共析钢碳含量高，采用常规的轧制及冷却方法生产的过共析工具钢钢热轧盘条显微组织中存在发达的渗碳体魏氏组织。渗碳体沿奥氏体一定晶面析出，并在晶粒内形成许多平行的渗碳体针片，形成渗碳体魏氏组织。
而且由于大量渗碳体针片形成的脆弱面，使钢的力学性能和柔韧性急速下降，尤以冲击性能下降为甚。存在发达的渗碳体魏氏组织的过共析钢工具钢盘条脆性极大，不利于下游的生产加工，并且降低了成品工具的机械性能和使用寿命。
目前，多数钢厂控制过共析工具钢渗碳体魏氏组织级别的手段主要通过控制连铸偏析、提高钢坯加热温度并延长加热时间、采用二火材工艺等手段，但目前还未有在控轧控冷方面来控制过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺方法，采用该工艺方法可有效消除过共析工具钢盘条显微组织中存在的渗碳体魏氏组织，解决了发达的渗碳体魏氏组织网造成的盘条脆性极大和成品工具机械性能、使用寿命降低问题。
一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺，工艺包括：加热炉加热、精轧机组轧制、减定径机组轧制、吐丝、水雾风机及保温罩冷却，步骤如下：
(1)钢坯通过加热炉加热，在不低于1210℃温度加热1.5～2小时；
进一步，优选的加热温度在1210～1250℃；
(2)轧件进入精轧机组轧制，精轧机组轧制温度不高于750℃；
进一步，优选的轧制温度在720～750℃；
(3)精轧机组轧制后的轧件进入减定径机组轧制成盘条成品规格，减定径机组轧制温度不高于750℃，终轧温度不高于800℃；
进一步，优选的轧制温度在720～750℃，终轧温度760～800℃；
(4)终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度不高于730℃；
进一步，优选的吐丝温度在700～730℃；
(5)控冷前期开启3台以上水雾风机冷却至设定温度，水雾风机冷却速率不低于12℃/s；控冷后期加盖保温罩缓冷，缓冷速率不高于0.8℃/s；
进一步，优选的的冷却方式为：开启3～6台水雾风机，风机风量85～95％，控冷前期冷却速度12～15℃/s，冷却至580～600℃，控冷后期冷却速度0.2～0.8℃/s。
所述盘条成分范围为C：1.20～1.30％，Si≤0.20％，Mn：≤0.35％，P≤0.035％，S≤0.030％，Cr：0.50～0.70％，Ni≤0.20％，Cu≤0.25％，其余为铁。
下面对本发明的主要工艺控制过程对消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织级别的影响做详细叙述。
钢坯加热：采用断面160mm*160mm连铸方坯，通过蓄热式加热炉加热，其中保证坯料在1210～1250℃温度条件下的加热时间为1.5～2小时，使液析碳化物充分溶解和扩散。炉内空燃比控制在0.45～0.65，防止空气过剩加剧脱碳。
如果加热温度超过2小时，将会导致脱碳层深度明显增加，从而降低产品质量，进而提高消除渗碳体魏氏组织的难度。
粗中轧和预精轧机组轧制：加热后的钢坯进入粗中轧机组连轧，以保证粗中轧机组轧制过程轧件都处于充分奥氏体化的状态，以保证轧制过程顺利进行。粗中轧为基础变形阶段，对控制渗碳体魏氏组织无影响。
精轧机组轧制：粗中轧机组轧制后的轧件进行穿水冷却，轧件随后进入精轧机组轧制，控制进入精轧机组的温度在720～750℃。
在720～750℃温度条件下，轧件显微组织中晶界会析出部分碳化物并聚集长大，但通过精轧机组的轧制，轧件的晶粒不断被轧制破碎，析出的碳化物无法沿晶界分布，而是弥散分布在基体。如果轧制高于750℃温度，渗碳体析出会显著增加，低于720℃温度，变形抗力就太大了，无法轧制。
减定径机组轧制：精轧后的轧件进入减定径机组轧制为盘条成品规格，减定径机组轧制温度控制在720～750℃，高于750℃温度，渗碳体析出会显著增加，低于此温度，行业内减定径机组无法正常轧制。并且减定径机组的温度选取是和精轧机组一致的，因为精轧机组和减定径机组有冷却水箱，因此通过精轧机组轧制后的轧件虽然会升温，但可被冷却下来，以保证进入减定径机组的温度和精轧机组的温度一致。
减定径机组轧制过程中，轧件显微组织中晶界会进一步析出部分碳化物并聚集长大，但由于减定径机组仍在轧制，导致新析出的碳化物仍然无法沿晶界分布，且此前在精轧机组轧制时析出的碳化物也会被轧制破碎，弥散分布在基体。减定径机组的超低温轧制实现了终轧温度的降低，终轧温度保证在760～800℃，不仅抑制了轧后晶粒长大，使晶界细小。
吐丝：终轧后盘条通过吐丝机成圈，通过水箱水冷将吐丝温度控制在700～730℃，为之后的控制冷却提供了有利条件。
控冷：轧后盘条的控冷在斯太尔摩控冷线上实现，采用水雾风机冷却。控冷开始先开启3～6台水雾风机，风机风量85～95％，控冷前期冷却速度12～15℃/s，待冷却至580～600℃后进保温罩缓冷处理，使盘条以0.2～0.8℃/s的冷却速度缓慢冷却，至冷却至500℃以下，以减少组织转变的应力，降低盘条下线后的脆断倾向。
如果前期冷却速度低于12℃/s无法有效消除渗碳体魏氏组织，高于15℃/s则会使盘条组织转变应力增大甚至产生马氏体，进而引发脆断。如果入缓温度>600℃，渗碳体仍在析出，故难以保证消除渗碳体魏氏组织。
本发明的优点：不需要对坯料进行长时间的高温扩散，仅需在高温段加热1.5～2小时，提高了生产效率；采用一火材小方坯轧制，不需要采用二火材工艺，大幅度降低了生产成本；精轧机组、减定径机组采用低温控轧，吐丝采用低温；轧后采用水雾风机冷却，随后立即缓冷的组合方案，通过轧制和冷却工艺，有效抑制了渗碳体魏氏组织的形成，消除了盘条显微组织中的渗碳体魏氏组织。
附图说明
图1是Φ10.0mm规格T12盘条采用本发明的控轧控冷工艺得到的无渗碳体魏氏组织照片(0级)；
图2是Φ10.0mm规格T12盘条采用对比例1工艺得到的典型渗碳体魏氏组织照片(2.0级)；
图3是Φ10.0mm规格T12盘条采用对比例2工艺得到的典型渗碳体魏氏组织照片(3.0级)。
具体实施方式
以过共析工具钢T12盘条(Φ10.0mm)的生产为例说明：
T12具体成分(Wt.％)如下：
牌号 C Si Mn P S Cr Ni Cu
T12 1.23-1.29 ≤0.20 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.03 0.50-0.70 ≤0.20 ≤0.25
轧钢工艺流程：蓄热式加热炉—粗中轧和预精轧机组—精轧机组—减定径机组—吐丝机—水雾风机冷却—关闭保温罩缓冷—打捆。其中未作限定的条件为常规条件，对渗碳体魏氏组织无影响。
实施例1
1、钢坯加热：
钢坯成分C：1.25％，Si：0.12％，Mn：0.25％，P≤0.015％，S≤0.020％，Cr：0.61％，Ni≤0.10％，Cu≤0.15％。
将断面160mm*160mm连铸方坯在1210～1250℃温度下加热1.5小时，空燃比0.45～0.65。
2、控制轧制
粗轧开轧温度1100～1130℃，轧件进入精轧机组轧制，精轧机组轧制温度720～730℃，精轧机组轧制后的轧件进入减定径机组轧制成盘条成品规格Φ10.0mm，减定径机组轧制温度720～730℃，终轧温度760～780℃。
3、吐丝
终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度700～720℃。
4、控制冷却
开启5台水雾风机，风机风量85％，已开启水雾风机出口位置盘条实际温度590～600℃，实际冷却速度12～13℃/s；未开启风机对应的保温罩全部关闭，实际冷却速度0.2～0.8℃/s。
实施例2
1、钢坯加热：
钢坯成分C：1.25％，Si：0.12％，Mn：0.25％，P≤0.015％，S≤0.020％，Cr：0.61％，Ni≤0.10％，Cu≤0.15％。将断面160mm*160mm连铸方坯在1210～1250℃温度下加热2小时，空燃比0.45～0.65。
2、控制轧制
粗轧开轧温度1130～1150℃，轧件进入精轧机组轧制，精轧机组轧制温度730～750℃，精轧机组轧制后的轧件进入减定径机组轧制成盘条成品规格Φ10.0mm，减定径机组轧制温度730～750℃，终轧温度780～800℃。
3、吐丝
终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度720～730℃。
4、控制冷却
开启5台水雾风机，风机风量95％，已开启水雾风机出口位置盘条实际温度580～590℃，实际冷却速度14～15℃/s；未开启风机对应的保温罩全部关闭，实际冷却速度0.2～0.8℃/s。
实施例3
1、钢坯加热：
钢坯成分C：1.25％，Si：0.12％，Mn：0.25％，P≤0.015％，S≤0.020％，Cr：0.61％，Ni≤0.10％，Cu≤0.15％。将断面160mm*160mm连铸方坯在1210～1250℃温度下加热1.5小时，空燃比0.45～0.65。
2、控制轧制
粗轧开轧温度1100～1130℃，轧件进入精轧机组轧制，精轧机组轧制温度730～750℃，精轧机组轧制后的轧件进入减定径机组轧制成盘条成品规格Φ10.0mm，减定径机组轧制温度730～750℃，终轧温度760～800℃。
3、吐丝
终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度700～720℃。
4、控制冷却
开启5台水雾风机，风机风量90％，已开启水雾风机出口位置盘条实际温度585～595℃，实际冷却速度13～14℃/s；未开启风机对应的保温罩全部关闭，实际冷却速度0.2～0.8℃/s。
对比例1
将实施例1步骤2控制轧制中精轧机组轧制温度720～730℃替换为760～800℃，其他条件同实施例1。
对比例2
将实施例1步骤4控制冷却中风机台数替换为5台不加水雾的普通风机，风机风量80％，实际冷却速度10～11℃/s，其他条件同实施例1。
本发明实施例1与对比例1、对比例2盘条显微组织中渗碳体魏氏组织级别进行检测，检测标准为GB/T13299，比较如下表1：
表1
Figure BDA0002169640420000061

Claims (3)

1.一种消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺，其特征在于，工艺包括：加热炉加热、精轧机组轧制、减定径机组轧制、吐丝、水雾风机及保温罩冷却，步骤如下：
（1）钢坯通过加热炉加热，在1210～1250℃温度加热1.5～2小时；所述钢坯化学成分按照质量百分数计为C：1.20~1.30%，Si ≤0.20%，Mn：≤0.35%，P≤0.035%，S≤0.030%，Cr：0.50~0.70%， Ni≤0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁；
（2）进入精轧机组轧制，精轧机组开轧温度720～750℃；
（3）精轧机组轧制后的轧件进入减定径机组轧制成盘条成品规格，减定径机组开轧温度在720～750℃，终轧温度760～800℃；
（4）终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度不高于730℃；
（5）控冷前期开启3台以上水雾风机冷却至预定温度，水雾风机冷却速率为12～15℃/s；控冷后期加盖保温罩缓冷，缓冷速率0.2～0.8℃/s。
2.根据权利要求1所述的消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺，其特征在于：步骤（4）中所述吐丝温度在700～730℃。
3.根据权利要求1所述的消除过共析工具钢盘条渗碳体魏氏组织的控轧控冷工艺，其特征在于：步骤（5）中所述水雾风机冷却是开启3～6台水雾风机，水雾风机风量85～95%，控冷前期冷却至580～600℃进行缓冷。
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