CN111530945A - 提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，包括出钢、冷床以及自回火步骤，其中：出钢步骤中，钢坯在加热炉内加热到1220℃‑1280℃，钢坯在加热炉内的总加热时间为320‑900分钟，冷床步骤中，在冷床使用轴轮风机+水雾冷却共同将钢坯的温度降低，自回火步骤中，采用堆冷自回火。该轧后冷却方法通过下述参数的控制：出钢节奏控制4‑6分钟/块钢坯、进入冷床温度800℃‑900℃、在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将温度降至500℃‑550℃、采用堆冷自回火，钢材温度≤200℃方可拆离，实现钢材的截面洛氏硬度为20‑30HRC，且非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。

Description

提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法
技术领域
本发明涉及切削用非调质钢领域，特别涉及一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法。
背景技术
目前国内热锻用非调质钢产量为107万吨/年，今后预计需求为370万吨/年；直接切削用非调质钢产量为9万吨/年，今后预计需求为570万吨/年，直接切削用非调钢的需求量将会呈60倍以上速度增长。
现有的非调质钢的轧后冷却方法为：
目前生产切削用非调钢都是在线控冷，冷床在线冷却。存在的问题是硬度离散度大，硬度不均，洛氏硬度低，达不到设计要求。比如钢材截面的洛氏硬在表面处为5-20HRC、半径1/2处为6-20HRC，心部为6-21HRC。现有的轧后冷却方法容易造成非调质钢的截面硬度不均匀，截面硬度的不均匀是开发直接切削用非调质钢的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，钢材为直接切削用非调质钢，通过对钢材轧后冷却的控制，实现钢材的截面洛氏硬度为20-30HRC，。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，包括出钢、冷床以及自回火步骤，其中：出钢步骤中，钢坯在加热炉内加热到1220℃-1280℃，钢坯在加热炉内的总加热时间为320分钟-900分钟，冷床步骤中，在冷床使用轴轮风机+水雾冷却共同将钢坯的温度降低，自回火步骤中，采用堆冷自回火。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述冷床步骤中，水雾冷却时，钢材的两端部均是喷水端。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述冷床步骤中，钢坯在进入冷床时的温度为800℃-900℃。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述冷床步骤中，在冷床将钢坯的温度降至500℃-550℃。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述自回火步骤中，待钢坯温度≤200℃时将钢坯分开，得钢材为直接切削用非调质钢。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述出钢步骤中，控制钢坯的出钢速度，使一块钢坯出钢的速度为4分钟-6分钟。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述出钢步骤中，高温加热时间≥120分钟。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，在所述出钢步骤中，钢坯的出炉温度1060℃-1160℃。
进一步地，在上述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法中，所述钢坯的截面尺寸为410mm×530mm，钢坯长度为5.6m-5.8m。
分析可知，本申请公开的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，通过下述参数的控制：出钢节奏控制4-6分钟/块钢坯、进入冷床温度800℃-900℃、在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将温度降至500℃-550℃、采用堆冷自回火，钢材温度≤200℃方可拆离，实现钢材的截面洛氏硬度为20-30HRC，且非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1-图7为实施例1中经过水雾冷却的钢材各位置处的组织照片和硬度数据，钢材规格150mm，钢材组织照片500倍
图1钢材表面的组织照片；
图2距离钢材表面15mm处的组织照片；
图3钢材半径1/2处的组织照片；
图4距离钢材表面45mm处的组织照片；
图5钢材芯部的组织照片；
图6喷水端的硬度数据
图7中间部位的硬度数据
图8-图13为对比例1中没有经过水雾冷却的钢材各位置处的组织照片和硬度数据，钢材规格125mm，钢材组织照片500倍
图8钢材表面的组织照片；
图9距离钢材表面15mm处的组织照片；
图10钢材半径1/2处的组织照片；
图11钢材芯部的组织照片；
图12喷水端的硬度数据；
图13中间部位的硬度数据。
图1-图7说明：采用水雾冷却的钢材从组织上看，明显得到改变，从钢材表面到半径1/2处的大部分组织都是回火索氏体，所以洛氏硬度均匀，都在20HRC以上，改变冷却方式后提高了洛氏硬度。
图8-图13说明：没有做水雾冷却的钢材从组织上看，从钢材表面到芯部的组织全部为铁素体+珠光体，铁素体会造成非常低的洛氏硬度，所以钢材整体的洛氏硬度低且极不均匀。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
根据本发明的实施例，提供了一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，钢材为直接切削用非调质钢，该不非调质钢按质量百分比由以下化学成分组成：C 0.38-0.45％，Si 0.25-0.65％，Mn 1.30-1.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr 0.10-0.20％，V0.08-0.15％，N 0.01-0.02％。
提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，包括出钢、冷床以及自回火步骤，其中：
出钢步骤中，钢坯在加热炉内加热到1220℃-1280℃(比如1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、1265℃、1270℃、1275℃、1280℃及之中任意二个温度之间的区间)，高温加热时间≥120分钟(比如120分钟、130分钟、140分钟、150分钟等)，总加热时间320分钟-900分钟(比如320分钟、350分钟、380分钟、420分钟、450分钟、480分钟、520分钟、600分钟、680分钟、720分钟、800分钟、850分钟、880分钟、900分钟)，出炉温度1060℃-1160℃(比如1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃及之中任意二个温度之间的区间)。
加热炉分成三段，分别为加热一段，温度900℃-1080℃；加热二段(时间短)温度1220℃-1280℃；均热段，温度1220℃-1280℃，均热段也可称为高温段，上述的“高温加热时间≥120分钟”即是指钢坯在均热段的时间超过120min。因钢坯尺寸较大，上述设计的高温加热时间和总加热时间能保证钢坯的表面到芯部的温度一致(烧透)。
控制钢坯的出钢速度，使一块钢坯出钢的速度为4分钟-6分钟。钢坯尺寸为410mm×530mm，钢坯长度为5.6m-5.8m，出钢速度是固定的，根据轧制规格不一样，计算出合适的钢坯长度。
控制钢坯出钢速度的原因是：1、需要保证轧制线上无钢材积压，钢材能够快速的到雾冷装置处进行雾冷；2、在后续冷床步骤中的水雾冷却装置处，需要钢材快速的从800℃以上降低至500℃-550℃及以下，保证无钢材积压，能够使每根钢材得到良好的冷却。
冷床步骤中，
钢坯在进入冷床时的温度为800℃-900℃(比如800℃、805℃、810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、835℃、840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、865℃、870℃、875℃、880℃、885℃、890℃、895℃、900℃及之中任意二个温度之间的区间)，因为钢坯在冷床内的工艺此方法是类似调质，在800℃-900℃雾冷是模拟调质工艺的淬火，此区间温度是钢材的相变温度，低于800℃时无法淬火，高于900℃时钢材容易开裂。
在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将钢坯的温度降至500℃-550℃(比如500℃、505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃、550℃及之中任意二个温度之间的区间)，钢材在水雾冷却后有不稳定的组织和残余的内应力，后续需要采用自回火来均匀组织和消除应力，组织均匀硬度也就均匀。如果直接把钢材冷却到500℃以下就会组织不均，应力大导致开裂。
水雾冷却时，钢材的两端部均是喷水端，两端部可分别称为头部喷水端和尾部喷水端，钢材的两端部均是喷水端，能够均匀的冷却钢材。
自回火步骤中，
采用堆冷自回火，即多个钢材堆在一起空冷自回火，待钢坯温度≤200℃时将钢坯分开，得钢材为直接切削用非调质钢。钢材在200℃以下已无任何相变，不会受其它因数影响。钢材码放需要放置避风位置，自然冷却。
本申请公开的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，通过下述参数的控制：出钢节奏控制4分钟/块-6分钟/块钢坯、进入冷床温度800℃-900℃、在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将温度降至500℃-550℃、采用堆冷自回火，钢材温度≤200℃方可拆离，实现钢材的截面洛氏硬度为20-30HRC，且非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。
实施例1：
提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，包括如下步骤：
钢坯的截面尺寸为410mm×530mm，钢坯长度为5.6m-5.8m(1)出钢步骤，
控制钢坯的出钢速度，使一块钢坯出钢的时间为6分钟。
(2)冷床步骤，
钢坯在进入冷床时的温度为843℃；
在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将钢坯的温度降至525℃。
(3)自回火步骤，
采用堆冷自回火，多个钢坯堆在一起空冷自回火，待钢坯温度200℃时将钢坯分开，得钢材为直接切削用非调质钢。
经过上述步骤处理后得到的钢材截面的洛氏硬度为20-30HRC，实施例1中所得钢材不同部位的4象限硬度的数值如下表1所示，非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。
表1实施例1中所得钢材不同部位的4象限硬度
Figure BDA0002443071540000061
实施例2-7
实施例2-7中：一块钢坯出钢的时间、冷床步骤和自回火步骤的数据，以及实施例2-7得到的钢材截面的洛氏硬度如表2，包括表面处、半径1/2处及心部的洛氏硬度。
表2实施例2-7得到的钢材截面的洛氏硬度
Figure BDA0002443071540000071
由表2可知，一块钢坯出钢的时间、冷床步骤和自回火步骤的数据都在本申请限定的范围内，得到的钢材的截面洛氏硬度均为20-30HRC，且非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。
对比例1-3
对比例1-3中除冷床步骤不同于实施例1以外，即在冷床步骤不采用水雾冷却，会导致钢坯的出钢速度过快，进而会使钢坯产生一定积压，钢坯进入冷床的温度会在800℃左右，然后快速通过冷床，钢坯经过冷床后的坯温过高，具体温度如表2所示。
其他步骤及钢成分与实施例1相同，对比例1-3得到钢材截面的洛氏硬度如表3，包括表面处、半径1/2处及心部的洛氏硬度。
表3对比例1-3得到的钢材截面的洛氏硬度
Figure BDA0002443071540000072
Figure BDA0002443071540000081
由表3可知，冷床步骤的数据部分或者全部不在本申请限定的范围内，得到的钢材的截面洛氏硬度基本在20HRC以下，并且非调质钢的截面硬度不均匀，不可作为直接切削用非调质钢。不进行水雾冷却的钢坯的组织为铁素体加珠光体，洛氏硬度无法检测出，故数值都比较小。
综上，本申请公开的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，通过下述参数的控制：出钢节奏控制4-6分钟/块钢坯、进入冷床温度800℃-900℃、在冷床使用轴轮风机+水雾冷却将温度降至500℃-550℃、采用堆冷自回火，钢材温度≤200℃方可拆离，实现钢材的截面洛氏硬度为20-30HRC，且非调质钢的截面硬度均匀，可作为直接切削用非调质钢。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，包括出钢、冷床以及自回火步骤，其中：
出钢步骤中，钢坯在加热炉内加热到1220℃-1280℃，钢坯在加热炉内的总加热时间为320分钟-900分钟，
冷床步骤中，在冷床使用轴轮风机+水雾冷却共同将钢坯的温度降低，
自回火步骤中，采用堆冷自回火。
2.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述冷床步骤中，水雾冷却时，钢材的两端部均是喷水端。
3.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述冷床步骤中，钢坯在进入冷床时的温度为800℃-900℃。
4.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述冷床步骤中，在冷床将钢坯的温度降至500℃-550℃。
5.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述自回火步骤中，待钢坯温度≤200℃时将钢坯分开，得钢材为直接切削用非调质钢。
6.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述出钢步骤中，控制钢坯的出钢速度，使一块钢坯出钢的速度为4分钟-6分钟。
7.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述出钢步骤中，高温加热时间≥120分钟。
8.根据权利要求1所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
在所述出钢步骤中，钢坯的出炉温度1060℃-1160℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的提高钢材截面洛氏硬度的轧后冷却方法，其特征在于，
所述钢坯的截面尺寸为410mm×530mm，钢坯长度为5.6m-5.8m。
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