CN111687209A - 一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轧制技术领域，涉及一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺。连铸坯通过角部剥皮及涂高温涂料并在1230～1290℃的高温度下加热，加热时间不超过120min，开轧采用1130～1190℃高温轧制，整个轧钢过程也采用不低于1030℃的高温轧制，在控制盘条脱碳层深度的同时保证轧制过程不出现裂纹、不出现打滑。通过开启水箱控制精轧温度并控制吐丝温度895～920℃，控冷前期开启3台风机风冷至较低温度，控冷后期关闭风机打开保温罩均可以减少氧化铁皮厚度。该控轧控冷工艺使中碳高硫钢盘条的表面脱碳层深度可有效控制在≤0.5d％，氧化铁皮厚度≤15μm，盘条表面裂纹及麻点缺陷得到了有效控制。

Description

一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺
技术领域
本发明属于轧制技术领域，涉及一种中碳高硫合金钢盘条的轧制及冷却方法，具体的说是一种降低中碳高硫合金钢盘条的脱碳量和减少盘条表面氧化铁皮厚度的控轧控冷工艺。
背景技术
往钢铁材料中加入适量的硫元素主要用于改善材料的切削性能，一些加工复杂的精密仪器仪表用钢铁材料对切削性能提出了较高的要求，因此加入的硫含量也比较多，高硫钢中硫含量达到0.20％以上。
传统的易切削钢以加入铅元素为主，但是铅属于重金属元素，且铅在钢铁高温冶炼过程中易于挥发，环境污染严重，对人体危害极大，随着环保压力的逐年加大，绝大部分钢厂已经停止了含铅钢的生产，随之而来的是环保的含硫易切削钢得到了迅速发展。近年来随着航空航天、精密电子等高科技工业的飞速发展，市场对易切削钢的需求量也就越来越大，且越来越多的直接切削加工用含硫合金钢代替了合金调质钢，省去了一道热处理工艺，降低了企业的生产成本，并提高了企业的生产效率，大量节约了能源，因此有利于环境保护。
含硫钢虽然具有颇多优点，但是因为含硫钢属于裂纹敏感性钢种，因此生产难度较大，轧制过程如果温度偏低将会出现开裂的现象，现有技术研究了其在热轧加工中发生开裂的原因和改进措施，通过轧制工艺来进行控制，如“CN201910888205.0高含硫钢轧制工艺”，为了避免热轧开裂，通常需要提高加热温度、开轧温度、终轧温度等条件来解决热轧中开裂的问题。但是温度太高又会导致表面脱碳严重，从而影响材料的强度，特别是表面强度，此外轧制工艺的温度较高、盘条吐丝温度高，会导致氧化铁皮过多，盘条的氧化铁皮太厚，在后续的机械破壳过程很难去除干净，从而最终会给材料带来严重的表面缺陷，影响用户的最终使用，因此为了降低脱碳层，一般选用比常规的轧制工艺较低的加工温度。从上述可知，开裂和脱碳层的影响因素是相互影响，甚至是冲突的关系，在本领域中往往仅能解决其中一个问题而难以解决另一个问题，即难以同时解决开裂、脱碳的问题。且在现有技术中，也未有关于同时解决开裂和脱碳层的技术问题的解决方案，尤其是对于中碳高硫合金钢，相比于低碳高硫合金钢，由于碳含量高，更容易发生脱碳，因此控制脱碳的难度更大。
因此如何保证高硫合金钢盘条的正常轧制生产，又能防止盘条全脱碳层深度超标、防止盘条表面氧化铁皮过厚、防止盘条表面出现裂纹已经成为行业的一大难点，本发明正是为了解决这一行业难点问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低中碳高硫钢的脱碳层深度减少盘条表面氧化铁皮厚度及减少盘条表面裂纹并保证轧制生产正常进行的控轧控冷工艺方法，采用该工艺方法制造的中碳高硫钢盘条的表面脱碳层深度可有效控制在≤0.5d％，氧化铁皮厚度≤15μm，轧材表面缺陷率不超过1％，提高热顶锻合格率，使得盘条的表面质量及综合性能都得到了有效提高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于该工艺包括连铸坯精整处理、加热炉加热、粗中轧和预精轧机组轧制、精轧机组轧制、盘条吐丝、斯太尔摩风冷线冷却，步骤如下：
(1)因为连铸浇注过程中结晶器的震动会导致连铸坯表面尤其是角部会产生较深的振痕，所以矩形及方形连铸坯的四个角往往是铸坯最薄弱的地方，加之高硫钢本身具有表面裂纹敏感的特性，因此在随后轧钢时的铸坯加热过程，往往在角部易出现表面脱碳与表面裂纹等缺陷，为防止角部出现严重脱碳及裂纹，在轧制加热前将铸坯四个角各剥去一层，每个角剥去的深度控制1.5～2.0mm；
(2)铸坯剥角后，对整支钢坯进行抛丸处理(常规工艺)，然后在整支铸坯表面涂高温涂料，涂覆至肉眼检查无钢表面裸露即可，该高温涂料的按质量百分比计，成分为：SiO265～68％；Al2O3 15～18％；K2O 2～4％；N2O 6～8％；Fe2O3 4～6％。以控制铸坯在高温加热过程的脱碳量；
(3)高硫钢对裂纹非常敏感，为防止轧制过程材料出现劈头、开裂等缺陷，需要高温轧制，对应的铸坯需要采用高温加热；
铸坯需要采用高温加热的方式，具体工艺参数控制为：加热二段炉温1100℃～1120℃；加热一段炉温850～950℃(目标900℃)；均热段炉温1230～1290℃(目标1260℃)；
由于该中碳高硫合金钢盘条成品C含量在0.4％以上，如果高温加热时间较长，盘条表面将会出现严重脱碳现象，从而影响盘条表面的力学性能，为此需要在加热炉内对铸坯采用短时间加热的方式，具体控制为蓄热式加热炉采用空步布料的方式：入炉前空10步，入炉后空10步；出钢节奏按照每支钢坯55～65秒控制，控制铸坯总加热时间≤120min；进一步优选总加热时间为90～120min。
(4)为除去高温加热后钢坯表面产生的大量氧化铁皮，需要提高初轧前高压除鳞水的压力，设置高压除磷水压力≥16MPa；
(5)采用高温开轧工艺，但不宜太高否则初轧时会出现钢坯打滑咬不进轧机的生产异常现象，因此控制：开轧温度1130～1190℃(目标温度1170℃)；
轧制全程采用高温轧制，粗中轧和预精轧机组轧制过程保证轧材表面处于1040～1100℃的高温；
精轧采用控制轧制工艺，主要通过开启1至7号水箱并调节水量的大小来控制：精轧机组轧制温度1030～1090℃；控制吐丝温度895～920℃，既可以防止因吐丝温度过高带来较厚的表面氧化铁皮及表面麻点缺陷，又可以防止因吐丝温度较低出现大量的表面红锈；
(6)轧后采用控冷工艺：控制斯太尔摩风冷线的辊道速度25～30m/min，控冷前期开启1至3号风机，每台风机风量开启40～50％，风冷速度8～10℃/s，盘条的终冷温度控制620～640℃，终冷后斯太尔摩风冷线上后续的风机全部关闭，并将对应的保温罩全部开启，采用空冷，冷却速度0.3～0.7℃/s。
本发明的有益效果是：考虑到高硫钢表面裂纹敏感，生产难度大，对表面脱碳及氧化铁皮厚度要求非常高等特点。本发明做了如下努力工作：
①、轧钢加热前对连铸坯的四个角进行剥皮处理，减少角部脱碳及角部裂纹，此后对铸坯进行抛丸处理，并对铸坯整面喷涂耐高温涂料，从而对铸坯进行保护，防止在加热炉加热过程出现严重脱碳。
②、为防止轧制过程出现劈头、裂纹等缺陷，同时为防止轧制过程出现打滑，采用适当的高温加热工艺，但是为防止在高温下加热时间过长导致材料表面出现严重脱碳现象，因此通过采用空步布料、加快出钢节奏等方式来控制加热时间。
③、为去除加热后铸坯表面的氧化铁皮，加大了除鳞水压力。
④、粗中轧、预精轧和精轧过程均采用高温轧制，防止轧材表面出现裂纹，同时通过水箱冷却控制吐丝温度，轧后通过控制斯太尔摩风冷线来实现控冷，均可有效减少氧化铁皮厚度并防止表面麻点、红锈缺陷的产生。
通过上述协同努力，不能有效地防止了表面裂纹、麻点缺陷的出现，而且同时降低了脱碳层深度、减少了氧化铁皮厚度，提高了高硫钢盘条的综合使用性能。
附图说明
图1是Φ9.0mm规格SAE1144盘条采用本发明的控轧控冷工艺得到的薄氧化铁皮且无红锈照片；
图2是Φ9.0mm规格SAE1144盘条采用对比例4工艺得到的表面有较多红锈的照片；
图3是Φ9.0mm规格SAE1144盘条采用对比例5工艺得到的表面有较厚氧化铁皮的照片。
具体实施方式
实施例中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。下述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明。
实施例1
以中碳高硫钢SAE1144盘条(Φ9.0mm)(wt.％:C 0.42～0.47，Si 0.15～0.30，Mn1.45～1.65，S 0.24～0.30，P≤0.025)的生产为例说明：
轧钢工艺流程：连铸坯精整线—蓄热式加热炉—粗中轧和预精轧机组—精轧机组—吐丝机—斯太尔摩控冷线—打包机。
1、铸坯精整：
铸坯四个角各剥去1.5～2.0mm深度；然后对每支铸坯的四个面抛丸，再全部涂上高温涂料，高温涂料的按质量百分比计，成分为：SiO2 65～68％；Al2O3 15～18％；K2O 2～4％；N2O 6～8％，；Fe2O3 4～6％；
2、铸坯加热：
精整后的断面为160*160mm连铸方坯在蓄热式加热炉内入炉前空10步，入炉后空10步；铸坯在炉内加热时间控制：90～120min；加热二段炉温1100℃～1120℃，加热一段炉温860～930℃，均热段炉温1240～1270℃；出钢节奏按照每支钢坯55～65秒控制；
3、控制轧制
开轧前利用高压水对钢坯除鳞，高压水压力16～18MPa，控制开轧温度1130～1190℃，粗中轧、预精轧轧制温度1040～1090℃，通过开启1～7号水箱并调节水量大小，控制精轧轧制温度1030～1080℃，控制吐丝温度895～920℃。
4、控制冷却
开启1～3号风机，风机风量40～50％，已开启风机末位置盘条实际温度(终冷温度)620～640℃，实际冷却速度8～10℃/s；未开启风机对应的保温罩全部开启，实行空冷，实际冷却速度0.3～0.7℃/s。
采用以上相同的工艺制备五个批次的盘条。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于：不涂高温涂料，其它操作同实施例1。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于：高温加热时间大于120min，实际控制165min，其它操作同实施例1。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别在于：轧制全程温度控制低于1030℃，实际控制950～990℃其它操作同实施例1。
对比例4
对比例4与实施例1相比，区别在于：通过调节水箱水量，控制吐丝温度865～890℃其它操作同实施例1。
对比例5
对比例5与实施例1相比，区别在于：通过调节水箱水量，控制吐丝温度930～960℃其它操作同实施例。
本发明需控制吐丝温度在895～920℃范围内，才能达到预期的盘条质量和脱碳层深度，温度高了脱碳和氧化铁皮厚度都会加重，温度低了表面容易生锈，造成表面缺陷。
本发明实施例生产的五个批次的盘条和对比例1～5表面氧化铁皮厚度、脱碳层深度及表面质量情况对比如下表1：
表1盘条表面质量、氧化铁皮厚度及脱碳层深度对比情况
Figure BDA0002489362000000051
表1中，全脱碳层深度检测方法：GB/T 224钢的脱碳层深度测定法；
表面氧化铁皮厚度：在金相显微镜下用标尺测量；
表面缺陷出现率：用表面酸性抽查的办法进行统计；
热顶锻合格率检测方法：YB/T 5293金属材料顶锻试验方法。
结果表明：通过对铸坯角部剥皮、铸坯涂高温涂料；采用高温短时间加热工艺；全程高温轧制并实施控轧控冷工艺最终实现了中碳高硫钢盘条的成功轧制，轧制后的轧材表面缺陷率不超过1％，表面脱碳层深度也控制在0.5d％以内，氧化铁皮厚度控制在不超过15μm，使得中碳高硫钢合金钢盘条的表面质量及最终使用性能达到了国际先进水平。

Claims (6)

1.一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：轧制工艺包括连铸坯经精整处理、加热炉加热、粗中轧和预精轧机组轧制、精轧机组轧制、盘条吐丝、斯太尔摩风冷线冷却；
具体轧制步骤如下：
(1)精整处理：在轧制加热前将连铸坯四个角各剥去一层，铸坯剥角后，对整支铸坯进行抛丸处理，然后整支铸坯表面涂高温涂料；
(2)加热炉加热：将涂覆高温涂料后的铸坯进行高温加热，高温加热工艺参数为：加热二段炉温1100℃～1120℃；加热一段炉温850～950℃；均热段炉温1230～1290℃，控制总加热时间≤120min，采用空步布料的加热方式；
(3)将高温加热后钢坯表面采用高压水除鳞；
(4)轧制：先采用高温开轧工艺，开轧温度1130～1190℃，轧制全程采用高温轧制，粗中轧和预精轧机组轧制过程保证轧材表面处于1030℃以上的高温；
(5)精轧过程通过开启水箱并调节水量的大小来控制精轧的轧制温度为1030～1090℃和盘条的吐丝温度为895～920℃；
(6)轧后控冷工艺：通过控制盘条在斯太尔摩风冷线的辊道速度及风机的开启、保温罩的开关来进行盘条冷却速度与终冷温度的控制。
2.根据权利要求1所述的一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的高温涂料元素成分及含量为：SiO2 65～68％；Al2O3 15～18％；K2O 2～4％；N2O 6～8％；Fe2O3 4～6％。
3.根据权利要求1所述的一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的加热炉采用空步布料的方式：入炉前空10步，入炉后空10步；出钢节奏按照每支钢坯55～65秒控制。
4.根据权利要求1所述的一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：步骤(3)中所述：高压除鳞水压力设置≥16MPa。
5.根据权利要求1所述的一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：步骤(4)中所述的粗中轧和预精轧机组轧制过程使轧材表面处于1040～1100℃温度。
6.根据权利要求1所述的一种中碳高硫合金钢盘条的轧制工艺，其特征在于：步骤(6)中所述的控冷工艺：控制斯太尔摩风冷线的辊道速度25～30m/min，控冷前期开启1至3号风机，每台风机风量开启40～50％，风冷速度8～10℃/s，盘条的终冷温度控制620～640℃，终冷后风机全部关闭，保温罩全部打开，采用空冷。
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