CN112090966A - 一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，包括加热、粗轧、中轧、第一次穿水冷却、第二次穿水冷却、精轧、第三次穿水冷却和冷床冷却工序；其中，所述第一次穿水冷却工序位于所述中轧工序的过程中，所述第二次穿水冷却工序位于所述中轧工序结束后精轧工序开始前；通过控制穿水冷却工序的冷却速度，即控制用于穿水冷却工序的水箱开度，与精轧工序中的轧制速度来控制终轧温度，所述终轧温度为745～775℃。本发明通过采用合理的控扎控冷工艺，避免轧件在冷却过程中表面温度急剧降低，进而避免在轧件表面产生激冷层，使最终得到的钢材达到采用离线正火工艺所能达到的质量要求，满足客户对材料在切削加工时硬度和组织需求。

Description

一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种中碳钢，尤其涉及一种采用控轧控冷工艺消除中碳钢表面激冷层的轧制方法。

背景技术

中碳钢正火材，如16B38，是一种冷加工用钢，属于易切结构钢。该中碳钢正火材的使用规格一般为Φ20mm～40mm，要求晶粒度≥5级，硬度为190～210HBW。常规工艺中，该中碳钢正火材可采取离线正火工艺和在线正火工艺进行处理。其中，离线正火工艺为：钢坯—加热—轧制—冷却—正火—矫直—探伤—精整—入库；在线正火工艺为：钢坯—加热—轧制—控制冷却—矫直—探伤—精整—入库。

为了降低生产成本，目前中碳钢通过控轧控冷代替离线正火交货。但是，现有的控轧控冷工艺中，使用穿水冷却对轧件进行快速制冷，由于轧件表面冷却速度快，会导致轧件表面形成一层激冷层，深度约0.3mm，激冷层的组织为铁素体+珠光体(F+P)，晶粒细小，这导致轧件在形成激冷层处的硬度相对于未形成激冷层的轧件的表面硬度明显增加。对于需要进行表面精密加工的钢材来说，如汽车用钢，由于表面精密加工的加工量仅0.2-0.5mm，该加工量正好处于中碳钢在常规控扎控冷工艺中形成的激冷层的厚度范围内，由于激冷层的致密及细小的晶粒导致轧件表面浅层硬度，增加了轧件切削加工的难度，影响轧件切削加工的表面质量及切削效率，使刀具使用寿命降低约50％。

因此，合理设计一种控扎控冷工艺，避免钢材在控扎控冷过程中产生的表面激冷层，既保证钢材在切削加工时所需要的硬度和组织需求，又不增加钢材的生产成本，在钢材的生产加工中具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中采用控扎控冷工艺在钢材表面产生激冷层的问题，本发明提供了一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，通过采用合理的控轧控冷工艺，防止钢材表面产生激冷层，使最终生产得到的钢材达到采用离线正火工艺所能达到的中碳钢的质量要求，满足客户对材料在切削加工时的硬度和组织需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、第一次穿水冷却、第二次穿水冷却、精轧、第三次穿水冷却和冷床冷却工序；其中，所述第一次穿水冷却工序位于所述中轧工序的过程中，所述第二次穿水冷却工序位于所述中轧工序结束后精轧工序开始前。

本发明在中轧、精轧轧制方法中，采用控轧控冷工艺将原料轧制成形；结合轧后冷却工艺的控制，避免中碳钢表面激冷层的产生，最终实现中碳钢表面激冷层的全面消除。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，精轧工序结束时的终轧温度为745～775℃(例如，750℃、760℃、765℃、770℃)。

在本发明的轧制方法中，可以通过控制穿水冷却工序的冷却速度(即控制用于穿水冷却工序的水箱开度与精轧工序中的轧制速度来控制所述终轧温度；所述轧制速度为精轧工序的轧机入口速度，控制水箱开度是指控制水箱进水管阀门的开度来控制水的流量；优选地，所述精轧工序的轧机入口速度为2～10m/s。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述中轧工序中，所述中轧的总道次为6～12道次(例如，8道次、10道次、12道次)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述第一次穿水冷却工序位于中轧工序过程中的第4～8任意道次之后，以降低轧件的表面温度，从而控制中轧温度，为轧件进入精轧机组作准备。优选地，所述第一次穿水冷却工序中的水箱开度控制在75％～85％(例如，80％、81％、83％)，流量120～240L/min(例如，150L/min、180L/min、210L/min、211L/min、220L/min、230L/min)。

上述轧制方法中，在中轧结束后进行第二次穿水冷却，以进一步降低轧件的表面温度，为轧件进入精轧机组作准备。优选地，所述第二次穿水冷却工序中使用的水箱的开度控制在75％～85％(例如，80％、81％、83％)，流量120～240L/min(例如，150L/min、180L/min、210L/min、211L/min、220L/min、230L/min)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述精轧工序中，精轧前轧件表面温度为750-780℃(例如，755℃、760℃、770℃、775℃，该温度也即第二次穿水冷却工序结束时轧件表面温度)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述第三次穿水冷却工序设置于终轧结束后，冷却速度为1～2.5℃/s，具体地，通过控制水箱开度，控制轧件上冷床温度；优选地，所述第三次次穿水冷却的水箱开度控制在20％～25％(例如，22％、24％)，流量30～70L/min(例如，40L/min、50L/min、60L/min)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述冷床冷却工序中，轧件上冷床后进行空冷。其中，所述轧件上冷床温度为710～740℃(也即第三次穿水冷却工序结束时轧件表面温度)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述加热工序包括将中碳钢铸坯进行加热保温处理，其中保温温度为1160～1250℃(例如，1180℃、1200℃、1220℃、1240℃)。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述粗轧工序中，所述粗轧的开轧温度为1130～1200℃(例如，1150℃、1180℃)。

上述轧制方法中，所述轧制方法适用于为本领域任意钢种的中碳钢，例如，16B38、10B38、38MnS6；优选地，所述中碳钢为16B38；更优选地，所述中碳钢16B38的化学成分按质量百分数为：C：0.34～0.42％、Si：≤0.05～0.50％、Mn：0.60～1.2％、P：≤0.035％、S：0.010～0.035％、N：≤0.015％、Ti:0.02～0.09％、B:0.0005～0.007％、Cu≤0.20％、Al：0.025～0.08％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述轧制方法可以轧制生产规格为Φ26mm～40mm的中碳圆钢。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述轧制方法生产的中碳钢的硬度为197～210HBW。

上述轧制方法中，作为一种优选方式，所述轧制方法生产的中碳钢可用作需要表面精密加工的汽车用钢。

本发明中，通过控制水箱开度，可以使轧件的硬度和组织均匀，达到离线正火交货材的质量要求。同时，本发明中，通过控制水箱开度控制终轧温度和冷却速度，避免了激冷层在钢材表面的形成，同时，终轧温度和冷却速度的调整不会影响最终得到的钢材的性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在中轧轧制工序中采用控轧控冷工艺，控制精轧温度，并在精轧后采取控制冷却，避免轧件在冷却过程中表面温度的急剧降低，进而避免在轧件表面产生激冷层。

2、本发明通过采用合理的控轧控冷工艺，防止钢材表面产生激冷层，使最终生产得到的钢材达到采用离线正火工艺所能达到的中碳钢的质量要求，满足客户对材料在切削加工时的硬度和组织需求。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备的钢材的表面微观组织图。

图2是本发明实施例1中制备的钢材的半径1/2处的微观组织图。

图3是本发明实施例1中制备的钢材的心部微观组织图。

图4是本发明对比例1中制备的钢材的表面微观组织图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，在中轧、精轧工序中，采用控轧控冷工艺将原料轧制成形；结合轧后冷却工艺的控制，避免中碳钢表面激冷层的产生，最终实现中碳钢表面激冷层的全面消除。所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、第一次穿水冷却、第二次穿水冷却、精轧、第三次穿水冷却和冷床冷却。其中，所述第一次穿水冷却工序位于所述中轧工序的过程中，所述第二次穿水冷却工序位于所述中轧工序结束后精轧工序开始前。

所述轧制方法适用于为本领域任意钢种的中碳钢，例如，16B38、10B38、38MnS6等。所述轧制方法特别适合轧制生产规格偏小的钢材，优选为轧制生产规格为Φ26mm～40mm的中碳圆钢。所述轧制方法生产的中碳钢的硬度为197～210HBW。

本发明所述中碳钢的化学成分优选(质量百分数)为：C：0.34～0.42％、Si：≤0.05～0.50％、Mn：0.60～1.2％、P：≤0.035％、S：0.010～0.035％、N：≤0.015％、Ti:0.02～0.09％、B:0.0005～0.007％、Cu≤0.20％、Al：0.025～0.08％，余量为铁和不可避免的杂质。

具体步骤如下：

加热：将中碳钢铸坯进行加热保温处理，其中保温温度为1160～1250℃。

轧制：通过水箱与轧制速度控制所述终轧温度。通过水箱控制可采用控制水箱开度的方法，即采用控制水箱进水管阀门的开度来控制水的流量；所述轧制速度为精轧阶段的轧机入口速度；所述控制水箱开度是指控制水箱进水管阀门的开度来控制水的流量。其中，

粗轧工序：开轧温度为1130～1200℃；

中轧工序：中轧的道次为6～12道次；

第一次穿水冷却：所述第一次穿水冷却工序位于中轧工序过程中的第4～8任意道次之后，以降低轧件的表面温度，从而控制中轧温度，为轧件进入精轧机组作准备。所述第一次穿水冷却的水箱开度控制在75％～85％，流量120～240L/min。

第二次穿水冷却：在中轧结束后进行穿水冷却，以进一步降低轧件的表面温度，为轧件进入精轧机组作准备。所述第二次穿水冷却水箱开度控制在75％～85％，流量120～240L/min。

精轧工序：轧件出水箱后(即第二次穿水冷却工序结束)进入精轧机组。此时轧件的表面温度(即，精轧前表面温度)为750～780℃；精轧阶段的轧机入口速度为2～10m/s；终轧温度为760～820℃。

所述第三次穿水冷却：终轧后对轧件进行穿水冷却，通过控制水箱开度，控制轧件上冷床温度。所述第三次次穿水冷却的水箱开度控制在20％～25％，流量30～70L/min。出轧机后，即在上冷床前，轧件的冷却速度为1～2.5℃/s。

冷床冷却：轧件上冷床后进行空冷。其中，所述轧件上冷床温度为710～740℃。

本发明中，通过控制水箱开度，可以使轧件的硬度和组织均匀，达到离线正火交货材的质量要求。

本发明方法中未详细描述的步骤和工艺为本领域常规工艺。

实施例1

本实施例中，以中碳钢坯16B38为原料，轧制生产规格为Φ26mm的中碳圆钢。所述中碳钢坯16B38化学成分(质量百分数)为：C：0.37％、Si：0.26％、Mn：0.93％、P：0.016％、S：0.023％、N：0.011％、Ti:0.03％、B:0.0008％、Cu：0.07％、Al：0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。

本实施例中，一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，包括加热、粗轧、中轧、第一次穿水冷却、第二次穿水冷却、精轧、第三次穿水冷却和冷床冷却。

加热工序中，加热温度为1230℃；加热时间260min；

粗轧工序中，开轧温度为1170℃；

中轧工序中，中轧道次为10道次；

第一次穿水冷却工序中，在中轧第6道次后，轧件进行第二次穿水冷却，水箱开度控制在80％，流量180L/min；

第二次穿水冷却工序中，将中轧后的轧件进行穿水冷却，轧件出水箱后进入精轧工序，其中，水箱开度控制在80％，流量180L/min；轧件出水箱的表面温度为760℃，即精轧前轧件表面温度为760℃。

精轧工序：第二次穿水冷却后的轧件进入精轧机组，轧机入口速度为8m/s，终轧温度为750℃。

第三次穿水冷却：当轧制结束后，通过控制水箱开度，控制轧件上冷床温度。水箱开度轧后控制在20％，流量30L/min，冷却速度为1～2.5℃/s。

冷床冷却：第三次穿水冷却后的轧件上冷床后进行空冷。轧件上冷床温度为725℃。

本实施例中获得的钢材组织如图1～3所示。图1为钢材表面组织，表面没有激冷层，图2为钢材二分之一半径的组织，图3为钢材心部组织，图1、2、3组织均为铁素体+珠光体组织，组织都很均匀，无混晶组织。由图3可以看出，本实施例中的中碳钢的实际晶粒度为8级，表面硬度200HBW，达到控轧控冷代替离线正火的质量要求，节约了离线正火的成本，满足用户对切削加工的表面质量及硬度要求(190～230HBW)。

实施例2

本实施例提供的消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，除了精轧前温度、终轧温度、第二次和第三次穿水冷却的水箱控制参数和上冷床温度与实施例1不同以外，其他工艺及其参数均与实施例1相同。具体如下：

第二次穿水冷却工序中，将中轧后的轧件进行穿水冷却，轧件出水箱后进入精轧工序，其中，水箱开度控制在75％，流量120L/min；轧件出水箱的表面温度为765℃，即精轧前轧件表面温度为765℃。

精轧工序：将第二次穿水冷却工序后的轧件进入精轧机组，终轧温度为756℃。

第三次穿水冷却：当轧制结束后，通过控制水箱开度，控制轧件上冷床温度；水箱开度轧后控制在25％，流量70L/min。

冷床冷却：轧件上冷床温度为725℃。

本实施例中获得的钢材表面没有形成一层激冷层，钢材表面组织为铁素体+珠光体组织，组织都很均匀，无混晶组织。钢材的实际晶粒度为8级，硬度205HBW，达到控轧控冷代替离线正火的质量要求，节约了离线正火的成本，满足用户对切削加工的表面质量及硬度要求(190～230HBW)。

实施例3

本实施例提供的消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，除了选用的钢材规格与实施例1不同以外，其他工艺及其参数均与实施例1相同。具体如下本实施例中，以中碳钢坯16B38为原料，轧制生产规格为Φ40mm的中碳圆钢。

本实施例中获得的钢材组织铁素体+珠光体组织，组织都很均匀，无混晶组织。钢材的实际晶粒度为8级，硬度203HBW，达到控轧控冷代替离线正火的质量要求，节约了离线正火的成本，满足用户对切削加工的表面质量及硬度要求(190～230HBW)。

对比例1

本对比例中仍然以实施例1中碳钢坯16B38为原料，轧制生产规格为Φ26mm的中碳圆钢，具体工艺及其参数如下：

加热工序中，加热温度为1230℃；加热时间260min；

粗轧工序中，开轧温度为1170℃；

中轧工序中，中轧道次为10道次；

穿水冷却工序中，将中轧后的轧件进行穿水冷却，轧件出水箱后进入精轧工序，其中，水箱开度控制在80％，流量180L/min；轧件出水箱的表面温度为798℃，即精轧前轧件表面温度为798℃。

精轧工序：穿水冷却后的轧件进入精轧机组，轧机入口速度为8m/s，终轧温度为790℃。

终轧后穿水冷却：当轧制结束后，通过控制水箱开度，控制轧件上冷床温度。水箱开度轧后控制在85％，流量200L/min。

冷床冷却：轧件上冷床温度为650℃。

本对比例中获得的钢材表面微观组织如图4所示。

图4为采用对比例技术方案获得的钢材表面微观组织图。从图4中可以看出，在钢材表面产生一层激冷层，该钢材表面激冷层深度为0.269mm，激冷层的组织为铁素体+珠光体(F+P)，晶粒细小且密集；分析可知，采用本对比例的技术方案，轧件被强行冷却，由于钢材的表面冷却速度过快，因而在钢材表面产生一层激冷层。

虽然本对比例得到的钢材的非激冷层表面硬度为216HBW，但在激冷层表面，由于晶粒细小密集，激冷层表面的硬度明显增加，对于需要进行精密加工的钢材来说，该激冷层表面正好处于切削范围(0.2-0.5mm)内，因而，激冷层的存在增加了轧件切削加工的难度，影响轧件切削加工的表面质量及切削效率，从而导致钢材表面激冷层不满足用户的加工工艺要求。

综上所述，本发明提供的消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，通过中轧过程中及中轧后的穿水冷却中水箱开度的控制，控制轧件进入精轧机的温度进而实现终轧温度和冷却速度的控制，结合终轧后的控制冷却技术(即，穿水冷却和冷床冷却)，最终避免了常规工艺中强制冷却造成的钢材表面能激冷层的产生。

本发明轧制过程中的控制轧制与控制冷却以及轧后的控制冷却工艺共同组合而成一种合理的控轧控冷工艺，防止中碳钢钢材表面产生激冷层，使最终生产得到的钢材达到采用离线正火工艺所能达到的中碳钢的质量要求，满足客户对材料在切削加工时的硬度和组织需求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本领域内的技术工程人员在不违背本发明的精神及范畴下，可对这些实施例作出变更和修改。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种消除中碳钢表面激冷层的轧制方法，其特征在于，所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、第一次穿水冷却、第二次穿水冷却、精轧、第三次穿水冷却和冷床冷却工序；其中，所述第一次穿水冷却工序位于所述中轧工序的过程中，所述第二次穿水冷却工序位于所述中轧工序结束后精轧工序开始前。

2.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，精轧工序结束时的终轧温度为745～775℃，优选地，所述精轧工序的轧机入口速度为2～10m/s。

3.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述第一次穿水冷却工序位于中轧工序过程中的第4～8任意道次之后；优选地，所述中轧的总道次为6～12道次；再优选地，所述第一次穿水冷却工序中的水箱开度控制在75％～85％，流量120～240L/min。

4.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述第二次穿水冷却工序中使用的水箱的开度控制在75％～85％，流量120～240L/min。

5.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述精轧工序中，精轧前轧件表面温度为750-780℃。

6.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述第三次穿水冷却工序设置于终轧结束后，冷却速度为1～2.5℃/s；优选地，所述第三次次穿水冷却的水箱开度控制在20％～25％，流量30～70L/min。

7.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述冷床冷却工序中，轧件上冷床后进行空冷；其中，所述轧件上冷床温度为710～740℃。

8.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述轧制方法适用于为本领域任意钢种的中碳钢；优选地，所述中碳钢为16B38；更优选地，所述中碳钢16B38的化学成分按质量百分数为：C：0.34～0.42％、Si：≤0.05～0.50％、Mn：0.60～1.2％、P：≤0.035％、S：0.010～0.035％、N：≤0.015％、Ti:0.02～0.09％、B:0.0005～0.007％、Cu≤0.20％、Al：0.025～0.08％，余量为铁和不可避免的杂质。

9.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述轧制方法可以轧制生产规格为Φ26mm～40mm的中碳圆钢；优选地，所述轧制方法生产的中碳钢的硬度为197～210HBW。

10.根据权利要求1-9任一项所述的轧制方法，其特征在于，所述轧制方法生产的中碳钢可用作需要表面精密加工的汽车用钢。

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