CN112170486A - 宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法,包括:(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉,在1100‑1200℃加热180‑280分钟;(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧,得到厚度2.5‑4.5mm的钢带;(3)对钢带进行快冷至200‑400℃。本发明的制造方法能够大幅提高铁铬铝热轧钢卷韧性,脆韧转变温度降低到室温,消除了铁铬铝热轧钢卷开卷后断带问题;使得热连轧以厚度180‑230mm的连铸板坯为原料,稳定生产厚度2.5‑4.5mm、宽度1000‑1300mm、重量大于10吨的铁铬铝热轧钢卷成为可能;降低了生产成本,提高了成材率,产品性能稳定性大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及铁铬铝合金钢卷热加工技术领域,更具体地,本发明涉及一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法。
背景技术
铁铬铝合金是一种低碳氮铁素体组织的电热合金材料,在1000-1300℃工作温度下工作,广泛应用于机械、冶金、化工、食品、家电、电热、电阻元件及机动车尾气净化三元催化剂用金属载体等领域。铁铬铝主要牌号有:1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6等钢种。
铁铬铝合金中由于铝的加入,容易产生比重偏析,合金固溶体的晶格畸变增大,加工过程中易发生脆裂等缺陷会引起铁素体强烈脆化,急剧降低合金的韧性。再者,铁素体不锈钢的韧性与材料的截面尺寸相关,随着材料截面尺寸的增大,其韧脆转变温度升高,韧性下降。
基于铁铬铝合金成分、材料脆性严重及尺寸效应等特点,国内外基本采用“感应炉+电渣重熔”小规模熔炼方式进行冶炼,锻造开坯,热轧成卷。该工艺具有生产效率低下、成材率低等问题,无法进行规模化生产。由于热卷重量很小,该工艺生产的铁铬铝带材产品宽度有限,成材率很低,整卷产品成分、性能波动大,只能提供宽度不超过300mm、卷重在5吨以内的带材产品。
利用“板坯连铸+热连轧成卷”工艺流程规模化生产的铁铬铝产品成材率高,但技术复杂,工艺难度大。其中热连轧工艺的难点为:当温度较低时,铁铬铝合金冷脆剧增,尤其大尺寸截面的铁铬铝合金铸坯,稍有不慎,内部萌生裂纹甚至横裂;作为高铝铁素体组织钢,加热高温下具有晶粒快速长大倾向,影响坯料热塑性;热轧后需要快冷,尤其要避开475℃附近温度区间,否则产生析出物,恶化热轧卷性能,后续生产时容易发生断带,甚至不能开卷。以上热连轧工艺参数控制不合适时,铁铬铝合金热轧钢卷韧脆转变温度高达50℃以上,不能在室温下稳定生产,若将钢卷或钢板加热加温,成本又会急剧升高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法,其可以生产厚度2.5-4.5mm、宽度1000-1300mm、重量大于10吨的热轧钢卷,同时将热轧钢卷脆韧转变温度降低到室温,消除铁铬铝合金热轧钢卷开卷断带问题,保证了后续生产的顺利进行。
本发明的技术方案具体如下:
一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法,包括:
(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉,在1100-1200℃加热180-280分钟;
(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧,得到厚度2.5-4.5mm的钢带;
(3)对钢带进行快冷至200-400℃。
可选地,在步骤(1)之前,铁铬铝合金板坯在转运过程中红送热装,采用保温车运输,红送到热连轧原料库,在装入加热炉之前板坯表面温度不低于80℃。
可选地,在步骤(1)中,铁铬铝合金板坯厚度180-230mm,宽度1000-1300mm,重量大于10吨。
可选地,在步骤(1)中,铁铬铝合金板坯是牌号为1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯。
可选地,在步骤(2)中,粗轧温度是1000-1100℃,粗轧设为5道次或7道次,粗轧终了出口厚度为30-40mm。
可选地,在步骤(2)中,精轧轧制7道次,首道次变形量为30-40%,终轧温度控制为840-940℃。
可选地,在步骤(2)中,粗轧完成后使用热卷箱对钢带保温。
可选地,在步骤(2)中,采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行热轧。
可选地,在步骤(3)中,对钢带喷水进行快冷以便在15-30s时间范围内使钢带表面冷却至目标温度。
相比于现有技术,本发明的技术方案具有如下有益效果:
(1)大幅提高铁铬铝热轧钢卷韧性,脆韧转变温度降低到室温,消除了铁铬铝热轧钢卷开卷后断带问题。
(2)使得热连轧以厚度180-230mm的连铸板坯为原料,稳定生产厚度2.5-4.5mm、宽度1000-1300mm、重量大于10吨的铁铬铝热轧钢卷成为可能。
(3)降低了生产成本,提高了成材率,产品性能稳定性大幅提高。
附图说明
图1显示了实施例3和对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的冲击功和钢卷韧脆转变温度。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效,通过下述具体实施方式,对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外,其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明,否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
铁铬铝合金连铸板坯,厚180-230mm,宽1000-1300mm,截面尺寸的增加降低了材料的韧性,温度降低时铸坯内部热应力增加,萌生裂纹,严重时导致铸坯横裂。作为铁素体组织钢,加热高温下(>1000℃)具有晶粒快速长大倾向,因此要防止钢坯在高温下驻炉时间过长,出现中心穿孔,影响坯料热塑性。由于Al的加入,铁铬铝合金耐热性很强,在高温时形成的氧化皮很薄,以至于热轧时容易粘辊,影响稳定轧制。热轧完成后,需要对铁铬铝板材实施快冷,以较快速度越过475℃附近脆性区间,以避免产生析出物,恶化材料性能。
基于以上思路,本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括:(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉,在1100-1200℃加热180-280分钟;(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧,得到厚度2.5-4.5mm的钢带;(3)对钢带进行快冷至200-400℃。
在一种优选的实施方案中,本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤:
(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉进行加热
铁铬铝合金连铸板坯最怕放冷横裂,因此在运转过程中必须红送热装,用保温车红送到热连轧原料库,并且,在装入加热炉之前要求板坯表面温度≥80℃(温度测量点:板坯上宽面中心位置)。
铁铬铝合金在高温下具有晶粒快速长达倾向,因此,加热温度和加热时间尽量按照下限控制。板坯装入加热炉,炉温控制为1100-1200℃,驻炉时间为180-280min,从而能够避免出现中心穿孔,影响坯料热塑性,并且控制晶粒长大。
在本发明的制造方法中,铁铬铝合金连铸板坯是厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯,适合用于牌号为1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯。
(2)对铁铬铝合金板坯进行轧制
采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行热轧。铁铬铝合金在较高温度时(1100-1200℃)热塑性较差,轧制时很容易裂边,粗轧温度控制为1000-1100℃。轧制设为5道次或7道次,粗轧终了出口厚度为30-40mm。
为了防止热轧时钢卷尾部温降过快,提高铁铬铝整卷性能均匀性,粗轧完成后使用热卷箱保温。
铁铬铝合金精轧时,若温度过高,不利于破碎晶粒,轧制形变能储存不足,后续退火时晶粒粗大,材料的韧性较差;温度过低时,氧化皮较薄,发生粘辊影响稳定轧制,同时热塑性较差,带钢延展不足,引起带钢跑偏或板型不良。基于这些,精轧终轧温度控制为840-940℃。
作为一种超纯铁素体,铁铬铝热轧钢卷截面厚度越大,韧性越差,所以要尽量减小截面厚度。综合考虑热连轧的设备能力,精轧轧制7道次,首道次变形量控制为30-40%,轧制目标厚度控制为2.5-4.5mm。
(3)对钢带进行快冷
轧后带钢冷却特别重要,对于低碳氮铁素体不锈钢而言,快速冷却能显著减少第2相的析出,促进合金的韧化。另外,铁素体不锈钢在475℃附近温度区间经长时间保温,又会产生475℃脆性。但冷却温度过低,容易造成板型不良,产生内应力降低板材韧性。发明人通过研究发现,轧后对钢带喷水进行快冷,即15-30s之内钢带表面温度冷却到200-400℃之间,生产出来的钢卷韧性最佳。
采用本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法,通过控制加热炉温度和终轧温度来控制晶粒长大,并优化板型,减小带钢内应力;通过减小轧制目标厚度降低铁素体尺寸效应,提高铁铬铝带钢韧性;通过快冷,减少第2相析出,避免475℃脆性,降低铁铬铝合金韧脆转变温度。如上,得到的铁铬铝合金热轧钢卷的韧脆转变温度降至室温,能保证后续生产的顺利进行而不发生断带。
本发明的制造方法专门针对厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯而设计,在一种优选的实施方案中,厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯可通过以下方法获得:
①使用铁水原料,在K-OBM-S转炉中进行冶炼,在整个冶炼过程中吹氩以便防止钢液和空气接触,转炉炉后扒净80-90%的炉渣。
②K-OBM-S转炉冶炼得到的钢水送入VOD炉(真空吹氧脱碳精炼炉)进行冶炼。在VOD炉的最高真空度≤5mbar时生产,在VOD炉内完成脱碳、还原和加铝操作,出钢温度控制为1535-1600℃。
③VOD炉冶炼得到的钢水送入LF炉(钢包精炼炉)进行冶炼。在LF炉中,调整渣况、成分和钢水温度。在钢水离开LF前,进行弱搅拌至少10min,弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露,出钢温度控制为1565-1600℃。
④将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
在本步骤中,浇铸前,需要做好中间包的密封,中间包吹Ar 4-8min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.%)为:C:5.0-8.5、SiO2:0.1-4.0、CaO:0.1-4.0、Al2O3:0.5-2.0、Fe2O3:0.1-1.6、Na2O:0.1-1.2、MnO:0.02-0.10、水分:0.1-1.0、其余全部为MgO。基于铁铬铝合金液相线温度,中间包温度控制为1525-1550℃,第二炉较第一炉低5℃,液面波动控制在±5mm之内。
根据铁铬铝合金熔液的凝固特性及脆性转变温度,在连铸过程中应采用弱冷工艺。结晶器冷却水强度宽面为2400-3200L/min,窄面为300-400L/min。连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.%)为:C:6.0-9.0、Na2O:8.0-12.0、F-:6.0-12.0、Li2O:3.0-7.0、Al2O3:1.0-4.0、MgO:0.5-2.0。其余为CaO和SiO2,碱度R=CaO/SiO2控制为0.50-0.80。
在本步骤中,铸坯拉速控制为0.40-1.20m/min,拉速波动值控制在±0.02m/min。
电磁搅拌可以打破凝固过程中的温度梯度分布,防止柱状晶的产生;而电磁力打破了树枝晶的生长机制,有助于等轴晶的生成。所以本发明必须投用电磁搅拌,二冷水强度控制在0.5-1.0L/kg,均匀冷却,以提高等轴晶比例,改善铸坯韧性。
对得到的连铸坯,进行表面修磨,例如采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨。修磨前连铸坯表面温度控制在250℃-600℃,修磨后连铸坯表面温度控制在≥200℃。修磨进行2遍,第1遍加重修磨,第2遍轻修磨,重量损失率控制为1.0-4.0%,磨掉铸坯表面卷渣、重皮等,提高板坯表面质量。
在连铸机的两个炉中,第一炉的板坯在修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉的板坯在修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度≥150℃),装炉前,退火炉先升温到150-250℃,装入板坯后,退火炉按照50℃/h升温到500-700℃,进行保温,防止铸坯放冷横裂。
由于Al及稀土活性元素的存在,铁铬铝合金钢水容易与耐材、保护渣等反应变性,影响浇铸,特别是连浇的顺行。同时,铸坯表面质量恶化,重皮夹杂较多,需要热修磨后再热轧。铁铬铝合金脆性较大,必须提高等轴晶比例来提高铸坯韧性。铸坯在切割、修磨和吊运过程中,必须保证铸坯温度,否则冷脆性足以造成铸坯产生裂纹甚至横裂。借助于上述铁铬铝合金板坯的制造方法,能够消除连铸断浇、板坯夹杂和铸坯横裂等问题,连铸坯厚度180-230mm、宽度为1000-1300mm、重量大于10吨,显著增大了铁铬铝合金板带材的单卷重量,提高了材料成分和性能的均匀性,进而有利于铁铬铝合金热轧钢卷制造过程的顺利进行。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
首先,对下述实施例中涉及的检测方法进行说明如下:
冲击功:将铁铬铝板带材加工成U型样品(U型缺口深度为2mm,底部曲率半径为1mm),样品长度方向为垂直于轧制方向。然后按照GB/T 229-2007标准,测定在10-80℃(间隔10或20℃)温度范围冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功(单位为焦耳)。
韧脆转变温度:以试验温度为横坐标、冲击功为纵坐标绘制散点图,然后通过拟合得到冲击功-温度曲线。此曲线存在一个转变区域,随着温度升高,冲击功急剧增大,最后趋于稳定,即为上平台。这里,将冲击功降至上平台50%的温度定义为韧脆转变温度。
实施例1
以牌号为1Cr13Al4的铁铬铝合金连铸板坯为原料,其化学成分按质量百分比为:C:0.017%、Si:0.15%、Mn:0.07%、P:0.011%、S:0.001%、Cr:13.6%、Al:5.0%、Ti:0.30%、N:0.002%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,该铁铬铝合金连铸板坯的规格为:厚度200mm,宽度1247mm,重量16.6吨。
实施例1的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤:
(1)连铸板坯用保温车18h内红送到热连轧原料库,入加热炉前板坯表面温度为115-210℃;板坯装入加热炉,炉温为1100-1140℃,驻炉时间为220-240min。
(2)板坯出炉粗轧,粗轧温度为1000-1040℃,轧制5道次,粗轧终了出口厚度为32mm;使用热卷箱保温;精轧轧制7道次,首道次变形量为32%,终轧温度为840-880℃;轧制厚度规格为4.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷,28s内带钢冷却至212-325℃。
检测实施例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功,钢卷韧脆转变温度为24℃,能够使钢卷的后续生产顺利进行,不发生断带现象。
实施例2
以牌号为0Cr15Al5的铁铬铝合金连铸板坯为原料,其化学成分按质量百分比为:C:0.019%、Si:0.15%、Mn:0.08%、P:0.012%、S:0.001%、Cr:15.4%、Al:5.2%、Ti:0.19%、N:0.004%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,该铁铬铝合金热轧板坯的规格为:厚度200mm,宽度1293mm,重量17.0吨。
实施例2的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤:
(1)连铸板坯用保温车15h内红送到热连轧原料库,入加热炉前板坯表面温度为142-257℃;板坯装入加热炉,炉温为1120-1160℃,驻炉时间为210-230min。
(2)出炉粗轧,粗轧温度为1020-1060℃,轧制7道次,粗轧终了出口厚度为30mm;使用热卷箱保温;精轧轧制7道次,首道次变形量为35%,终轧温度为860-900℃;轧制厚度规格为3.5mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷,25s内带钢冷却至248-353℃。
检测实施例2生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功,钢卷韧脆转变温度为23℃,能够使钢卷的后续生产顺利进行,不发生断带现象。
实施例3
以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯为原料,其化学成分按质量百分比为:C:0.018%、Si:0.10%、Mn:0.18%、P:0.018%、S:0.001%、Cr:19.9%、Al:5.5%、Nb:0.08%、Ti:0.13%、N:0.004%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,该铁铬铝合金连铸板坯的规格为:厚度200mm,宽度1280mm,重量17.9吨。
实施例3的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤:
(1)连铸板坯用保温车10h内红送到热连轧原料库,入加热炉前板坯表面温度为203-318℃;板坯装入加热炉,炉温为1160-1200℃,驻炉时间为200-220min。
(2)出炉粗轧,粗轧温度为1040-1080℃,轧制7道次,粗轧终了出口厚度为30mm;使用热卷箱保温;精轧轧制7道次,首道次变形量为38%,终轧温度为900-940℃;轧制厚度规格为3.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷,20s内带钢冷却至313-387℃。
检测实施例3生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功,钢卷韧脆转变温度为21℃,能够使钢卷的后续生产顺利进行,不发生断带现象。
对比例1:
以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯为原料,其化学成分按质量百分比为:C:0.020%、Si:0.09%、Mn:0.08%、P:0.017%、S:0.001%、Cr:20.3%、Al:5.6%、Nb:0.08%、Ti:0.12%、N:0.004%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,该铁铬铝合金连铸板坯的规格为:厚度200mm,宽度1270mm,重量15.6吨。
对比例1的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤:
(1)连铸板坯用保温车20h内红送到热连轧原料库,入加热炉前板坯表面温度为108-206℃;板坯装入加热炉,炉温为1200-1220℃,驻炉时间为220-240min。
(2)出炉粗轧,粗轧温度为1080-1120℃,轧制5道次,粗轧终了出口厚度为30mm;使用热卷箱保温;精轧轧制7道次,首道次变形量为39%,终轧温度为920-960℃;轧制厚度规格为3.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行冷却,30s内带钢冷却至411-506℃。
检测对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功,钢卷韧脆转变温度为50℃。
图1显示了实施例3和对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的冲击功和钢卷韧脆转变温度。由看图1可以清楚的看出,3.0mm厚0Cr21Al6热轧钢卷韧脆转变温度曲线。普通材韧脆转变温度为50℃左右,后续必须加温生产,否则易发断带不能开卷。采用本发明生产的宽钢带铁铬铝热轧钢卷韧脆转变温度降至25℃以下。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法,其特征在于,包括:
(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉,在1100-1200℃加热180-280分钟;
(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧,得到厚度2.5-4.5mm的钢带;
(3)对钢带进行快冷至200-400℃。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(1)之前,铁铬铝合金板坯在转运过程中红送热装,采用保温车运输,红送到热连轧原料库,在装入加热炉之前板坯表面温度不低于80℃。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(1)中,铁铬铝合金板坯厚度180-230mm,宽度1000-1300mm,重量大于10吨。
4.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(1)中,铁铬铝合金板坯是牌号为1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,粗轧温度是1000-1100℃,粗轧设为5道次或7道次,粗轧终了出口厚度为30-40mm。
6.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,精轧轧制7道次,首道次变形量为30-40%,终轧温度控制为840-940℃。
7.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,粗轧完成后使用热卷箱对钢带保温。
8.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行热轧。
9.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在步骤(3)中,对钢带喷水以便在15-30s时间范围内使钢带表面冷却至目标温度。
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