CN112718866A - 一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善加氮钢18CrNiMo7‑6表面质量的制造方法，包括以下步骤：铸坯缓冷：缓冷入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃；加热炉再加热：坯料依次经过预热段和加热段加热，其中，预热段温度和节奏控制：预热段温度≤700℃，预热段时间≥125分钟，坯料在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步，温坯步进速度≥4分钟45秒/步；加热段温度和时间控制：加热段包括第一时段和第二时段，第一时段温度为1140℃～1160℃，第二时段温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且加热段时间控制在130分钟～180分钟；成品轧制后缓冷：缓冷入坑温度≥400℃，出坑温度≤200℃。本发明的制造方法生产出的钢18CrNiMo7‑6硬度值介于160HB～200HB，表面质量合格。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金的技术领域，更具体地说，它涉及一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法。
背景技术
钢种18CrNiMo7-6的特点：
1、氮元素含量最高可达0.013％，氮元素和钢中合金元素形成粗大氮化物，在钢种的晶界或晶内析出，导致钢的热稳定性变差，钢的脆性敏感性增加，铸坯在连铸冷却和再加热过程中，其表面容易产生裂纹；
2、镍元素含量1.6％～1.7％，镍元素在高温时与炉气中的硫元素发生反应形成熔点更低的硫化镍网状组织，其熔化破坏了钢坯表面在较低温度下形成的保护膜，使钢在加热过程中铁素体增加，从而加剧了氧在钢种的扩散，氧化加剧，铁皮粘性增加，钢坯加热后的表面氧化皮通过高压水除鳞难以去除，轧制过程会压入圆钢表面，同样也会产生表面裂纹。
上述两个因素都会导致圆钢表面缺陷，表面质量差，需要通过剥皮才能消除表面裂纹。而为了保证钢种18CrNiMo7-6质量，制造厂往往对材料剥皮处理，通过剥皮消除表面缺陷，但由于没有控制缺陷产生的因素，生产过程中钢材缺陷程度得不到控制，剥皮后产品仍然不合格。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法。本发明的制造方法可以做到过程可控结果可控，生产出的钢18CrNiMo7-6硬度值介于160HB～200HB，表面质量合格，能实现黑皮材交货的产品，具有不需要变动设备，既简单易行，又降低了成本，易于推广等的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，包括以下步骤：
铸坯缓冷：缓冷入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃；
加热炉再加热：坯料依次经过预热段和加热段加热，
其中，预热段温度和节奏控制：预热段温度≤700℃，预热段时间≥125分钟，坯料在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步，温坯步进速度≥4分钟45秒/步；
加热段温度和时间控制：所述加热段包括第一时段和第二时段，所述第一时段温度为1140℃～1160℃，所述第二时段温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且所述加热段时间控制在130分钟～180分钟；
成品轧制后缓冷：缓冷入坑温度≥400℃，出坑温度≤200℃。
在其中一个实施例中，在所述加热炉再加热的步骤中，还包括对空燃比的控制：烟气残氧浓度控制在1％～1.6％，所述第一时段中空气过剩系数控制在0.85～0.95。
在其中一个实施例中，在所述铸坯缓冷的步骤中，缓冷入坑的温度具体为630℃，出坑温度为180℃。
在其中一个实施例中，所述预热段温度为645℃～665℃。
在其中一个实施例中，所述预热段时间为125分钟～145分钟。
在其中一个实施例中，成品轧制成所需规格的圆钢时，开轧温度为1060℃，终轧温度≥850℃。
在其中一个实施例中，在所述成品轧制后缓冷的步骤之前，还包括除鳞的步骤：利用除鳞机对加热后的坯料进行除鳞，以除去铸坯表面氧化皮。
在其中一个实施例中，在所述除鳞的步骤中，除鳞机的除鳞压力≥23Mpa。
在其中一个实施例中，在所述成品轧制后缓冷的步骤之后，还包括热处理、矫直和联合漏磁探伤的步骤：
热处理：把缓冷后的成品圆钢送入热处理炉进行热处理；
矫直：利用矫直机对热处理后的所述成品圆钢进行矫直，消除所述成品圆钢在缓冷和热处理过程中产生的弯曲，并形成棒材产品；
联合漏磁探伤：对所述棒材产品通过大棒自动漏磁检测机组来检测表面的缺陷。
在其中一个实施例中，在所述热处理的步骤中，所述热处理温度为870℃，使热处理后的成品圆钢的硬度控制在229HB以下。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的制造方法可以做到过程可控结果可控，生产出的钢18CrNiMo7-6硬度值介于160HB～200HB，表面质量合格，能实现黑皮材交货的产品，具有不需要变动设备，既简单易行，又降低了成本，易于推广等的特点。
2、在铸坯缓冷阶段，需要对其温度进行严格地控制，从而减少高温铸坯暴露在空气中强冷的时间，避免铸坯在冷却过程中速度过快而使表面产生裂纹。
3、钢坯入炉时预热段温度太高或入炉以后在加热炉快速步进，钢坯内部热应力大，坯料内部会产生裂纹，同时，由于坯料在冷却阶段还存在残余应力，加热过程中两种应力叠加，裂纹更加容易产生，因此，加热过程关键是控制预热段的温度和步进节奏。
4、本方法主要控制均热段即第一时段温度和加热段时间，主要是控制钢坯在加热过程坯料表面氧化皮厚度，且各温度和时间的设置均可根据实际生产需要，在合理的范围内进行相应的调整。
5、空燃比控制主要控制第一时段空气过剩系数，减少均热段即第一时段炉气中过剩氧的含量，控制钢坯在加热过程坯料表面氧化皮厚度，减少由于除鳞不干净导致氧化皮压入导致的缺陷。
6、轧后缓冷主要针对加氮钢的脆性，降低冷却速度，减少热应力所导致的裂纹。
附图说明
图1是本发明一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
值得注意的是，本文所涉及的“上”“下”等方位词均相对于附图视角而定，仅仅只是为了便于描述，不能够理解为对技术方案的限制。
钢种18CrNiMo7-6的化学成分及含量如下表：
表1是钢种18CrNiMo7-6的化学成分及含量对比(单位：％)
一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，包括以下步骤：
铸坯缓冷：缓冷入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃；
加热炉再加热：坯料依次经过预热段和加热段加热，
其中，预热段温度和节奏控制：预热段温度≤700℃，预热段时间≥125分钟，坯料在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步，温坯步进速度≥4分钟45秒/步；
加热段温度和时间控制：所述加热段包括第一时段和第二时段，所述第一时段温度为1140℃～1160℃，所述第二时段温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且所述加热段时间控制在130分钟～180分钟；
成品轧制后缓冷：缓冷入坑温度≥400℃，出坑温度≤200℃。
本发明的制造方法可以做到过程可控结果可控，生产出的钢18CrNiMo7-6硬度值介于160HB～200HB，表面质量合格，能实现黑皮材交货的产品，具有不需要变动设备，既简单易行，又降低了成本，易于推广等的特点。
在实际生产中，本申请人注意到，现有工艺制作的加氮钢18CrNiMo7-6存在较多的裂纹，导致漏磁探伤的合格率只能保持在70％左右，大大影响了生产效率。经过分析发现，原有工艺坯料也进行缓冷，但是对过程管控不严格，铸坯由炼钢厂用保温车运送至轧钢坯料库，再卸料入轧钢缓冷坑缓冷。在卸料过程中，坯料温度一般在550℃～600℃之间，降温速度快，坯料弯曲严重，导致表面应力大。这主要是因为18CrNiMo7-6合金含量达到3.65～4.75％，钢的导热性差，铸坯在冷却过程中内外温差大，表面表热应力大，冷却速度过快会导致表面产生裂纹。另外，由于钢种加入了氮元素，氮元素和钢中的合金元素形成粗大氮化物，在钢种的晶界或晶内析出，导致钢的热稳定性变差，钢的脆性敏感性增加，铸坯在冷却过程中速度过快表面就会产生裂纹。因此，在铸坯缓冷阶段，需要对其温度进行严格地控制，缓冷入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃，从而减少高温铸坯暴露在空气中强冷的时间，具体可优选设置为：在所述铸坯缓冷的步骤中，缓冷入坑的温度具体为630℃，出坑温度为180℃，对这两个时间点的温度进行严格地把控，从而解决上述铸坯冷却速度过快的问题。
钢坯入炉时预热段温度太高或入炉以后在加热炉快速步进，钢坯内部热应力大，坯料内部会产生裂纹，同时，由于坯料在冷却阶段还存在残余应力，加热过程中两种应力叠加，裂纹更加容易产生，因此，加热过程关键是控制预热段的温度和步进节奏，优选为预热段温度为645℃～665℃，预热段时间为125分钟～145分钟，坯料在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步，温坯步进速度≥4分钟45秒/步。
由于镍元素在高温时与炉气中的硫元素发生反应形成熔点更低的硫化镍网状组织，熔化破坏了钢坯表面在较低温度下形成的保护膜，钢在加热过程中铁素体增加，从而加剧了氧在钢种的扩散，氧化加剧，铁皮粘性增加，钢坯加热后的表面氧化皮通过高压水除鳞难以去除，轧制过程会压入圆钢表面，导致表面产生裂纹。本方法主要控制第一时段温度和加热段时间，主要是控制钢坯在加热过程坯料表面氧化皮厚度，优选为加热段温度和时间控制：加热段包括第一时段和第二时段，第一时段温度为1140℃～1160℃，第二时段温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且加热段时间控制在130分钟～180分钟。而轧后缓冷主要针对加氮钢的脆性，降低冷却速度，减少热应力所导致的裂纹。上述温度和时间的设置均可根据实际生产需要，在合理的范围内进行相应的调整。
在加热炉再加热的步骤中，还包括对空燃比的控制：烟气残氧浓度控制在1％～1.6％，第一时段中空气过剩系数控制在0.85～0.95。空燃比控制主要控制第一时段空气过剩系数，减少均热段即第一时段炉气中过剩氧的含量，控制钢坯在加热过程坯料表面氧化皮厚度，减少由于除鳞不干净导致氧化皮压入导致的缺陷。
成品轧制成所需规格的圆钢时，开轧温度为1060℃，终轧温度≥850℃。对各步骤中钢材温度的进一步把控，从而可实时掌握其温度的变化，实现整个过程可控，结果可控，对轧制过程中的温度进行合理的选择，避免其产生的其他因素影响最终的漏磁探伤合格率。
在成品轧制后缓冷的步骤之前，还包括除鳞的步骤：利用除鳞机对加热后的坯料进行除鳞，以除去铸坯表面氧化皮。由于上述的空燃比控制，坯料在加热过程中表面氧化皮厚度减小，从而更容易利用高压除鳞机的高压水对坯料进行除鳞。在除鳞的步骤中，高压除鳞机的除鳞压力≥23Mpa。除鳞压力在合理的选择范围，有效除去铸坯表面氧化皮，同时避免导致氧化皮压入而造成的裂纹缺陷。
在成品轧制后缓冷的步骤之后，还包括热处理、矫直和联合漏磁探伤的步骤：
热处理：把缓冷后的成品圆钢送入热处理炉进行热处理；
矫直：利用矫直机对热处理后的所述成品圆钢进行矫直，消除所述成品圆钢在缓冷和热处理过程中产生的弯曲，并形成棒材产品；
联合漏磁探伤：对所述棒材产品通过大棒自动漏磁检测机组来检测表面的缺陷。
在热处理的步骤中，热处理温度为870℃，使热处理后的成品圆钢的硬度控制在229HB以下。对于温度进行严格把控并进行合理的选择，避免其产生的其他因素影响最终的漏磁探伤合格率。
本技术方案加氮钢18CrNiMo7-6生产过程工艺参数进行管控，主要涉及如下步骤:铸坯缓冷、加热炉再加热、高压水除鳞、轧制、缓冷、热处理、矫直和联合超声探伤等，可以做到过程可控结果可控，生产出硬度值介于160HB～200HB，表面质量合格，能实现黑皮材交货的产品，本发明的制造方法具有不需要变动设备，既简单易行，又降低了成本，且易于推广等特点。
改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法具体步骤为：
第一步：铸坯缓冷，炼钢厂生产的坯料入缓冷坑进行缓冷，缓冷入坑温度630℃，出坑温度180℃。
铸坯入、出坑温度需严格控制，入缓冷坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃，减少高温铸坯暴露在空气中强冷的时间。
原有工艺坯料也进行缓冷，但是对过程管控不严格，铸坯由炼钢厂用保温车运送至轧钢坯料库，再卸料入轧钢缓冷坑缓冷。在卸料过程中，坯料温度一般在550℃～600℃之间，降温速度快，坯料弯曲严重，导致表面应力大。通过对比现有技术工艺和本制造方法的工艺，把现有技术工艺生产的两条钢材并排摆放，一端贴合的情况下，观察另一端，距离明显较大，而把本制造方法工艺生产的两条钢材并排摆放，一端贴合的情况下，另一端基本也能贴合，之间的距离明显比现有技术工艺的要小，证明坯料弯曲程度明显更低。
第二步：加热炉再加热
加热过程分为两个关键步骤：预热段加热工艺和高温段加热工艺
1、预热段加热工艺：预热段温度645℃～665℃，预热段时间125分钟～145分钟，钢坯在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步、温坯步进速度≥4分钟45秒/步。
本工艺采用的坯料断面尺寸为320mm×425mm，现有技术的工艺对钢坯在预热段前进速度没有进行规定，钢坯入炉后热应力大，出现过钢坯断裂或大裂纹等现象。而本制造方法的工艺对入炉温度和步进速度进行了规定，钢坯入炉后缓慢升温，消除了应力的影响。
2、高温加热段加热工艺：均热段即第一时段的温度为1140℃～1160℃，二次加热段即第二时段的温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且加热段总时间控制在130分钟～180分钟。
钢种18CrNiMo7-6由于含有镍元素高，在加热过程产生氧化皮粘性强，高压水除鳞难以去除，因此，控制18CrNiMo7-6表面质量的关键就是要控制加热过程产生的氧化皮，均热段温度1140℃～1160℃，二次加热段温度1100℃～1180℃，加热段时间＝均热段时间+二次加热段时间控制在130分钟～180分钟，能够有效控制氧化皮产生，高压水除鳞能全部去除。实际操作中，均热段即第一时段在1160℃时和在1200℃时的除鳞效果有着明显的区别，在1160℃时可见除磷后表面基本在同样的光亮程度，而在1200℃时除鳞后仍看见大多的暗色块，即表面的氧化皮层大部分均未能完全去除。
第三步：高压水除鳞，加热后坯料经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮，除鳞压力≥23Mpa。
第四部：轧制，除鳞后的坯料入轧制进行轧制，轧制成所需规格的圆钢，开轧温度1060℃，终轧温度≥850℃。
第五步：圆钢缓冷，轧成的圆钢入缓冷坑缓冷，消除冷却过程产生的应力，缓冷入坑温度≥400℃，出坑温度≤200℃。轧后缓冷针对加氮钢的脆性，降低冷却速度，进一步减少热应力所导致的裂纹。
第六步：热处理，缓冷后入热处理炉进行热处理，热处理温度870℃，硬度控制在229HB以下。
第七步：矫直，热处理后圆钢入矫直机进行矫直，消除圆钢在缓冷和热处理过程中产生的弯曲。
第八步：联合漏磁探伤，棒材产品通过大棒自动漏磁检测机组来检测表面的缺陷。漏磁探伤结果对照如下：
表2是现有工艺和本制造方法工艺的漏磁探伤结果对比
通过上述表格对比可知，通过控制各阶段步骤中的温度和时间，使用本制造方法工艺制作的加氮钢18CrNiMo7-6合格率明显较高，相较于现有技术的工艺方法，本方法的生产质量有了明显提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
铸坯缓冷：缓冷入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃；
加热炉再加热：坯料依次经过预热段和加热段加热，
其中，预热段温度和节奏控制：预热段温度≤700℃，预热段时间≥125分钟，坯料在预热段均衡步进，冷坯步进速度≥6分钟/步，温坯步进速度≥4分钟45秒/步；
加热段温度和时间控制：所述加热段包括第一时段和第二时段，所述第一时段温度为1140℃～1160℃，所述第二时段温度为1100℃～1180℃，加热段时间＝第一时段时间+第二时段时间，且所述加热段时间控制在130分钟～180分钟；
成品轧制后缓冷：缓冷入坑温度≥400℃，出坑温度≤200℃。
2.如权利要求1所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述加热炉再加热的步骤中，还包括对空燃比的控制：烟气残氧浓度控制在1％～1.6％，所述第一时段中空气过剩系数控制在0.85～0.95。
3.如权利要求2所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述铸坯缓冷的步骤中，缓冷入坑的温度具体为630℃，出坑温度为180℃。
4.如权利要求3所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，所述预热段温度为645℃～665℃。
5.如权利要求4所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，所述预热段时间为125分钟～145分钟。
6.如权利要求5所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，成品轧制成所需规格的圆钢时，开轧温度为1060℃，终轧温度≥850℃。
7.如权利要求6所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述成品轧制后缓冷的步骤之前，还包括除鳞的步骤：利用除鳞机对加热后的坯料进行除鳞，以除去铸坯表面氧化皮。
8.如权利要求7所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述除鳞的步骤中，除鳞机的除鳞压力≥23Mpa。
9.如权利要求8所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述成品轧制后缓冷的步骤之后，还包括热处理、矫直和联合漏磁探伤的步骤：
热处理：把缓冷后的成品圆钢送入热处理炉进行热处理；
矫直：利用矫直机对热处理后的所述成品圆钢进行矫直，消除所述成品圆钢在缓冷和热处理过程中产生的弯曲，并形成棒材产品；
联合漏磁探伤：对所述棒材产品通过大棒自动漏磁检测机组来检测表面的缺陷。
10.如权利要求9所述改善加氮钢18CrNiMo7-6表面质量的制造方法，其特征在于，在所述热处理的步骤中，所述热处理温度为870℃，使热处理后的成品圆钢的硬度控制在229HB以下。
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