CN112792307A - 一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法 - Google Patents

一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，通过设计合理的连铸工艺参数、控制轧制工艺参数，解决了低碳管坯钢表面裂纹多，漏磁合格率低的问题，有效改善圆钢表面质量。

Description

一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，属于冶金行业钢铁制造技术领域。
背景技术
市场上常见到的管坯钢主要用于穿制钢管，常见牌号有10#、20#、SA106、15CrMoG、12Cr1MoVG、T22等，广泛应用于石化、蒸汽管道、火力发电等领域。由于在穿制钢管过程中，管坯钢将受挤压、拉伸和扭转等复杂应变，其表面任何微缺陷都可能扩大，形成严重的表面缺陷，这就要求管坯钢具有良好的表面质量。
低碳管坯钢在成分设计时，尤其是碳含量≤0.20%范围的，很难避开包晶反应区域，而包晶转过程伴随较大的体积收缩，当铸坯实际变形量超过自身允许的塑性变形时，就会萌生裂纹，因此低碳管坯钢的表面裂纹问题尤为突出，大多时候轧制的圆钢需要人工修磨或滚磨，大大提升了制造成本，该问题一直困扰着多数钢厂。
专利号为CN 103264047A，专利名称为“一种提高低碳钢盘条表面质量的粗轧方法”公开了对钢坯开轧温度、角部温度、粗轧孔型设计、轧制速度、轧辊状态等参数的优化，改善低碳钢盘条表面质量的方法。该方法仅对钢坯轧制过程进行优化，只针对盘条的表面质量，未涉及钢坯和圆钢表面质量的控制方法。
专利号为CN 104209318A专利名称为“一种避免大规格圆钢表面裂纹的孔型系统与粗轧工艺”公开了粗轧孔型系统和粗轧工艺的设计，提高产品生产效率和成材率，也未提及钢坯表面的质量控制方法。
检索相关数据库发现，现有技术中关于低碳管坯钢表面质量控制的研究很少，已有部分研究仅限于孔型设计、粗轧工艺等，鲜有关于钢坯的表面质量研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，通过设计的连铸工艺参数、控制轧制工艺参数，减少低碳管坯钢表面裂纹，改善圆钢表面质量。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，包括如下步骤：
连铸：将低碳管坯钢各成分混合后，经过转炉、LF精炼和真空脱气处理，制得符合低碳管坯钢成分设计要求的钢水，钢水注入具有整体浸入式水口的中间包结晶器内进行浇注，设定连铸坯拉速0.9-1.2m/min，二冷区采用水雾喷淋方式，比水量0.25-0.45l/kg，连铸坯拉出后入坑缓冷36h以上；
加热：将入坑缓冷制得的连铸坯经加热炉加热，加热炉的预热温度不大于850℃、加热一段温度880～1000℃、加热二段温度1000～1100℃、均热温度1150～1190℃，总加热时间不少于4h；
轧制：连铸坯出加热炉后，经水压力为18-25MPa的高压水去除表面氧化皮，控制开轧温度范围1000～1100℃，经连轧机组轧制后，圆钢上冷床的温度范围为800-900℃；
堆垛冷却：将下冷床后的圆钢分段打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却；
漏磁探伤：对堆垛冷却后的圆钢表面进行漏磁探伤检测。
进一步的，所述加热温度分为加热一段温度及加热二段温度，所述加热一段温度范围880～1000℃，加热时间不少于1.5h；加热二段温度1000～1100℃，加热时间不少于1h。
进一步的，所述中间包的过热度范围为20-32℃。
进一步的，所述中间包结晶器内加入适用于碳含量≤0.20%钢种的低碳保护渣，保护低碳管坯钢的浇筑。
进一步的，所述预热温度的时间不少于0.5h。
进一步的，所述均热温度的时间不少于1h。
进一步的，所述加热炉采用步进梁式加热炉。
进一步的，所述避风堆垛冷却的时间为36h以上。
进一步的，所述连轧机组至少包括12架平立交替的连轧机。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，优化连铸工艺参数，结合该方法的开轧温度和冷却设计，有效改善圆钢表面质量。
附图说明
图1是原工艺连铸和轧制Ф90规格圆钢表面裂纹形貌图；
图2是原工艺连铸和轧制Ф90规格圆钢表面漏磁波峰图；
图3是采用本发明实施例的工艺方法连铸和轧制Ф90规格圆钢表面裂纹形貌图；
图4是采用本发明实施例的工艺方法连铸和轧制Ф90规格圆钢表面漏磁波峰图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
低碳管坯钢的化学成分：C≤0.20%、Si0.15～0.35%、Mn≤1.50%、P≤0.020%、S≤0.020%、Al≤0.015%、V≤0.30%、Cr≤1.50%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%、Mo≤1.00%、[O]≤20×10-6、[N]≤80×10-6，其它为Fe和不可避免的杂质。
由Fe-C平衡相图可知，低碳管钢坯的结晶特点是，首先从液相析出δ铁素体，然后不同的碳含量发生包晶反应（δ+L→γ）和同素异构转变（δ→γ）。出现包晶反应时，凝固温度区间很窄、体积收缩大，对钢的塑性有极为不利的影响，容易产生裂纹。低碳管坯钢铸坯表面裂纹产生是多种因素综合的结果，即在初生坯壳薄弱处产生微裂纹，然后出结晶器后在二冷区或矫直区进一步扩展。
拉速提高时，铸坯表面容易生成裂纹和漏钢，当拉速较高时，保护渣消耗量减少，液渣膜厚度也减小，因而使坯壳和结晶器界面的摩擦力增加，同时坯壳断裂强度降低。在拉坯过程中，尤其对于低碳管坯钢来说，当摩擦力大于断裂强度时，坯壳将被撕裂，产生较大的裂纹。
连铸二冷区比水量较大时，铸坯角部明显变黑，当冷却不均匀时，铸坯回温严重，热应力增大，容易产生角裂和边裂。且根据包晶钢的高温脆性温度可知，生产实际中终轧温度难以避开低塑性区，对圆钢表面质量的控制相对不易。
为改善低碳管坯钢表面质量，降低修磨或滚磨制造成本，本发明提出一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法。通过设计连铸工艺参数，如拉速、过热度以及二冷制度，降低铸坯表面裂纹敏感性倾向，从而提高铸坯表面质量，为轧制圆钢表面质量的控制创造条件。同时匹配合适加热制度和轧制工艺，确保开轧温度避开高温脆性区间，提高铸坯变形过程的塑性变形能力。
本发明对低碳管坯钢进行连铸和轧制试验，选用不同的工艺参数如表1所示。
表1：不同实施例的工艺参数
示例 过热度℃ 拉速m/min 二冷水比水量l/kg 钢坯缓冷时间h 均热温度℃ 开轧温度℃ 圆钢堆冷时间h
原工艺 28-30 1.20 0.45 36 1180-1200 1100 36
实施例1 27-28 1.20 0.45 36 1160-1170 1065 36
实施例2 25-27 1.05 0.30 48 1180-1190 1093 36
实施例3 29-32 1.05 0.30 48 1155-1160 1063 36
实施例4 20-23 0.90 0.25 48 1185-1190 1088 36
实施例5 25-28 0.90 0.25 48 1153-1160 1065 36
如图1所示为原工艺连铸和轧制Ф90规格圆钢表面裂纹形貌图，图2为原工艺连铸和轧制Ф90规格圆钢表面漏磁波峰图，原工艺生产方法步骤如下：
连铸：连铸中间包采用整体浸入式水口；中包过热度28-30℃，拉速设定1.20m/min，二冷区比水量0.45l/kg，低碳钢保护渣，并避风堆冷36h。
加热和轧制：连铸坯经过加热炉加热，预热温度830℃、加热时间1h，加热一段温度1050～1100℃、加热时间1.5h，加热二段温度1100～1150℃、加热时间1.5h，均热温度1180～1230℃、加热时间1h，总加热时间6h。连铸坯出炉后，经过高压水除鳞去除表面氧化皮，开轧温度≥1150℃，轧制后上冷床温度≥850℃。圆钢下冷床后避风堆垛冷却。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
实施例1：以Ф80规格圆钢来具体说明本发明实施步骤。
连铸：钢包吊运至大包回转台后，接通大包长水口，使得钢水顺利注入中间包，中间包采用整体浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化。开始浇注时，利用连铸自动化设备，设定连铸坯拉速1.2m/min，二冷区比水量0.40l/kg，采用水雾喷淋相结合的方式，降低冷却强度，同时使用低碳钢专用保护渣；严格控制中间包钢水温度，过热度28-30℃。待连铸坯拉出后，入坑缓冷时间控制待36h，从而制得所需要的连铸坯。
加热：经过缓冷后，将连铸坯运至轧钢车间，采用步进梁式加热炉进行加热，保证入炉时预热温度830℃，加热时间0.5h；加热一段温度880～1000℃，加热时间1.5h；加热二段温度1000～1100℃，加热时间1.5h；均热温度1160～1170℃，保温时间1.5h，总加热时间5h。
轧制：连铸坯出加热炉后，经过水压力19MPa的高压水除鳞，去除表面氧化皮，进行轧制制得圆钢，控制开轧温度范围1065℃，经过12架平立交替的连轧机组，最终圆钢达到冷床位置，上冷床温度在840℃。
堆垛冷却：圆钢按照定尺进行分段，简易打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却，冷却时间36h，消除圆钢内外的拉压应力。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
实施例2：以Ф80规格圆钢来具体说明本发明实施步骤。
连铸：钢包吊运至大包回转台后，接通大包长水口，使得钢水顺利注入中间包，中间包采用整体浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化。开始浇注时，利用连铸自动化设备，设定连铸坯拉速1.05m/min，二冷区比水量0.30l/kg，采用水雾喷淋相结合的方式，降低冷却强度，同时使用低碳钢专用保护渣；严格控制中间包钢水温度，过热度25-27℃。待连铸坯拉出后，入坑缓冷时间控制待48h，从而制得所需要的连铸坯。
加热：经过缓冷后，将连铸坯运至轧钢车间，采用步进梁式加热炉进行加热，保证入炉时预热温度825℃，加热时间0.5h；加热一段温度920～1020℃，加热时间1.5h；加热二段温度1000～1080℃，加热时间1.5h；均热温度1180～1190℃，保温时间1h，总加热时间4.5h。
轧制：连铸坯出加热炉后，经过水压力20MPa的高压水除鳞，去除表面氧化皮，进行轧制制得圆钢，控制开轧温度范围1093℃，经过12架平立交替的连轧机组，最终圆钢达到冷床位置，上冷床温度在845℃。
堆垛冷却：圆钢按照定尺进行分段，简易打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却，冷却时间36h，消除圆钢内外的拉压应力。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
实施例3：以Ф85规格圆钢来具体说明本发明实施步骤。
连铸：钢包吊运至大包回转台后，接通大包长水口，使得钢水顺利注入中间包，中间包采用整体浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化。开始浇注时，利用连铸自动化设备，设定连铸坯拉速1.05m/min，二冷区比水量0.30l/kg，采用水雾喷淋相结合的方式，降低冷却强度，同时使用低碳钢专用保护渣；严格控制中间包钢水温度，过热度29-32℃。待连铸坯拉出后，入坑缓冷时间控制待48h，从而制得所需要的连铸坯。
加热：经过缓冷后，将连铸坯运至轧钢车间，采用步进梁式加热炉进行加热，保证入炉时预热温度830℃，加热时间0.5h；加热一段温度950～1000℃，加热时间2h；加热二段温度1030～1090℃，加热时间1.5h；均热温度1155～1160℃，保温时间1h，总加热时间5h。
轧制：连铸坯出加热炉后，经过水压力21MPa的高压水除鳞，去除表面氧化皮，进行轧制制得圆钢，控制开轧温度范围1063℃，经过12架平立交替的连轧机组，最终圆钢达到冷床位置，上冷床温度为838℃。
堆垛冷却：圆钢按照定尺进行分段，简易打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却，冷却时间36h，消除圆钢内外的拉压应力。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
实施例4：以Ф90规格圆钢来具体说明本发明实施步骤。
连铸：钢包吊运至大包回转台后，接通大包长水口，使得钢水顺利注入中间包，中间包采用整体浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化。开始浇注时，利用连铸自动化设备，设定连铸坯拉速0.90m/min，二冷区比水量0.25l/kg，采用水雾喷淋相结合的方式，降低冷却强度，同时使用低碳钢专用保护渣；严格控制中间包钢水温度，过热度20-23℃。待连铸坯拉出后，入坑缓冷时间控制待48h，从而制得所需要的连铸坯。
加热：经过缓冷后，将连铸坯运至轧钢车间，采用步进梁式加热炉进行加热，保证入炉时预热温度818℃，加热时间0.5h；加热一段温度920～1000℃，加热时间1.5h；加热二段温度1050～1100℃，加热时间1.5h；均热温度1185～1190℃，保温时间1.5h，总加热时间5h。
轧制：连铸坯出加热炉后，经过水压力19MPa的高压水除鳞，去除表面氧化皮，进行轧制制得圆钢，控制开轧温度范围1088℃，经过12架平立交替的连轧机组，最终圆钢达到冷床位置，上冷床温度在856℃。
堆垛冷却：圆钢按照定尺进行分段，简易打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却，冷却时间36h，消除圆钢内外的拉压应力。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
实施例5：以Ф90规格圆钢来具体说明本发明实施步骤。
连铸：钢包吊运至大包回转台后，接通大包长水口，使得钢水顺利注入中间包，中间包采用整体浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化。开始浇注时，利用连铸自动化设备，设定连铸坯拉速0.90m/min，二冷区比水量0.25l/kg，采用水雾喷淋相结合的方式，降低冷却强度，同时使用低碳钢专用保护渣；严格控制中间包钢水温度，过热度25-28℃。待连铸坯拉出后，入坑缓冷时间控制待48h，从而制得所需要的连铸坯。
加热：轧制：经过缓冷后，将连铸坯运至轧钢车间，采用步进梁式加热炉进行加热，保证入炉时预热温度823℃，加热时间0.5h；加热一段温度930～1030℃，加热时间1.5h；加热二段温度970～1070℃，加热时间1.5h；均热温度1150～1160℃，保温时间1h，总加热时间4.5h。
连铸坯出加热炉后，经过水压力21MPa的高压水除鳞，去除表面氧化皮，进行轧制制得圆钢，控制开轧温度范围1065℃，经过12架平立交替的连轧机组，最终圆钢达到冷床位置，上冷床温度在835℃。
堆垛冷却：圆钢按照定尺进行分段，简易打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却，冷却时间36h，消除圆钢内外的拉压应力。
漏磁探伤：圆钢表面进行漏磁探伤检测。
如图3所示，是采用本发明实施例5的工艺方法连铸和轧制Ф90规格圆钢表面裂纹形貌图，图4是采用本发明实施例5的工艺方法连铸和轧制Ф90规格圆钢表面漏磁波峰图。
按照上述的实施步骤得到的低碳管坯钢，圆钢表面裂纹数量大幅减少，裂纹深度显著减小，圆钢表面漏磁探伤合格率明显提高，甚至可以达到93%，有效的减少圆钢表面修磨或滚磨频率，降低生产成本，同时完全满足用户对穿管的需求。
实施例1-5，经过避风堆垛冷却后的低碳管坯钢进行漏磁探伤，精度按照深度×宽度×长度：0.3mm×0.2mm×25mm执行，具体结果如表2。
表2：圆钢漏磁合格率
示例 检测支数 合格支数 小缺陷支数 大缺陷支数 合格率
原工艺 148 12 121 15 8.1%
实施例1 140 28 105 7 20.0%
实施例2 146 62 70 8 42.5%
实施例3 137 74 57 6 53.8%
实施例4 145 105 34 6 72.4%
实施例5 142 132 5 5 93.0%
结果表明，采用本发明提供的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，设计二冷区比水量，考虑包晶钢高温脆性区的影响范围为1000-1300℃，保证铸坯进拉矫机温度1000～1050℃，减少铸坯在矫直过程的热应力，降低裂纹产生的频率，采用弱冷显著减少了铸坯表面裂纹，所制得的圆钢表面质量得到很大的提升，圆钢表面裂纹的深度和数量均有显著改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
连铸：将低碳管坯钢各成分混合后，经过转炉、LF精炼和真空脱气处理，制得符合低碳管坯钢成分设计要求的钢水，钢水注入具有整体浸入式水口的中间包结晶器内进行浇注，设定连铸坯拉速0.9-1.2m/min，二冷区采用水雾喷淋方式，比水量0.25-0.45l/kg，连铸坯拉出后入坑缓冷36h以上；
加热：将入坑缓冷制得的连铸坯经加热炉加热，加热炉的预热温度不大于850℃、加热一段温度880～1000℃、加热二段温度1000～1100℃、均热温度1150～1190℃，总加热时间不少于4h；
轧制：连铸坯出加热炉后，经水压力为18-25MPa的高压水去除表面氧化皮，控制开轧温度范围1000～1100℃，经连轧机组轧制后，圆钢上冷床的温度范围为800-900℃；
堆垛冷却：将下冷床后的圆钢分段打包收集，转入避风围挡区域进行避风堆垛冷却；
漏磁探伤：对堆垛冷却后的圆钢表面进行漏磁探伤检测。
2.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述加热温度分为加热一段温度及加热二段温度，所述加热一段温度范围880～1000℃，加热时间不少于1.5h；加热二段温度1000～1100℃，加热时间不少于1h。
3.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述中间包的过热度范围为20-32℃。
4.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述中间包结晶器内加入适用于碳含量≤0.20%钢种的低碳保护渣。
5.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述预热温度的时间不少于0.5h。
6.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述均热温度的时间不少于1h。
7.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述加热炉采用步进梁式加热炉。
8.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述堆垛冷却的时间为36h以上。
9.根据权利要求1所述的一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法，其特征在于，所述连轧机组至少包括12架平立交替的连轧机。
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