CN113106225A - 一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法 - Google Patents

一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，所述方法包括，获得C质量分数为0.4‑0.7％的高碳工具钢板坯；对所述板坯以1.01‑1.15的空气过剩系数进行预热，获得预热板坯；对所述预热板坯以1.01‑1.15的空气过剩系数进行第一加热，获得第一加热板坯；对所述第一加热板坯进行第二加热，获得第二加热板坯；对所述第二加热板坯以0.95‑1.05的空气过剩系数进行保温，获得第三加热板坯；对所述第三加热板坯进行轧制和卷取，获得低晶间氧化深度的高碳工具钢。采用本发明提供的方法，高碳工具钢的晶间氧化深度为3.4‑5.3μm，晶间氧化深度浅，无边部线状起皮缺陷，表面质量良好。

Description

一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，尤其涉及一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法。
背景技术
高碳工具钢，用户一般将其用于汽车或五金等零部件，在热轧过程中如果工艺不当，材料表层会发生晶间氧化，晶间氧化深度达到10μm以上，产品表面的强度和硬度无法达到要求，并且在材料表面容易产生微裂纹，达到疲劳极限时发生脆性断裂，在后续的使用中带来安全隐患，引发严重后果。
目前，通过对热轧板卷在酸洗时延长酸洗时间或者增加酸洗浓度来减小晶间氧化，但是这种方法投入的成本很大，而且严重影响生产节奏，生产周期较长。
发明内容
本发明提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，在低成本条件下，解决现有技术中晶间氧化严重的技术问题。
本发明提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，所述方法包括，
获得C质量分数为0.4-0.7％的高碳工具钢板坯；
对所述板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行预热，获得预热板坯；
对所述预热板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行第一加热，获得第一加热板坯；
对所述第一加热板坯进行第二加热，获得第二加热板坯；
对所述第二加热板坯以0.95-1.05的空气过剩系数进行保温，获得第三加热板坯；
对所述第三加热板坯进行轧制和卷取，获得低晶间氧化深度的高碳工具钢。
进一步地，所述预热温度为700-950℃，所述预热时间为40-70min。
进一步地，所述第一加热温度为900-1150℃，所述第一加热时间为30-60min。
进一步地，所述第二加热的空气过剩系数为1-1.05，所述第二加热温度为1100-1250℃，第二加热时间为25-50min。
进一步地，所述保温温度为1150-1250℃，保温时间为25-50min。
进一步地，所述轧制包括粗轧，所述粗轧中，第1道次、第3道次和第5道次进行除磷，所述粗轧结束温度为1000-1070℃。
进一步地，所述轧制还包括精轧，所述精轧开始温度为900-1050℃，所述精轧结束温度为830-890℃。
进一步地，所述卷取温度为560-630℃。
进一步地，所述高碳工具钢板坯的温度＞350℃。
进一步地，所述高碳工具钢板坯的厚度为200-250mm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，在高碳工具钢板坯加热过程中严格控制预热段、第一加热和保温过程中的空气过剩系数，其中预热段和第一加热过程采用氧化性气氛加热，以在高碳钢板坯表面形成一层致密的氧化铁皮，减少第二加热和保温阶段氧元素进入基体；均热段采用还原性气氛，以减小板坯表面脱碳，从而减弱晶间氧化的深度。本发明提供的高碳工具钢的晶间氧化深度为3.4-5.3μm，晶间氧化深度浅，无边部线状起皮缺陷，表面质量良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的高碳工具钢的晶间氧化图；
图2为对比例1提供的高碳工具钢的晶间氧化图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，所述方法包括，
S1，获得C质量分数为0.4-0.7％的高碳工具钢板坯；
高碳工具钢为了具有更高的硬度和强度，一般碳含量较高，在本发明中，高碳工具钢中的碳含量为0.4-0.7％。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述高碳工具钢板坯的温度＞350℃。
在实际操作中，可以采用热装的方式保证入炉高碳工具钢板坯的温度高于350℃。这样可以减少高碳工具钢板坯在加热炉内的停留时间，从而减少高温下的晶间氧化，从而提高高碳工具钢的强度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述高碳工具钢板坯的厚度为200-250mm。
S2，对所述板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行预热，获得预热板坯；
在本发明中，空气过剩系数是指加热过程中，实际空气用量和理论空气用量的比值，即“实际空气用量/理论空气用量”表示了空气的过剩程度，叫空气过剩系数，通常以α表示。空气过剩系数越大，表示加热氛围的氧化性越强，反之还原性越强。预热过程中，在氧化气氛下加热，可以在高碳钢板坯表面形成一层致密的氧化铁皮，从而减少氧元素进入基体中，抑制晶间氧化，从而提高高碳钢的强度。
空气过剩系数过大，会导致铁皮过厚影响成材率；空气过剩系数过小，会形成还原性气氛，形成的铁皮疏松，后期高温过程中氧原子更容易渗入基体中。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述预热温度为700-950℃，所述预热时间为40-70min。
S3，对所述预热板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行第一加热，获得第一加热板坯；
第一加热过程中，仍然采用氧化性气氛加热，可以进一步提高高碳钢板坯氧化铁皮的致密性，以抑制氧元素进入基体，从而减少晶间氧化，提高高碳钢的强度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一加热温度为900-1150℃，所述第一加热时间为30-60min。
第一加热时间过长，容易造成氧化严重，避免带钢在高温区长时间停留。
S4，对所述第一加热板坯进行第二加热，获得第二加热板坯；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二加热的空气过剩系数为1-1.05，所述第二加热温度为1100-1250℃，第二加热时间为25-50min。
第二加热在弱氧化气氛下进行，同时尽量控制较短的第二加热时间，使得板坯可以高温快烧，避免板坯在高温短停留时间过长，造成带钢表层晶间氧化严重。
S5，对所述第二加热板坯以0.95-1.05的空气过剩系数进行保温，获得第三加热板坯；
保温过程在还原性气氛下进行，可以减少板坯表面的脱碳，从而减少高碳钢的晶间氧化深度，提高高碳工具钢的强度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述保温温度为1150-1250℃，保温时间为25-50min。晶间氧化深度与加热时间成正比，即随保温时间的延长，呈现逐渐增大晶间氧化深度的趋势。当加热温度超过1000℃以后，晶间氧化层深度迅速增加，因此在高温区域避免长时间停留。
S6，对所述第三加热板坯进行轧制和卷取，获得低晶间氧化深度的高碳工具钢。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述轧制包括粗轧，所述粗轧中，第1道次、第3道次和第5道次进行除磷，所述粗轧结束温度为1000-1070℃。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述轧制还包括精轧，所述精轧开始温度为900-1050℃，所述精轧结束温度为830-890℃。
采用较低的精轧温度，在保证轧制稳定性的同时，减少中间坯的氧化，从而减少晶间氧化，提高高碳工具钢的强度。精轧轧制温度过高或过低，会使材料落入高温脆性区，带钢容易出现边部起皮缺陷。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述卷取温度为560-630℃。
采用较低的卷取温度，避免在卷取过程中，氧在带钢表面聚集与材料中Cr、Mn等元素析出形成晶间氧化物。
在本发明中高碳工具钢板坯的化学成分包括如下质量分数的化学成分：C:0.4-0.7％，Si:0.2-0.4％，Ni≤0.4％，Cr≤0.4％.
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法进行详细说明。
实施例1-7
实施例1-7提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，在1580mm热轧产线生产加工规格为3.5*1250mm高碳工具钢钢卷。
连铸板坯尺寸为230*1300*9800mm，牌号为65CrNi，板坯的化学成分为C：0.65％，Si：0.24％，Mn:0.29％，S:0.009％，P：0.015％，Al：0.36％，Ni：0.33％，Cr:0.29％，其余为Fe及不可避免的杂质。
将连铸板坯热装进入加热炉中，依次预热、第一加热、第二加热和保温，出炉后进行5道次粗轧，获得厚度40mm的中间坯；对中间坯依次进行精轧和层流冷却，卷取后获得高碳工具钢。
板坯入炉温度和预热工艺如表1所示，第一加热、第二加热和保温过程的工艺参数如表2所示。粗轧、精轧和卷取工艺参数如表3所示。其中，粗轧粗除鳞采用单排除鳞,且利用逆喷代替侧喷,粗轧区采用第1、第3和第5道次除鳞中间坯；精轧采用七个机架连续轧制；卷取采用前段冷却。
表1
编号 入炉温度/℃ 预热温度/℃ 预热时间/min 预热空气过剩系数
实施例1 573 853 40 1.1
实施例2 570 840 52 1.05
实施例3 565 760 50 1.12
实施例4 580 820 65 1.03
实施例5 580 830 60 1.08
实施例6 568 910 45 1.04
实施例7 580 900 63 1.11
表2
Figure BDA0003001300200000051
表3
Figure BDA0003001300200000052
表4
Figure BDA0003001300200000053
对比例1-7
对比例1-7提供了一种高碳工具钢的生产方法，在1580mm热轧产线生产加工规格为3.5*1250mm的板卷。
炼钢连铸板坯尺寸为230*1300*9800mm，牌号为65CrNi，板坯的化学成分为C：0.67％，Si：0.28％，Mn:0.31％，S:0.010％，P：0.016％，Al：0.38％，Ni：0.34％，Cr:0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质。
将连铸板坯热装进入加热炉中，依次预热、第一加热、第二加热和保温，出炉后进行5道次粗轧，获得中间坯；对中间坯依次进行精轧和层流冷却，卷取后获得高碳工具钢。具体工艺如表5-6所示。
表5
Figure BDA0003001300200000061
表6
Figure BDA0003001300200000062
观察表4可知，本发明实施例1-7提供的方法，高碳工具钢的晶间氧化深度为3.4-5.3μm，无边部线状起皮缺陷。观察表6可知，对比例1-7提供的方法，高碳工具钢的晶间氧化深度为10.2-15.2μm，均大于10μm，不能满足协议要求。
本发明提供了一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，在高碳工具钢板坯加热过程中严格控制预热段、第一加热、第二加热和保温过程中的空气过剩系数，其中预热段和第一加热过程采用氧化性气氛加热，以在高碳钢板坯表面形成一层致密的氧化铁皮，减少第二加热和保温阶段氧元素进入基体；均热段采用还原性气氛，以减小板坯表面脱碳，从而减弱晶间氧化的深度。本发明提供的高碳工具钢的晶间氧化深度为3.4-5.3μm，晶间氧化深度浅，无边部线状起皮缺陷，表面质量良好。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述方法包括，
获得C质量分数为0.4-0.7％的高碳工具钢板坯；
对所述板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行预热，获得预热板坯；
对所述预热板坯以1.01-1.15的空气过剩系数进行第一加热，获得第一加热板坯；
对所述第一加热板坯进行第二加热，获得第二加热板坯；
对所述第二加热板坯以0.95-1.05的空气过剩系数进行保温，获得第三加热板坯；
对所述第三加热板坯进行轧制和卷取，获得低晶间氧化深度的高碳工具钢。
2.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述预热温度为700-950℃，所述预热时间为40-70min。
3.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述第一加热温度为900-1150℃，所述第一加热时间为30-60min。
4.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述第二加热的空气过剩系数为1-1.05，所述第二加热温度为1100-1250℃，第二加热时间为25-50min。
5.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述保温温度为1150-1250℃，保温时间为25-50min。
6.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述轧制包括粗轧，所述粗轧中，第1道次、第3道次和第5道次进行除磷，所述粗轧结束温度为1000-1070℃。
7.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述轧制还包括精轧，所述精轧开始温度为900-1050℃，所述精轧结束温度为830-890℃。
8.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述卷取温度为560-630℃。
9.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述高碳工具钢板坯的温度＞350℃。
10.根据权利要求1所述的一种减小高碳工具钢晶间氧化深度的方法，其特征在于，所述高碳工具钢板坯的厚度为200-250mm。
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CN114058949A (zh) * 2021-10-18 2022-02-18 首钢集团有限公司 一种热成型钢酸洗板及降低其表面晶间氧化的方法

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