CN113699335A - 一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，具体步骤如下；铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在加热炉内的停留时间大于或等于230min，铸坯在预热段的加热温度小于或等于680℃，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，铸坯在二加热段的温度是1080℃‑1140℃，铸坯在均热段的温度是1090℃‑1120℃；高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。本发明对60Si2Mn生产过程工艺参数进行管控，不需要变动设备，具有简单易行和经济实惠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及冶炼技术领域，更具体地说，它涉及一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法。
背景技术
60Si2Mn是生产弹簧的一种钢材，钢材在热轧过程中，表面会发生脱碳，导致成品的疲劳极限降低，弹簧过早失效，而且，由于60Si2Mn的硅含量高，在加热过程中钢材的表面更容易脱碳，因此，控制60Si2Mn弹簧钢在加热过程中表面脱碳是保证弹簧钢质量的关键。
当前控制60Si2Mn在加热过程中脱碳的主要手段是控制钢坯在加热炉内的加热工艺，比如控制钢坯在加热炉内各段的温度、在炉时间和炉气气氛等。目前加热炉一般是多段式加热炉，包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，加热炉的温度控制采用多段控制，但是加热时间受整个工序的制约，实现精确控制的难度较大，钢坯在炉时间往往长短不一，因此即使加热炉的温度严格按照工艺标准要求来执行，随着在炉时间不同，钢坯在炉内同一段的温度会不同，成品脱碳程度也不同，导致脱碳超标。
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高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，对60Si2Mn生产过程工艺参数进行管控，从钢坯入炉开始就对加热温度、加热时间和空燃比全过程进行管控，全过程控制导致脱碳的工艺参数，可以做到过程可控结果可控，不需要变动设备，具有简单易行和经济实惠的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，包括铸坯缓冷、加热炉再热、高压水除鳞和轧制的步骤，具体步骤如下；
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在加热炉内的停留时间大于或等于230min，铸坯在加热炉内的加热过程分为预热段、一加热段、二加热段和均热段，其中，铸坯在预热段的加热温度小于或等于680℃，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，一加热段出段温度采用模型温度控制，铸坯在二加热段的温度是1080℃-1140℃，铸坯在均热段的温度是1090℃-1120℃；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，加热炉内的炉气残氧浓度是1％-1.5％，且均热段的空燃比小于或等于1.8：1。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，铸坯在预热段的停留时间大于或等于100min，保证铸坯在预热段有足够的停留时间，提高铸坯出预热段时的温度，实现铸坯进入高温段后的快速加热。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，铸坯在一加热段的停留时间大于或等于50min，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，保证铸坯在一加热段内有足够的停留时间，实现进入高温段后铸坯快速加热。铸坯进入一加热段时，温度一般在500-600℃，铸坯自身的温度和炉气温度差值较大，用模型出段温度作为控制温度比用炉气温度作为控制温度精确，因为在生产节奏快时，能够保证钢坯温度，在生产节奏慢时，能够控制升温速度，减少钢坯达到高温的时间，推迟脱碳发生的时间。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段的加热温度是1080℃-1120℃，在满足升温需求的前提下，降低二加热段的温度，确保脱碳速度最小，减少二加热段新增脱碳层。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，铸坯在均热段的温度是1090℃-1110℃，尽量降低均热段的温度，确保脱碳速度最小，减少均热段新增脱碳层。
在其中一个实施例中，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段和均热段停留的时间之和大于或等于80min，且小于或等于130min。二加热段与均热段统称为高温段，在保证加热质量的前提下，使铸坯在高温段停留的时间最短。
在其中一个实施例中，当铸坯在高温段停留的时间达到上限时间，控制均热段的温度下降至下限的温度，减少由于高温段在炉时间超时所新增脱碳层。
在其中一个实施例中，在高压水除鳞的步骤，高压除鳞机的除鳞水压力大于或等于23Mpa。氧化铁皮在轧制过程中可能压入成品表面，有氧化皮压入的地方脱碳明显高于没有氧化皮压入的地方，除鳞水压力大于或等于23Mpa，可以100％去除氧化铁皮，消除由于除鳞不干净导致的脱碳超标的因素。
在其中一个实施例中，在轧制的步骤，开轧温度大于或等于1020℃，终轧温度大于或等于800℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明对60Si2Mn生产过程工艺参数进行管控，主要涉及铸坯缓冷、加热炉再热、高压水除鳞和轧制的步骤，实现了过程可控结果可控，生产出的产品表面脱碳比控制在1％以下，实现黑皮材交货的产品，具有不需要变动设备的优点，本发明具有简单易行、经济实惠和易于推广等特点。
具体实施方式
下面结合实施例，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。
弹簧钢60Si2Mn的化学成分(％)如表1所示。
| 牌号 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | P | S |
| 60Si2Mn | 0.56-0.64 | 1.50-2.00 | 0.70-1.00 | ≤0.35 | ≤0.35 | ≤0.25 | ≤0.035 | ≤0.035 |
由表1可见，60Si2Mn的硅含量较高，在加热过程中钢材的表面更容易脱碳，控制60Si2Mn弹簧钢在加热过程中表面脱碳是保证弹簧钢质量的关键。
本申请提供了一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，包括铸坯缓冷、加热炉再热、高压水除鳞和轧制的步骤，具体步骤如下；
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；铸坯进入或离开缓冷坑的温度需要严格控制，尽量减少高温的铸坯暴露在空气中强冷的时间；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在加热炉内的停留时间大于或等于230min，铸坯在加热炉内的加热过程分为预热段、一加热段、二加热段和均热段，其中，铸坯在预热段的加热温度小于或等于680℃，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，一加热段出段温度采用模型温度控制，铸坯在二加热段的温度是1080℃-1140℃，铸坯在均热段的温度是1090℃-1120℃；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯进入一加热段后就需控制均热段和二加热段的空燃比，保证加热炉内的炉气残氧浓度是1％-1.5％，铸坯在均热段时，且均热段的空燃比小于或等于1.8：1，炉气达到弱氧化性。现有工艺对全炉空燃比统一控制，没有对均热段空燃比进行单独控制，全炉空燃比随热值变化而变化，一般在2.4：1至2.8：1，本发明控制空燃比的目的是控制炉气中氧含量的浓度，控制均热段和二加热段的空燃比，小于现有常规的空燃比，使炉内烟气残氧浓度在1％-1.5％之间，减少炉气中过剩氧的含量，燃气燃烧不充分，降低炉气的氧化性，减少新增脱碳层。由于均热段的铸坯温度是最高的，脱碳速度最快，因此设定均热段的空燃比小于或等于1.8：1，使均热段的燃气燃烧不充分，炉气氧含量达到最低，达到弱氧化性气氛，减少新增脱碳层。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯在预热段的停留时间大于或等于100min，加热炉预热段没有烧嘴，自身不供热，利用烟气余热加热钢坯，预热段温度受加热炉供热段温度影响，需要保证铸坯在预热段有足够的停留时间，提高铸坯出预热段时的温度，实现铸坯进入高温段后的快速加热。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯在一加热段的停留时间大于或等于50min，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，保证铸坯在一加热段内有足够的停留时间，实现进入高温段后铸坯快速加热。铸坯进入一加热段时，温度一般在500-600℃，铸坯自身的温度和炉气温度差值较大，用模型出段温度作为控制温度比用炉气温度作为控制温度精确，因为在生产节奏快时，能够保证钢坯温度，在生产节奏慢时，能够控制升温速度，减少钢坯达到高温的时间，推迟脱碳发生的时间。
一加热段温度控制是弹簧钢实现低温段缓慢加热，高温段快速加热的关键，现有生产工艺中，一加热段温度控制采用常规温度控制，炉气温度控制有两个弊端，一是轧制节奏快时由于一加热段温度升高不够快，导致后续高温段的温度不够，出钢温度质量达不到要求，二是轧制节奏慢时，由于一加热段温度的铸坯温度太高，脱碳时间延长，导致高温段新增脱碳层增加。本发明控制铸坯离开一加热段时的温度，一加热段升温速度随生产节奏变化，节奏快时一加热段升温速度快，节奏慢时升温速度减慢，出段温度保持恒定，能确保低温段新增脱碳层在节奏变化时不增加。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段的加热温度是1080℃-1120℃，铸坯进入二加热段后，进入快速加热阶段，铸坯表面温度迅速提高到工艺温度，钢坯表面脱碳同时也增强，在满足升温需求的前提下，尽量降低二加热段温度，确保脱碳速度最小，减少二加热段新增脱碳层。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯在均热段的温度是1090℃-1110℃，铸坯进入均热段后，铸坯表面温度已接近出钢温度，此段的主要作用均匀整支铸坯的温度，满足轧制要求，同时尽量降低均热段温度，确保脱碳速度最小，减少均热段新增脱碳层。钢坯通过均热段后，整支钢坯温度均匀，可避免由局部温度高导致的脱碳超标。
进一步地，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段和均热段停留的时间之和大于或等于80min，且小于或等于130min。高温段时间是二加热段和均热段时间之和，高温段是新增脱碳层发生阶段，控制的目的在于尽量减少新增脱碳层，因此控制高温段温度和在炉时间是关键。控制高温段下限时间(即80min)主要是保证钢坯温度均匀性，在保证加热质量的前提下，高温段在炉时间最短，能减少脱碳，高温段时间达到上限时间(即130min)，要求降低均热段温度，均热段温度降到下限温度(即1090℃)，减少铸坯由于高温段在炉时间超时而新增脱碳层。
本发明的均热段温度为1090℃-1110℃、二加段温度为1080℃-1120℃和高温段时间80分钟-130分钟，两段工艺最高温度和最低温度都低于现有工艺的温度。
进一步地，在高压水除鳞的步骤，高压除鳞机的除鳞水压力大于或等于23Mpa。现有工艺规定的除鳞水的压力大于或等于15Mpa，但是在此压力下，铸坯表面的氧化皮不能100％去除，氧化铁皮在轧制过程中可能压入成品表面，有氧化皮压入的地方脱碳明显高于没有氧化皮压入的地方，本发明的除鳞水压力大于或等于23Mpa，可以100％去除氧化铁皮，消除由于除鳞不干净导致的脱碳超标的因素。
进一步地，在轧制的步骤，开轧温度大于或等于1020℃，终轧温度大于或等于800℃。
实施例1
针对280*280的60Si2Mn铸坯，加热炉炉型为步进式加热炉，结构为多段结构，包括预热段、一加热段、二加热段和均热段。
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在预热段的加热温度为650℃，停留时间为110min，铸坯离开一加热段的温度为850℃，停留时间为50min，铸坯在二加热段的温度是1100℃，铸坯在均热段的温度是1100℃，铸坯在高温段停留的总时间是100min；其中，加热炉内的炉气残氧浓度是1.2％，且均热段的空燃比为1.5：1；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，除鳞水压力为25Mpa。经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，开轧温度为1050℃，终轧温度为850℃，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
实施例2
针对280*280的60Si2Mn铸坯，加热炉炉型为步进式加热炉，结构为多段结构，包括预热段、一加热段、二加热段和均热段。
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在预热段的加热温度为630℃，停留时间为130min，铸坯离开一加热段的温度为820℃，停留时间为65min，铸坯在二加热段的温度是1090℃，铸坯在均热段的温度是1110℃，铸坯在高温段停留的总时间是95min；其中，加热炉内的炉气残氧浓度是1％，且均热段的空燃比为1.3：1；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，除鳞水压力为23Mpa。经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，开轧温度为1080℃，终轧温度为865℃，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
实施例3
针对280*280的60Si2Mn铸坯，加热炉炉型为步进式加热炉，结构为多段结构，包括预热段、一加热段、二加热段和均热段。
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在预热段的加热温度为625℃，停留时间为155min，铸坯离开一加热段的温度为800℃，停留时间为72min，铸坯在二加热段的温度是1085℃，铸坯在均热段的温度是1095℃，铸坯在高温段停留的总时间是90min；其中，加热炉内的炉气残氧浓度是1.4％，且均热段的空燃比为1.5：1；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，除鳞水压力为23Mpa。经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，开轧温度为1072℃，终轧温度为870℃，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
具体地，应用本发明后，对成品质量进行检验，测量钢材表面脱碳情况，检测结果如下表2所示。
表2
应用常规工艺生产，对成品质量进行检验，测量钢材表面脱碳情况，检测结果如下表3所示。
表3
从表2和3的数据可知，应用本发明后，生产的60Si2Mn弹簧钢的脱碳比显然低于使用常规生产工艺得到的60Si2Mn弹簧钢的脱碳比，本发明对加热过程进行管控，从钢坯入炉开始就对加热温度、加热时间和空燃比全过程进行管控，全过程控制导致脱碳的工艺参数，可以做到过程可控结果可控。
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)
1.一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，包括铸坯缓冷、加热炉再热、高压水除鳞和轧制的步骤；
铸坯缓冷：高温的铸坯进入缓冷坑，进入缓冷坑时铸坯的温度大于或等于600℃，待铸坯的温度下降至200℃后，铸坯离开缓冷坑；
加热炉再加热：离开缓冷坑的铸坯进入加热炉，铸坯在加热炉内的停留时间大于或等于230min，铸坯在加热炉内的加热过程分为预热段、一加热段、二加热段和均热段，其中，铸坯在预热段的加热温度小于或等于680℃，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃，一加热段出段温度采用模型温度控制，铸坯在二加热段的温度是1080℃-1140℃，铸坯在均热段的温度是1090℃-1120℃；
高压水除鳞：铸坯离开加热炉后，经高压除鳞机除鳞，除去铸坯表面氧化皮；
轧制：对除鳞后的铸坯进行轧制，将铸坯轧制成所需规格的圆钢。
2.如权利要求1所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，加热炉内的炉气残氧浓度是1％-1.5％，且均热段的空燃比小于或等于1.8：1。
3.如权利要求2所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，铸坯在预热段的停留时间大于或等于100min。
4.如权利要求2所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，铸坯在一加热段的停留时间大于或等于50min，铸坯在一加热段出段温度小于或等于850℃。
5.如权利要求2所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段的加热温度是1080℃-1120℃。
6.如权利要求5所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，铸坯在均热段的温度是1090℃-1110℃。
7.如权利要求6所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在加热炉再加热的步骤，铸坯在二加热段和均热段停留的时间之和大于或等于80min，且小于或等于130min。
8.如权利要求7所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，当铸坯在高温段停留的时间达到上限时间，控制均热段的温度下降至下限的温度。
9.如权利要求1所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在高压水除鳞的步骤，高压除鳞机的除鳞水压力大于或等于23Mpa。
10.如权利要求1所述的高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法，其特征在于，在轧制的步骤，开轧温度大于或等于1020℃，终轧温度大于或等于800℃。
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|---|---|---|---|---|
| CN114101357A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-01 | 福建三钢闽光股份有限公司 | 一种针对盘条用钢炉生氧化铁皮控制的加热与除鳞方法 |
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