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

一种高品质60Si2Mn低脱碳层的制造方法
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
Figure BDA0003183191240000091
Figure BDA0003183191240000101
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
Figure BDA0003183191240000102
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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