CN113814280B - 一种低矫顽力易切削钢的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，属于钢材轧制技术领域，方法包括：将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述加热二段的温度为1150℃‑1250℃，所述均热段的温度为1130℃‑1230℃；将加热后的所述钢坯进行除鳞；将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得低矫顽力易切削钢；通过提高加热二段和均热段温度，秉承高温短时加热的思路，保证钢坯加热均匀、表面正常烧损的基础上，尽可能增大奥氏体晶粒尺寸，减少奥氏体晶界形核点数量。

Description

一种低矫顽力易切削钢的轧制方法
技术领域
本发明属于钢材轧制技术领域，特别涉及一种低矫顽力易切削钢的轧制方法。
背景技术
近年来，随着汽车、机械、精密仪器行业快速发展，合金结构钢的切削性能逐渐被开发应用，合金结构钢易切削化已成为未来合金结构钢和易切削钢的发展趋势，与此同时，合金结构钢更多的功能性要求也被赋予易切削钢，例如磁性能。电液伺服阀作为液压伺服控制系统的核心元件，阀体材料采用易切削钢后，不仅要求具有良好的力学性能、切削加工性能，还要求具有较低的矫顽力(250A/m以下)，以保证电液伺服阀高频响、高精度地工作。
矫顽力作为表征钢铁材料磁性能的参数之一，其不仅受钢铁材料化学成分、机械加工应力、热处理状态的影响，还受钢中夹杂物数量、形态、分布以及晶粒尺寸的影响。钢中夹杂物使晶体点阵结构发生畸变，导致静磁能和磁弹性能增加，畴壁移动阻力增加，磁化困难，同时夹杂物本身为非磁性或弱磁性物质，导致矫顽力增大。通常，矫顽力与夹杂物尺寸成反比，与夹杂物数量成正比，当夹杂物直径与畴壁厚度(100～200nm)接近时夹杂物钉扎畴壁移动的能力最强，矫顽力最大。晶粒尺寸与矫顽力有一定的对应关系，晶界处点阵畸变引起较多的晶体缺陷及较大的内应力，晶粒尺寸越大，晶界所占面积越小，矫顽力越低。同时，晶粒尺寸越大，晶粒间长程偶极子相互作用越强，反磁化畴形核几率越大，矫顽力越低。
易切削钢与常规合金结构钢不同，为提高切削性能，钢中通常添加S、Pb、Bi等易切削元素，形成MnS、Pb等易切削粒子，钢中夹杂物数量显著增加，且夹杂物形态、分布不一，这使易切削钢矫顽力的控制更加困难。此外，易切削钢中大量的夹杂物是铁素体相变天然的形核点，加之奥氏体晶界位置的形核点，铁素体极易形核，造成晶粒细化，晶界总面积增加，引起矫顽力的持续增加。如何解决易切削钢切削性能、夹杂物、晶粒尺寸三者之间的矛盾，是控制易切削钢矫顽力的关键所在。
为解决夹杂物问题对矫顽力的影响，通常通过铁水预处理、炉外精炼、真空处理、电渣重熔、连铸冷却参数优化等方式改善钢中夹杂物数量、尺寸、分布等，提高钢材纯净度，降低矫顽力，如中国发明专利申请CN106702214B一种高磁导率及低矫顽力软磁合金的电渣重熔方法中，通过改善电渣重熔渣料配比的方式，减少了Fe-Ni软磁合金中的有害元素及夹杂物，提高了纯净度，可将矫顽力降低至4A/m以下。
为解决晶粒尺寸问题对矫顽力的影响，通常通过提高热轧卷取温度或高温退火热处理的方式增大晶粒尺寸，降低矫顽力，如中国发明专利申请CN103205548B一种低矫顽力电磁纯铁冷轧薄板的制造方法中，通过提高热轧卷取温度的方式，将晶粒度由5级降低至3.5～4.5级，电磁纯铁冷轧薄板的矫顽力由24A/m降低至11～13A/m；如中国发明专利申请CN106086328A低碳钢软磁材料的热处理方法中，将低碳钢软磁材料在600～850℃保温0.5～4h冷却至100℃以下，该热处理办法改善了材料的晶粒尺寸，将矫顽力降低了近5倍(275A/m降低至55A/m)。对于易切削钢而言，降低矫顽力的技术路线与现有技术差别巨大，为保证易切削钢的切削性能，在必须保证一定数量、形态夹杂物的基础上，降低易切削钢矫顽力的研究尚未发现。
综上所述，为解决易切削钢夹杂物及铁素体晶粒细化引起的矫顽力增加现象，亟需一种适用于易切削钢低矫顽力的控制方法，在保证易切削钢切削性能的基础上，通过控制钢中铁素体晶粒尺寸及夹杂物，来降低易切削钢的矫顽力，满足电液伺服阀等材料磁性能的要求。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的低矫顽力易切削钢的轧制方法。
本发明实施例提供了一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，所述方法包括：
将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述加热二段的温度为1150℃-1250℃，所述均热段的温度为1130℃-1230℃；
将加热后的所述钢坯进行除鳞；
将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得低矫顽力易切削钢。
可选的，所述将除鳞后的所述钢坯进行轧制中，所述轧制的总形变率控制在90％-97％。
可选的，所述将除鳞后的所述钢坯进行轧制中，所述轧制的开轧温度控制在1080℃-1150℃，所述轧制的终轧温度控制在1000℃-1050℃。
可选的，所述将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得低矫顽力易切削钢，具体包括，
将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得轧材；
将所述轧材加盖保温罩进行冷却，获得低矫顽力易切削钢；所述轧材入保温罩的温度＞850℃，所述轧材出保温罩的温度＜690℃。
可选的，所述将加热后的所述钢坯进行除鳞中，所述除鳞的除鳞水压力≥16MPa。
可选的，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，所述预热段温度≤750℃，所述加热一段的温度为950℃-1050℃。
可选的，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，整个所述加热的时间控制在1.5h-3h。
可选的，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，以体积分数计，所述加热的气氛中残氧比例控制在3.0％以下。
可选的，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，所述钢坯的坯头和坯尾的温度差≤20℃。
可选的，以重量分数计，所述易切削钢的成分包括：C 0.02％-0.30％，Si 0％-0.40％，Mn 0.50％-1.50％，S 0.05％-0.50％，P 0.0050％-0.15％，Pb 0％-0.40％，余量为Fe及不可避免杂质。
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：
本发明实施例提供的低矫顽力易切削钢的轧制方法，方法包括：将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述加热二段的温度为1150℃-1250℃，所述均热段的温度为1130℃-1230℃；将加热后的所述钢坯进行除鳞；将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得低矫顽力易切削钢；通过提高加热二段和均热段温度，秉承高温短时加热的思路，保证钢坯加热均匀、表面正常烧损的基础上，尽可能增大奥氏体晶粒尺寸，减少奥氏体晶界形核点数量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
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是本发明实施例1所得易切削钢线材夹杂物形貌图；
图2是本发明实施例1所得易切削钢线材组织形貌图；
图3是本发明实施例2所得易切削钢矩形材夹杂物形貌图；
图4是本发明实施例2所得易切削钢矩形材组织形貌图；
图5是本发明对比例1所得易切削钢矩形材夹杂物形貌图；
图6是本发明对比例1所得易切削钢矩形材组织形貌图；
图7是本发明的实施例提供的方法的流程图。
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。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，所述方法包括：
S1.将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述加热二段的温度为1150℃-1250℃，所述均热段的温度为1130℃-1230℃；
本发明适用的易切削钢化学成分(质量百分比)范围为：C 0.02％～0.30％，Si 0～0.40％，Mn 0.50％～1.50％，S 0.05％～0.50％，P 0.0050％～0.15％，Pb 0～0.40％，余量为Fe及不可避免杂质，且Mn与S元素的质量百分数比例满足Mn/S＞4。
其中Mn与S元素的比例控制可以确保在铸坯中原始MnS经过轧制变形(总变形率90％～97％)之后，位于铸坯芯部的Ⅰ类、Ⅱ类MnS可以轧制断裂到某一程度，满足最终MnS形态控制要求，同时MnS尺寸不过于小，引起铁素体晶粒细化。
具体而言，易切削钢钢坯入炉加热，严格控制加热炉各段的温度、时间，其中预热段温度≤750℃，加热一段温度为950～1050℃，加热二段温度为1150～1250℃，均热段温度为1130～1230℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在1.5～3h，加热炉气氛残氧比例(体积百分比)控制在3.0％以下。
易切削钢铸坯加热的常规控制思路：在保证铸坯加热均匀的基础上，尽可能减少铸坯总驻炉时间，减少炉生氧化铁皮，对铸坯中奥氏体晶粒尺寸不作要求。此处区别于易切削钢铸坯常规加热工艺的参数为：提高加热二段及均热段温度，秉承高温短时加热的思路，保证钢坯加热均匀、表面正常烧损的基础上，尽可能增大奥氏体晶粒尺寸，减少奥氏体晶界形核点数量。
S2.将加热后的所述钢坯进行除鳞；具体而言，除鳞水压力≥16Mpa；
控制除鳞水压力≥16Mpa有利于炉生氧化铁皮的去除，该压力取值过小的不利影响：含硫、铅易切削钢在加热炉中极易生成低熔点的FeS-FeO共晶体，当除鳞水压力过小时很难除去，在后续轧制时极易产生表面结疤、翘皮等缺陷。
S3.将除鳞后的所述钢坯进行轧制，获得低矫顽力易切削钢；
具体而言，轧制过程根据轧材成品规格选用铸坯断面尺寸，保证轧制总变形率控制在90％～97％，开轧温度控制在1080～1150℃，终轧温度控制在1000～1050℃，轧后穿水：
(1)棒材/型材产线：上冷床后加盖保温罩，入罩温度＞850℃，冷床采用一齿多支方式冷却，出保温罩温度＜690℃。
(2)线材产线：入斯太尔摩风冷线后关闭风机，加盖保温罩，入罩温度＞850℃，辊道速度控制在16～26m/min，出保温罩温度＜690℃。
易切削钢常规轧制思路：热轧变形分布于奥氏体再结晶区和未再结晶区，避免部分再结晶区轧制，同时轧制总变形率尽量越大越好，以保证夹杂物轧制细化以及铁素体晶粒细化。此处区别于易切削钢常规轧制工艺的操作在于：热轧变形全部在高温奥氏体再结晶区进行，使变形后的奥氏体能在短时间内再结晶、长大，避免奥氏体未再结晶区轧制造成奥氏体晶内变形带的存在，减少奥氏体晶内铁素体形核位置，同时，轧制总变形率控制在90％～97％，保证夹杂物密度满足单位面积MnS+Pb粒子达到500～1000个/mm2，MnS及Pb夹杂物尺寸适中(平均等效圆直径控制在4～6μm，MnS长宽比控制在3～6)，既保证轧材切削性能，又能尽量减少因夹杂物引起的铁素体形核；轧后穿水保证上冷床后钢材强度，使轧材不易发生弯曲；上冷床或斯太尔摩风冷线后加盖保温罩，保证出保温罩温度＜690℃，690～850℃高温长时间停留，铁素体晶粒具有充足时间长大，得到较大晶粒尺寸，降低矫顽力。
S4.出罩后空冷至室温打包。
本发明适用于断面尺寸范围为(100～350)mm×(100～350)mm的易切削钢矩形坯或直径为Φ100mm～Φ350mm的易切削钢圆坯的轧制。
采用易切削钢常规轧制工艺时，夹杂物尺寸较小、分布弥散，其中夹杂物单位面积的MnS+Pb粒子个数范围为700～1200个/mm2，MnS及Pb夹杂物平均等效圆直径范围为2～5μm，MnS长宽比为3～6，铁素体晶粒度为8.0级左右，矫顽力达到300A/m以上，无法满足电液伺服阀等材料磁性能要求；采用本发明轧制方法后，夹杂物尺寸适当增大，单位面积的夹杂物数量降低，经过90％～97％的变形，单位面积的MnS+Pb粒子个数达到500～1000个/mm2，MnS及Pb夹杂物尺寸适中(平均等效圆直径范围为4～6μm，MnS长宽比为3～6)，保证轧材切削性能的基础上，铁素体晶粒度达到6.0级以下，矫顽力降低至220A/m以下，满足电液伺服阀等材料磁性能的要求。
本发明适用于规格为Φ10mm～Φ280mm的易切削钢棒材的生产。
本发明适用于规格为Φ5mm～Φ26mm的易切削钢线材的生产。
本发明适用于规格为(5～200)mm×(5～200)mm的易切削钢矩形材的生产。
本发明适用于规格为H5mm～H100mm的易切削钢六角钢和八角钢的生产。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的低矫顽力易切削钢的轧制方法进行详细说明。
实施例1
一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，所述方法包括：
使用的易切削钢化学成分(质量百分比)为C 0.10％，Si 0.02％，Mn 1.20％，P0.05％，S 0.25％，Pb 0.25％，余量为Fe及不可避免杂质。生产规格为Φ22mm热轧盘条采用的铸坯断面尺寸为150mm×150mm，盘条由高速线材轧机轧制而成。
生产过程具体控制参数为：钢坯预热段温度为700℃，加热I段温度为950℃，加热II段温度为1200℃，均热段温度为1180℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在2h，加热炉气氛的残氧比例(体积分数)为2.0％。出加热炉进行高压水除鳞，除鳞水压力为18MPa；开轧温度为1150℃，入减定径机组温度为1000℃，吐丝温度为900℃；斯太尔摩风冷线辊道速度为20m/min，关闭风机，保温罩开启第1、2、21、22个，出保温罩温度为660℃。
实施例2
一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，所述方法包括：
使用的易切削钢化学成分(质量百分比)为C 0.08％，Si 0.03％，Mn 1.00％，P0.03％，S 0.30％，Pb 0.35％，余量为Fe及不可避免杂质。生产规格为20mm×100mm热轧矩形钢采用的铸坯断面尺寸为200mm×200mm，由棒材产线轧制而成。
生产过程具体控制参数为：钢坯预热段温度为750℃，加热I段温度为950℃，加热II段温度为1200℃，均热段温度为1170℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在2.5h，加热炉气氛的残氧比例(体积分数)控制在2.5％。出加热炉进行高压水除鳞，除鳞水压力为16MPa；开轧温度为1120℃，精轧温度为1040℃，轧后穿水，精轧后上冷床温度为900℃，加盖保温罩，冷床采用一齿多支方式冷却，出保温罩温度为670℃。
对比例1
一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，所述方法包括：
使用的易切削钢化学成分(质量百分比)与实施例2一致，具体为C 0.08％，Si0.03％，Mn 1.00％，P 0.03％，S 0.30％，Pb 0.35％，余量为Fe及不可避免杂质。生产规格为20mm×100mm热轧矩形钢采用的铸坯断面尺寸为200mm×200mm，由棒材产线轧制而成。
生产过程具体参数按照常规易切削钢轧制控制：钢坯预热段温度为700℃，加热I段温度为950℃，加热II段温度为1150℃，均热段温度为1130℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在3h，加热炉气氛的残氧比例(体积分数)为2.5％。出加热炉进行高压水除鳞，除鳞水压力为16MPa；开轧温度为1050℃，精轧温度为950℃，精轧后上冷床温度不做控制，冷床采用一齿一支或两齿一支方式冷却。
实验例：
将实施例1-2和对比例1制得的钢进行检测，结果如下表所示。
由上表可得，综合对比上述实施例及对比例产品，发现采用本发明控制方法生产的易切削钢轧材铁素体晶粒级别均≤6.0级，矫顽力达到220m/A以下，满足电液伺服阀等材料磁性能的要求。
附图1-6的详细说明：
如图1和图2所示，分别为实施例1所得易切削钢线材夹杂物形貌图和易切削钢线材组织形貌图，由图可得，轧材轧向单位面积MnS+Pb粒子为811个/mm2,MnS及Pb粒子平均等效圆直径为4.3μm，MnS长宽比为3.9，铁素体晶粒度为6.0级；
如图3和图4所示，分别为实施例2所得易切削钢线材夹杂物形貌图和易切削钢线材组织形貌图，由图可得，轧材轧向单位面积MnS+Pb粒子为684个/mm2,MnS及Pb粒子平均等效圆直径为5.4μm，MnS长宽比为4.6，铁素体晶粒度为5.5级；
如图5和图6所示，分别为对比例1所得易切削钢线材夹杂物形貌图和易切削钢线材组织形貌图，由图可得，轧材轧向单位面积MnS+Pb粒子为1096个/mm2,MnS及Pb粒子平均等效圆直径为2.1μm，MnS长宽比为3.3，铁素体晶粒度为8.0级。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
采用易切削钢常规轧制工艺时，夹杂物尺寸较小、分布弥散，其中夹杂物单位面积的MnS+Pb粒子个数范围为700～1200个/mm2，MnS及Pb夹杂物平均等效圆直径范围为2～5μm，MnS长宽比为3～6，铁素体晶粒度为8.0级左右，矫顽力达到300A/m以上，无法满足电液伺服阀等材料磁性能要求；而采用本发明轧制方法后，夹杂物尺寸适当增大，单位面积的夹杂物数量降低，经过90％～97％的变形，单位面积的MnS+Pb粒子个数达到500～1000个/mm2，MnS及Pb夹杂物尺寸适中(平均等效圆直径范围为4～6μm，MnS长宽比为3～6)，保证轧材切削性能的基础上，铁素体晶粒度达到6.0级以下，矫顽力降低至220A/m以下，满足电液伺服阀等材料磁性能的要求。
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 (5)

1.一种低矫顽力易切削钢的轧制方法，其特征在于，所述方法包括：
以重量分数计，所述易切削钢的成分包括：C 0.02%-0.30%，Si 0%-0.40%，Mn 0.50%-1.50%，S 0.05%-0.50%，P 0.0050%-0.15%，Pb 0%-0.40%，余量为Fe及不可避免杂质；
将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，所述预热段温度≤750℃，所述加热一段的温度为950℃-1050℃，所述加热二段的温度为1150℃-1250℃，所述均热段的温度为1130℃-1230℃，整个所述加热的时间控制在1.5h-3h；
将加热后的所述钢坯进行除鳞；
将除鳞后的所述钢坯进行轧制，所述轧制的开轧温度控制在1080℃-1150℃，所述轧制的终轧温度控制在1000℃-1050℃，获得轧材；
将所述轧材加盖保温罩进行冷却，所述轧材入保温罩的温度＞850℃，所述轧材出保温罩的温度＜690℃，获得低矫顽力易切削钢。
2.根据权利要求1所述的低矫顽力易切削钢的轧制方法，其特征在于，所述将除鳞后的所述钢坯进行轧制中，所述轧制的总形变率控制在90%-97%。
3.根据权利要求1所述的低矫顽力易切削钢的轧制方法，其特征在于，所述将加热后的所述钢坯进行除鳞中，所述除鳞的除鳞水压力≥16MPa。
4.根据权利要求1所述的低矫顽力易切削钢的轧制方法，其特征在于，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，以体积分数计，所述加热的气氛中残氧比例控制在3.0%以下。
5.根据权利要求1所述的低矫顽力易切削钢的轧制方法，其特征在于，所述将易切削钢的钢坯进行加热，所述加热的过程包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，所述钢坯的坯头和坯尾的温度差≤20℃。
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