CN113957211B - 一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，包括：钢坯在加热炉内进行四段加热；预热段温度为600～850℃，气氛中氧气含量为0.5～2.0vol％、CO含量为0.0～0.6vol％；一加热段温度为800～1100℃，气氛中氧气含量为0.8～2.0vol％、CO含量为0.2～0.8vol％；二加热段温度为1080～1160℃，气氛中氧气含量为0.8～2.5vol％、CO含量为0.2～0.6vol％；均热段温度为1050～1130℃，气氛中氧气含量为0.3～1.2vol％、CO含量为0.6～1.2vol％。本方法所制圆钢脱碳层不超过0.5％D，实现取消剥皮工序的，降低了成本，提高了生产效率。

Description

一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法

技术领域

本申请涉及特殊钢加热工艺领域，具体而言，涉及一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法。

背景技术

履带用钢被广泛应用于汽车、机械等行业,是工程机械大量使用的钢材。随着工程机械行业的发展,对履带用钢的质量和品种也提出了更高的要求。履带链轨节用钢因硼元素的加入保证了钢的淬透性，其产品主要技术指标淬透性波动小且窄，化学成分控制严格且稳定,洁净度、性价比高,实物质量性能优良。同时履带用钢因其服役环境恶劣,要求组分中含有高的Mn含量，且需具有良好的组织结构、机械性能和表面质量。履带链轨节钢棒材的脱碳层深度是一项重要的技术指标，脱碳层深度直接影响到后续客户的加工工艺和使用寿命。履带链轨节钢在加热炉加热过程中，往往会发生脱碳现象，造成钢的品质降低，脱碳的发生会降低钢的淬火硬度和耐磨性，使其使用寿命降低。同时，脱碳会降低钢的疲劳强度，导致产品使用中发生早期疲劳损坏。

链轨节钢棒材的脱碳层主要取决于钢坯加热工艺的控制，也可以采用特殊的涂层防护技术，但这需要增加较多成本。一般客户要求脱碳层深度不大于1.0％D，该要求采用普通加热工艺即可实现。但由于激烈的市场竞争，现在用户要求越来越高，部分高端客户要求脱碳层深度不大于0.5％D，棒材以热轧状态交货，若脱碳层深度超标，则需要通过精整工序的砂轮机剥皮后才可交货，这不仅致使生成效率降低，还增加了工序以及加工成本。

现有技术CN100560749C公开了一种高碳带钢坯脱碳的加热方法，其加热过程包括了预热段、加热段和均热段，加热过程采用了微正压、弱氧化性气氛加热钢坯；CN1074606301A公开了一种减轻GCr15轴承钢脱碳层深度的加热控制方法，采用分段加热，设定加热温度和时间，并采用高温强氧化性气氛氧化，以及高温氧化，阻止C原子的进一步扩散，以达到减轻脱碳的目的。CN109266830A公开了一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，针对碳含量介于0.74-0.79wt％的钢轨铸坯，采用冷装工艺，加热过程包含预热段、加热段和均热段，预热段温度不高于900℃；加热段温度介于1050℃-1180℃之间；均热段温度介于1130℃-1180℃。CN102899470A公开了一种中碳冷镦钢线材表层脱碳的控制方法，为减少坯料加热过程中表层氧化及脱碳层厚度，同时保证坯料加热均匀，加热炉一段炉温控制在880～950℃，二段炉温控制在980～1050℃，均热段炉温控制在1050～1150℃，在炉时间90～130min；加热炉均热段空燃比控制在0.75～0.85，预热段和加热段空燃比控制在0.9～1.0。其它的类似技术含有CN110918655A、CN112779402A等。

以上方法虽然在一定程度上能减少脱碳层的厚度，其都有一定的局限性，如加热温度、时间以及气氛等方面的控制，并不适用于高Mn、含B的履带链轨节钢的脱碳控制，会给脱碳层的厚度、生产成本以及效率方面带来影响。

发明内容

本申请实施例的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种针对高Mn、含B的履带链轨节钢脱碳控制的加热方法，结合该钢种的组成特点，通过对加热过程中加热温度、气氛、时间以及钢坯出炉温度等方面的控制，达到取消剥皮工序的目的，低成本地满足圆钢脱碳层不超过0.5％D目标。

本申请提供了一种技术方案：

一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，所述钢组成为(wt％)：C：0.33～0.35％，Si：0.20～0.30％，Mn：1.30～1.38％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al：0.017～0.35％，Cr：0.20～0.24％，Ti：0.022～0.035％，B：0.0015～0.0030％，Ni≤0.20％，Mo≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述加热控制方法为：连铸钢坯在加热炉内进行加热，所述加热炉包括预热段、一加热段、二加热段和均热段；其中：

预热段温度为600～850℃，气氛中氧气含量为0.5～2.0vol％、CO含量为0.0～0.6vol％；

一加热段温度为850～1100℃，气氛中氧气含量为0.8～2.0vol％、CO含量为0.2～0.8vol％；

二加热段温度为1080～1160℃，气氛中氧气含量为0.8～2.5vol％、CO含量为0.2～0.6vol％；

均热段温度为1050～1130℃，气氛中氧气含量为0.3～1.2vol％、CO含量为0.6～1.2vol％。

在一些实施方式中，连铸钢坯热送至加热炉，装炉温度为400～800℃。

在一些实施方式中，连铸钢坯通过冷坯装炉。

在一些实施方式中，所述热送装炉的连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为75～130min，总加热时间≥165min。

在一些实施方式中，所述热送装炉的连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为45～75min，总加热时间≥100min。

在一些实施方式中，所述冷坯装炉的连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为90～150min，总加热时间≥218min。

在一些实施方式中，所述冷坯装炉的连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为55～90min，总加热时间≥130min。

在一些实施方式中，所述连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1090～1115℃，方坯断面温差小于20℃。

在一些实施方式中，所述连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1040～1060℃，方坯断面温差小于20℃。

在一些实施方式中，所述加热炉内炉膛压力在+5Pa～+20Pa之间。

本申请实施例提供的热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，在有益效果方面，根据热轧履带链轨节钢的组成特点，通过控制预热段及一加热段炉气温度在1100℃以下，气氛采取较低的氧化性气氛；二加热段及均热段，炉气温度基本高于1100℃，以及二加热段采用相对较高的氧化性气氛，均热段采用相对较低的氧化性气氛，由此有效控制了脱碳层深度不超过0.5％D，达到了取消剥皮工序的目的，在降低成本的同时，提高了生产效率。

具体实施方式

本申请实施方式提供了一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，所述钢组成为(wt％)：C：0.33～0.35％(例如0.34％等)，Si：0.20～0.30％(例如0.22％、0.24％、0.25％、0.27％或0.29％等)，Mn：1.30～1.38％(例如1.31％、1.32％、1.33％、1.34％、1.35％、1.36％或1.37％等)，P≤0.020％，S≤0.010％，Al：0.017～0.35％(例如0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％或0.30％等)，Cr：0.20～0.24％(例如0.21％、0.22％或0.23％等)，Ti：0.022～0.035％(例如0.025％、0.027％、0.030％、0.031％或0.034％等)，B：0.0015～0.0030％(例如0.0017％、0.0020％、0.0022％、0.0025％、0.0027％或0.0029％等)，Ni≤0.20％，Mo≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；

示例性地，所述履带链轨节钢为SMnB3H-1、35MnBH等；

所述加热控制方法为：连铸钢坯在加热炉内进行加热，示例性地，所述加热炉为侧进侧出的步进梁式加热炉，加热炉炉膛分为不供热段和供热段，供热段沿炉长方向包括预热段、一加热段、二加热段和均热段；其中：

预热段温度为600～850℃(例如650℃、700℃、750℃或800℃等)，气氛中氧气含量为0.5～2.0vol％(例如0.7vol％、1.0vol％、1.2vol％、1.5vol％、1.7vol％或1.9vol％等)、CO含量为0.0～0.6vol％(例如0.1vol％、0.2vol％、0.3vol％、0.4vol％或0.5vol％等)；

一加热段温度为850～1100℃(900℃、950℃、1000℃或1050℃等)，气氛中氧气含量为0.8～2.0vol％(例如0.9vol％、1.0vol％、1.2vol％、1.5vol％、1.7vol％或1.9vol％等)、CO含量为0.2～0.8vol％(例如0.3vol％、0.4vol％、0.5vol％、0.6vol％或0.7vol％等)；

二加热段温度为1080～1160℃(例如1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃或1150℃等)，气氛中氧气含量为0.8～2.5vol％(例如1.0vol％、1.2vol％、1.5vol％、1.7vol％、1.9vol％、2.0vol％或2.3vol％等)、CO含量为0.2～0.6vol％(例如0.3vol％、0.4vol％或0.5vol％等)；

均热段温度为1050～1130℃(例如1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃或1120℃等)，气氛中氧气含量为0.3～1.2vol％(例如0.5vol％、0.7vol％、1.0vol％或1.1vol％等)、CO含量为0.6～1.2vol％(例如0.8vol％、0.9vol％、1.0vol％或1.1vol％等)。

履带链轨节用钢为满足其应用的需求，钢中需要添加一定量的硼元素，以保证钢的淬透性；另外需要添加高含量的Mn元素以满足其机械性能的要求，其所含Mn元素的含量相对于其它合金元素较多，Mn原子作为铁基体中的占位原子对于C原子具有较大的吸引作用，在α-铁中其结合能较小，可以有效阻止C原子在α-铁中向外扩散；下表1示出了在3x3x3的α-铁晶胞中，不同距离Mn和C原子的相互作用能：

表1.3x3x3的α-铁晶胞中不同距离Mn和C原子的相互作用能

发明人发现，通过控制预热段及一加热段炉气温度在1100℃以下(此时钢坯的温度一般在920℃以下)，铁基体基本处于α-铁状态，结合其气氛控制中采取较低的氧化性气氛，在该阶段C原子扩散较慢，不会发生快速脱碳。在二加热段及均热段，炉气温度基本高于1100℃，在满足轧制温度要求的情况下，二加热段采用相对较高的氧化性气氛，迅速将在该阶段生成的脱碳层氧化，均热段则采用相对较低的氧化性气氛，在钢坯表面已经生成一定量氧化铁皮的情况下，降低氧化及脱碳速度，减少除鳞后钢坯的脱碳层厚度。通过对各段加热温度和炉内气氛的精确控制，可有效降低脱碳层的厚度，达到取消剥皮工序的目的。

在一些实施方式中，本申请优选采用连铸钢坯热送热装工艺，连铸钢坯热送至加热炉，装炉温度为400～800℃(例如450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃或750℃等)。示例性地，采用保温车或保温辊道将连铸钢坯热送至加热炉，由此不仅可以节能降耗，同时还可以减少高温连铸坯在空冷过程和加热过程中的脱碳。

在一些实施方式中，本申请也不排除连铸钢坯通过冷坯装炉。

在一些实施方式中，所述热送装炉的连铸坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为75～130min(例如80min、90min、100min、110min或120min等)，总加热时间≥165min。

在一些实施方式中，所述热送装炉的连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为45～75min(例如50min、55min、60min、65min或70min等)，总加热时间≥100min。

在一些实施方式中，所述冷坯装炉的连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为90～150min(例如100min、110min、120min、130min或140min等)，总加热时间≥218min。

在一些实施方式中，所述冷坯装炉的连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为55～90min(例如60min、70min或80min等)，总加热时间≥130min。

相较于冷坯装炉，对于采用大于400℃的连铸钢坯热送热装工艺，理论上钢坯在低温段(预热段+一加热段)加热时间可以大幅度减少50％以上，因此对于理论上大于400℃的连铸钢坯在低温段可以依据轧钢出炉节奏快速步进，不需要加热工艺时间的限制；相较于冷坯装炉，采用热送热装的连铸钢坯，高温段加热时间可以减少20％以上，由于履带链轨节钢的脱碳主要发生在高温段，因此在满足开轧温度的前提下，本申请将热装钢坯的高温段在炉时间做了减少，以减少钢坯的脱碳层厚度。

在一些实施方式中，为有效控制钢坯在炉内的加热时间以减少脱碳，需依据轧制规格对应的出钢节奏、换辊槽或计划检修的轧钢停机时间，合理安排炉内工艺空步、装炉计划；故障停机按待轧降温制度执行，高温段时间超过上限则安排降温轧制。

依据钢坯外形尺寸、化学成分、轧钢工艺要求(主要指开轧温度)和成品圆钢的脱碳控制要求确定钢坯的目标出炉温度，为减少加热过程中脱碳，在满足轧钢工艺要求的条件下尽最大可能降低钢坯的目标出炉温度。随着钢坯厚度减少，出炉温度在满足开轧温度的基础上略有降低，由此也可满足钢坯出炉表面温度和其中心温度基本一致，以达到最低开轧温度，同时表面温度的降低可以减少钢坯的在炉时间，减少脱碳层厚度。在一些实施方式中，所述连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1090～1115℃(例如1093℃、1095℃、1097℃、1100℃、1103℃、1105℃、1107℃或1110℃等)，方坯断面温差小于20℃。在一些实施方式中，所述连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1040～1060℃(例如1042℃、1045℃、1047℃、1050℃、1053℃、1055℃或1057℃等)，方坯断面温差小于20℃。

在一些实施方式中，连铸钢坯在炉内加热过程中，采用激光燃烧分析仪实时反馈加热炉每段炉内气氛，对加热炉预热段、加热段、均热段炉内气氛(O₂、CO等)进行分段测量，并实现分段优化控制炉内气氛。

在一些实施方式中，所述加热炉内炉膛压力在+5Pa～+20Pa之间(例如+8Pa、+10Pa、+13Pa、+15Pa、+17Pa或+19Pa等)；防止炉膛吸入冷风而干扰加热炉各段氧含量的精准控制，达到稳定控制炉膛内气氛的目的。示例性地，通过自动调节烟道闸门自动控制炉膛压力。

在一些实施方式中，采用L2级燃烧优化模型对炉内加热温度进行控制，通过现场管理系统获取正在加热的钢坯外形尺寸、化学成分、装炉温度和目标出炉温度，启动钢坯温度预测数学模型，所述钢坯温度预测数学模型包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型，对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；根据钢坯实时温度结合目标出炉温度及均热时间工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；根据预测的钢坯加热温度分布情况在各段炉温控制范围内自动调整设定各段炉温，直至钢坯加热质量特别是断面温差满足加热工艺要求后出炉轧制。具体燃烧优化模型可参见本申请人早期专利CN201911209027.0，其通过引用结合如本申请。

在一些实施方式中，根据各段煤气流量、煤气热值变化、L2级燃烧优化模型给出的炉温设定值和各段检测炉内气氛(O₂、CO等)反馈值，自动调整修正各段空、煤气调节阀开度，通过L1级双交叉限幅自动化控制系统实现加热炉各段氧含量及CO含量的控制目标，其中L1级指加热炉基础自动化系统。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：

实施例1-5

本实施例提供了一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，其中：

钢坯成分(wt％)：C：0.34％，Si：0.25％，Mn：1.34％，P：0.016％，S：0.008％，Al：0.025％，Cr：0.22％，Ti：0.030％，B：0.0025％，Ni：0.18％，Mo：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

钢坯规格：280×280×9000mm；

轧制规格：Ф65mm；

高温连铸坯输送方式：保温火车；

上料方式：行车夹钳吊运；

加热炉：侧进侧出步进梁式加热炉、有效长度36000mm、有效宽度9700mm、步距395mm。

脱碳层深度检测：

其中，脱碳层深度采用GB/T 224标准进行检测。

下表2示出了实施例1-5的具体加热控制工艺以及所制钢坯的脱碳层深度：

表2.实施例1-5的加热控制工艺

实施例6-10

本实施例提供了一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，其中：

钢坯成分(wt％)：C：0.34％，Si：0.26％，Mn：1.35％，P：0.014％，S：0.008％，Al：0.024％，Cr：0.23％，Ti：0.029％，B：0.0026％，Ni：0.17％，Mo：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

钢坯规格：200×200×9000mm；

轧制规格：Ф32mm；

高温连铸坯输送方式：保温火车；

上料方式：行车夹钳吊运；

加热炉：侧进侧出步进梁式加热炉、有效长度36000mm、有效宽度9700mm、步距310mm。

下表3示出了实施例6-10的具体加热控制工艺以及所制钢坯的脱碳层深度：

表3.实施例6-10的加热控制工艺

对比例1

钢坯规格：280×280×9000mm(常温)；

轧制规格：Ф65mm；

与实施例1相比，各段的加热工艺为：预热段温度636℃，一加热段温度945℃，二加热段温度1175℃，均热段温度1155℃，高温段时间138min，总的加热时间312min。

采用GB/T 224标准检测，钢坯脱碳层深度为0.36mm。

对比例2

钢坯规格：280×280×9000mm(常温)；

轧制规格：Ф65mm；

与实施例1相比，各段加热气氛为：预热段CO含量为0.1％，氧气含量为3.8％；一加热段CO含量为0.2％，氧气含量为3.5％；二加热段CO含量为0.1％，氧气含量为4.0％；均热段CO含量为0.3％，氧气含量为2.7％，高温段时间150min，总的加热时间335min。

经检测，钢坯脱碳层深度为0.38mm。

性能结果说明：

由上述格表2-3可以看出：采用本申请实施例将加热控制方法所制得的热轧履带链轨节钢棒材，全部满足脱碳层深度指标不超过0.5％D的要求。

对比实施例1和对比例1可以看出，对比例1中加热工艺未落入本申请权利要求限定的范围内，其二加热段和均热段加热温度过高，且高温段加热时间过长，轧制成品圆钢脱碳层深度指标明显超过0.5％D的要求。

对比实施例1和对比例2可以看出，对比例2中加热工艺未落入本申请权利要求限定的范围内，其炉内加热氧化性气氛偏强，且高温段加热时间过长，轧制成品圆钢碳层深度指标明显超过0.5％D的要求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，其特征在于，

所述钢组成，以wt%计为：C：0.33~0.35%，Si：0.20~0.30%，Mn：1.30~1.38%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：0.017~0.35%，Cr：0.20~0.24%，Ti：0.022~0.035%，B：0.0015~0.0030%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述加热控制方法为：连铸钢坯热送至加热炉，装炉温度为400～800℃；之后，连铸钢坯在加热炉内进行加热，所述加热炉包括预热段、一加热段、二加热段和均热段；其中：

预热段温度为600～850℃，气氛中氧气含量为1.2~1.8vol％、CO含量为0.0～0.6vol％；

一加热段温度为800～1100℃，气氛中氧气含量为1.5～1.9vol％、CO含量为0.2～0.8vol％；

二加热段温度为1080～1160℃，气氛中氧气含量为2.1～2.5vol％、CO含量为0.2～0.6vol％；

均热段温度为1050～1130℃，气氛中氧气含量为0.7～1.1vol％、CO含量为0.6～1.2vol％；

所述连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为75～130min，总加热时间≥165min；或，所述连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为45～75min，总加热时间≥100min。

2.一种热轧履带链轨节钢棒材防脱碳的加热控制方法，其特征在于，

所述钢组成，以wt%计为：C：0.33~0.35%，Si：0.20~0.30%，Mn：1.30~1.38%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：0.017~0.35%，Cr：0.20~0.24%，Ti：0.022~0.035%，B：0.0015~0.0030%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述加热控制方法为：连铸钢坯通过冷坯装炉，之后，连铸钢坯在加热炉内进行加热，所述加热炉包括预热段、一加热段、二加热段和均热段；其中：

预热段温度为600～850℃，气氛中氧气含量为1.2~1.8vol％、CO含量为0.0～0.6vol％；

一加热段温度为800～1100℃，气氛中氧气含量为1.5～1.9vol％、CO含量为0.2～0.8vol％；

二加热段温度为1080～1160℃，气氛中氧气含量为2.1～2.5vol％、CO含量为0.2～0.6vol％；

均热段温度为1050～1130℃，气氛中氧气含量为0.7～1.1vol％、CO含量为0.6～1.2vol％；

所述连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为90～150min，总加热时间≥218min；或，所述连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，其在二加热段和均热段的高温段加热时间为55～90min，总加热时间≥130min。

3.根据权利要求1或2所述的加热控制方法，其特征在于，所述连铸钢坯规格为280×280mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1090~1115℃，方坯断面温差小于20℃。

4.根据权利要求1或2所述的加热控制方法，其特征在于，所述连铸钢坯规格为200×200mm的方坯，所述方坯出炉表面温度为1040~1060℃，方坯断面温差小于20℃。

5.根据权利要求1或2所述的加热控制方法，其特征在于，所述加热炉内炉膛压力在+5Pa~+20Pa之间。