CN114405991A - 减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，通过大方坯坯料达到开轧条件所需的加热时间T和轧制每支大方坯坯料的时间t计算得到加热炉内大方坯坯料数量N＝T/t，以该数量N进行司炉，将大方坯坯料加入设置有预热段、加热一段、加热二段和均热段的加热炉进行加热，然后用≥20MPa的高压水对大方坯坯料进行除鳞，除鳞后对大方坯坯料进行轧制；轧制后得到的小方坯采用多段水冷装置进行水冷，将所述小方坯表面温度冷却至570‑630℃，最后将所述小方坯送至冷床进行空冷；所述多段水冷装置由多组间隔设置的可调节水量的喷头组成，每组喷头设置有多个，每组的多个喷头设置于所述小方坯的四周。本发明减小了坯料处于高温的时间，降低了脱碳层厚度。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金制造技术领域，尤其涉及一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法。
背景技术
大方坯(断面尺寸大于220mm×220mm)具有洁净度高，均匀性好，表面质量好等优点，主要用于生产轴承钢、弹簧钢和帘线钢等优质钢种。由于断面尺寸大，无法在高线上直接轧制，需要对大方坯进行开坯。
大方坯断面尺寸大，变形抗力大，需要将坯料加热到较高温度，并保温较长时间后进行轧制；轧制完成后，将小方坯送至冷床进行空冷。
然而，现有的技术中，大方坯开坯成小方坯时往往存在脱碳严重的问题，尤其是对于中高碳钢，由大方坯开坯后的小方坯(断面尺寸小于160mm×160mm)表面往往存在深度0.7-1.4mm的脱碳层。表面脱碳会在后续的轧制过程中遗传到棒线材成品，严重影响棒线材的使用性能。
为了避免脱碳层对棒线材的性能影响，现有技术普遍是将开坯后所生成的脱碳层通过修磨、切削等方式去除、或者只在后续高线轧制过程中控制脱碳层的深度，前者去除脱碳层提高了制造成本，降低了成材率；后者不仅降低成材率，而且导致后续轧制生产难度大，且在后续的轧制过程中仍会遗传到棒线材成品，影响棒线材的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，解决了现有技术中大方坯在开坯成小方坯过程中产生较深脱碳层，导致影响后续轧制中遗传到棒线材成品从而影响棒线材的使用性能的问题，本发明提供的开坯方法使脱碳层厚度大大减小，达到减少修磨量甚至免修磨的效果，降低了生产成本，提高了成材率。
为了实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，包括如下步骤：
S1坯料加热：加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，在加热炉内装入N支大方坯坯料，所述大方坯坯料依次经过预热段、加热一段、加热二段和均热段加热；
S2开坯轧制：所述大方坯坯料加热达到开轧条件后出炉并采用高压水进行除鳞，所述高压水压力≥20MPa，再进入轧机开坯形成小方坯；
S3轧后冷却：对轧制后形成的所述小方坯采用间隔设置的多个水冷装置进行喷水冷却，将所述小方坯表面温度冷却至570-630℃，之后将所述小方坯送至冷床进行空冷；所述水冷装置由可调节水量的多个喷头组成，所述多个喷头设置于所述小方坯的四周；
其中，N＝T/t，T为大方坯坯料达到开轧条件所需的加热时间，所述t为轧制每支大方坯坯料的时间。
由于在产业上生产过程均为连续生产，本发明将加热炉内大方坯坯料数量N进行计算，得到加热炉内最优大方坯坯料数量，使每支坯料达到开轧条件后立即出炉进行开坯轧制，缩短了每支大方坯坯料的在炉时间，即减少了大方坯处于高温的时间从而降低脱碳的发生。
此外，开坯后的小方坯表面温度为930-960℃，采用空冷需要大约20min才能降低到600℃以下，而600-900℃正是脱碳特别是全脱碳最严重的温度范围，采用水冷将小方坯快速降温到600℃能够有效减小脱碳层深度。但在冷却过程中，小方坯表面和心部存在温差，若采用一段水冷，水冷后回温较明显，会导致表面温度明显回升，弱化冷却效果，因此本发明采用多段水冷，使小方坯回温后继续水冷，可降低小方坯内外温差。同时喷头可根据需要调节水量，以将小方坯降温到570-630℃，这是因为，低于此温度段若继续采用水冷，水冷降温太快容易在小方坯表面形成贝氏体或马氏体等异常组织，影响小方坯的使用性能。
进一步的，步骤S1中，所述预热段温度为680-720℃，所述加热一段温度为930-970℃，所述加热二段温度为1030-1070℃，所述均热段温度为1130-1170；且所述大方坯坯料在预热段、加热一段、加热二段和均热段的加热时间相同。预热段与加热一段之间的温差最大，相同时间下升温速率最快，减少了大方坯坯料在600-900℃之间的停留时间，即降低了脱碳的可能性。
进一步的，步骤S1中，所述加热炉内的空燃比为0.45-0.65；优选的，所述加热炉内的空燃比为0.5-0.6；空燃比太低，炉内温度达不到设定温度；空燃比太高，气氛氧化性强，加重表面脱碳程度。
进一步的，步骤S2中，轧制所用的轧机为平立交替轧机。
进一步的，步骤S3中，所述水冷装置有四个，每个所述水冷装置设置有四个喷头，所述四个喷头分别设置于所述小方坯截面的上下左右四个方向，所述小方坯沿其长度方向运行并依次穿过四个水冷装置。四组喷头能够较好地为小方坯降温，同时也避免用水量较大提升成本；每组四个喷头的设置方式兼顾到了小方坯的每个面，能够使小方坯均匀降温。
进一步的，步骤S3中，所述小方坯经过的最后一个所述水冷装置后设置有测温组件，以测量经过水冷后的小方坯表面温度，从而控制喷头的出水量。当测温组件测量到温度低于570℃时，减小喷头的出水量；当测温组件测量到温度高于630℃时，增大喷头的出水量；本发明实施方式能够根据测温组件测量的温度及时调控喷头的出水量，避免低于570℃时降温太快在小方坯表面形成贝氏体或马氏体等异常组织，同时也能避免冷却后的小方坯温度仍然较高导致脱碳。
进一步的，步骤S3中，所述每个水冷装置之间间隔4.5-5.5米设置，所述小方坯通过所述水冷装置的运行速度为0.45-0.55m/s。每两组喷头之间的间隔和小方坯的运行速度配合使小方坯在经过每组喷头之后有一定的时间使小方坯心部的热量向表面传递，至下一组喷头时继续进行喷水冷却，如此反复能够使小方坯表面温度与心部温度保持一致。
进一步的，步骤S3中，水冷过程的平均冷却速度≥8℃/s。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过轧制每只大方坯坯料的时间t和大方坯坯料达到开轧条件所需的加热时间T，计算出最优坯料数量N＝T/t，使每支坯料达到开轧条件后立即出炉进行开坯轧制，缩短了每支大方坯的在炉时间，即减少了大方坯处于高温的时间从而降低脱碳的发生。另一方面，在轧制成小方坯后，小方坯表面温度为930-960℃，此温度下仍会发生严重的脱碳，采用多段喷水冷却不仅能快速降低小方坯表面温度，还能防止小方坯表面和心部存在温差，导致小方坯回温使表面温度上升继续造成脱碳。由以上两方面的结合，明显降低了大方坯坯料开坯过程中产生的脱碳层的厚度，达到减少修磨量甚至免修磨的效果，降低了生产成本，提高了成材率。
具体实施方式
本发明一实施方式提供了一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，所述开坯方法包括以下步骤：
S1坯料加热：加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，在加热炉内装入N支大方坯坯料，所述大方坯坯料依次经过预热段、加热一段、加热二段和均热段加热；
其中，N＝T/t，T为大方坯坯料达到开轧条件所需的加热时间，所述t为轧制每支大方坯坯料的时间。
由于大方坯坯料断面尺寸大，变形抗力大，因此需要将大方坯坯料加热到较高温度降低其变形抗力，同时较大的断面尺寸使大方坯坯料心部的温度难以与表面温度一致，因此需要在均热段进行保温，使大方坯坯料整体温度均匀；由于不同钢种的大方坯坯料对于轧制温度要求不同，因此，当大方坯坯料表面到达轧制温度且大方坯坯料心部和表面的温度差小于等于20℃即达到开轧条件。
大方坯坯料根据需要开坯成小方坯的尺寸不同，轧制的次数不相同，因此，大方坯坯料根据所需小方坯尺寸进行不同次数的轧制得到所需尺寸的小方坯的时间即为轧制每支大方坯坯料的时间。
由于在产业上生产过程均为连续生产，本发明将加热炉内大方坯坯料数量N进行计算，得到加热炉内最优大方坯坯料数量，使每支坯料达到开轧条件后立即出炉进行开坯轧制，缩短了每支大方坯坯料的在炉时间，即减少了大方坯处于高温的时间从而降低脱碳的发生。
优选的，所述预热段温度为680-720℃，所述加热一段温度为930-970℃，所述加热二段温度为1030-1070℃，所述均热段温度为1130-1170℃；且所述大方坯坯料在预热段、加热一段、加热二段和均热段的加热时间相同。预热段与加热一段之间的温差最大，相同时间下升温速率最快，减少了大方坯坯料在600-900℃之间的停留时间，即降低了脱碳的可能性。
优选的，所述加热炉内的空燃比为0.45-0.65，由于空气中具有的氧气、水蒸气、二氧化碳等气体，容易与大方坯坯料表面的碳发生反应，失去全部或部分碳，形成脱碳层，因此有必要对加热炉内的空燃比进行控制。但是空燃比太低，炉内温度达不到设定温度；空燃比太高，气氛氧化性强，加重表面脱碳程度。更优选的，所述加热炉内的空燃比为0.5-0.6。
进一步地，所述生产方法还包括步骤：
S2开坯轧制：所述大方坯坯料加热达到开轧条件后出炉并采用高压水进行除鳞，所述高压水压力≥20MPa，再进入轧机开坯形成小方坯，轧制所用的轧机为平立交替轧机。
S3轧后冷却：对轧制后形成的所述小方坯采用间隔设置的多个水冷装置进行喷水冷却，将所述小方坯表面温度冷却至570-630℃，之后将所述小方坯送至冷床进行空冷；所述水冷装置由可调节水量的多个喷头组成，所述多个喷头设置于所述小方坯的四周。
轧制后得到的小方坯表面温度为930-960℃，采用空冷需要大约20min才能降低到600℃以下，而600-900℃正是脱碳特别是全脱碳最严重的温度范围，采用水冷将小方坯快速降温到600℃能够有效减小脱碳层深度。但在冷却过程中，小方坯表面和心部存在温差，若采用一段水冷，水冷后回温较明显，会导致表面温度明显回升，弱化冷却效果，因此本发明采用多段水冷，使小方坯回温后继续水冷，可降低小方坯内外温差。同时喷头可根据需要调节水量，以将小方坯降温到570-630℃，这是因为，低于此温度段若继续采用水冷，水冷降温太快容易在小方坯表面形成贝氏体或马氏体等异常组织，影响小方坯的使用性能。
优选的，步骤S3中，所述水冷装置有四个，每个所述水冷装置设置有四个喷头，所述四个喷头分别设置于所述小方坯截面的上下左右四个方向，所述小方坯沿其长度方向运行并依次穿过四个水冷装置。四组喷头能够较好地为小方坯降温，同时也避免用水量较大提升成本；每组四个喷头的设置方式兼顾到了小方坯的每个面，能够使小方坯均匀降温。
优选的，步骤S3中，所述小方坯经过的最后一个所述水冷装置后设置有测温组件，以测量经过水冷后的小方坯表面温度，从而控制喷头的出水量。当测温组件测量到温度低于570℃时，减小喷头的出水量；当测温组件测量到温度高于630℃时，增大喷头的出水量；本发明实施方式能够根据测温组件测量的温度及时调控喷头的出水量，避免低于570℃时降温太快在小方坯表面形成贝氏体或马氏体等异常组织，同时也能避免冷却后的小方坯温度仍然较高导致脱碳。
优选的，步骤S3中，所述每个水冷装置之间间隔4.5-5.5米设置，所述小方坯通过所述水冷装置的运行速度为0.45-0.55m/s。每两组喷头之间的间隔和小方坯的运行速度配合使小方坯在经过每组喷头之后有一定的时间使小方坯心部的热量向表面传递，至下一组喷头时继续进行喷水冷却，如此反复能够使小方坯表面温度与心部温度保持一致。
优选的，步骤S3中，水冷过程的平均冷却速度≥8℃/s。
本发明实施方式所得的小方坯，在后续生产棒线材时，修磨量较小甚至无需修磨即可通过高线轧制制得性能优异的棒线材，且棒线材的表面硬度较高，表面不易出现裂纹导致疲劳断裂。
<实施例及对比例>
实施例1
本发明实施例一采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的55SiCr钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的55SiCr大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为710℃，加热一段温度为946℃，加热二段温度为1050℃，均热段为1148℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.55。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.5m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
实施例2
本发明实施例二采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的55SiCr钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的55SiCr大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为709℃，加热一段温度为950℃，加热二段温度为1045℃，均热段为1150℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.56。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.45m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔4.5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
实施例3
本发明实施例三采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的55SiCr钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的55SiCr大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为702℃，加热一段温度为951℃，加热二段温度为1055℃，均热段为1151℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.54。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.45m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔5.5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
实施例4
本发明实施例四采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为700℃，加热一段温度为944℃，加热二段温度为1052℃，均热段为1156℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.58。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.55m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔4.5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
实施例5
本发明实施例五采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为704℃，加热一段温度为957℃，加热二段温度为1054℃，均热段为1155℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.57。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.55m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔5.5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
实施例6
本发明实施例六采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn钢种，加热炉的设计容量为154支，该大方坯加热到开轧条件所需的加热时间为190min，轧制每支大方坯的时间为95s，经计算加热炉内的坯料数量为120支。对断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为712℃，加热一段温度为960℃，加热二段温度为1060℃，均热段为1154℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.53。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到190min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯通过辊道以0.5m/s的速度运输，经过多段水冷装置进行水冷，多段水冷装置由四组可调水量的喷头组成，每组喷头间隔5米，每组有四个喷头，分布在小方坯上下左右四个方向，分别对应小方坯平行于运输方向的四个面。最后一组喷头后安装有红外测温组件，根据测量得到的温度调节每组喷头的水量，保证坯料表面温度在经过红外测温组件达到600℃，经过水冷后的小方坯继续由辊道运输至冷床进行空冷。
对比例1
本发明对比例一采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的55SiCr钢种，加热炉的设计容量为154支，本实施例采用设计容量154支进行司炉。对断面尺寸300mm*390mm的55SiCr大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为800℃，加热一段温度为970℃，加热二段温度为1070℃，均热段为1212℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.66。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到244min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯直接由辊道运输至冷床进行空冷。
对比例2
本发明对比例二采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的55SiCr钢种，加热炉的设计容量为154支，本实施例采用设计容量154支进行司炉。对断面尺寸300mm*390mm的55SiCr大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为850℃，加热一段温度为965℃，加热二段温度为1080℃，均热段为1231℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.7。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到244min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯直接由辊道运输至冷床进行空冷。
对比例3
本发明对比例三采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn钢种，加热炉的设计容量为154支，本实施例采用设计容量154支进行司炉。
对断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为850℃，加热一段温度为965℃，加热二段温度为1080℃，均热段为1231℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.71。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到244min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯直接由辊道运输至冷床进行空冷。
对比例4
本发明对比例四采用的大方坯为断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn钢种，加热炉的设计容量为154支，本实施例采用设计容量154支进行司炉。对断面尺寸300mm*390mm的60Si2Mn大方坯进行如下操作：
S1坯料加热：将上述大方坯通过辊道进入加热炉内，加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，预热段温度为790℃，加热一段温度为977℃，加热二段温度为1100℃，均热段为1155℃。燃料采用高炉煤气，炉内空燃比控制在0.69。
S2开坯轧制：每支上述大方坯在加热炉内加热达到244min后运输至加热炉外采用高压水进行除鳞，高压水压力21MPa，之后进入平立交替轧机进行开坯，经9道次连轧后开坯成140mm×140mm的小方坯。
S3轧后冷却：上述小方坯直接由辊道运输至冷床进行空冷。
表1
表1记载了实施例和对比例的钢种、加热炉内各段温度、加热炉内空燃比和测得的脱碳层厚度，通过表1可以看出，实施例1-6由于按照加热炉内最佳坯料数量进行司炉，控制加热炉内的空燃比，且经过多段式水冷，脱碳层厚度相较于对比例1-4大大减小，大约为对比例1-4脱碳层厚度的三分之一。
同时可观察到实施例1-6的预热段和加热一段之间的温差较对比例1-4的预热段和加热一段之间的温差要大，在同一时间下温差较大会使得加热速率较快，因此实施例1-6处于600-900℃这一温度段的时间较短，减小脱碳的发生时间。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1坯料加热：加热炉分为四段，分别为预热段、加热一段、加热二段和均热段，在加热炉内装入N支大方坯坯料，所述大方坯坯料依次经过预热段、加热一段、加热二段和均热段加热；
S2开坯轧制：所述大方坯坯料加热达到开轧条件后出炉并采用高压水进行除鳞，所述高压水压力≥20MPa，再进入轧机开坯形成小方坯；
S3轧后冷却：对轧制后形成的所述小方坯采用间隔设置的多个水冷装置进行喷水冷却，将所述小方坯表面温度冷却至570-630℃，之后将所述小方坯送至冷床进行空冷；所述水冷装置由可调节水量的多个喷头组成，所述多个喷头设置于所述小方坯的四周；
其中，N＝T/t，T为大方坯坯料达到开轧条件所需的加热时间，t为轧制每支大方坯坯料的时间。
2.根据权利要求1所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S1中，所述预热段温度为680-720℃，所述加热一段温度为930-970℃，所述加热二段温度为1030-1070℃，所述均热段温度为1130-1170℃。
3.根据权利要求1所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S1中，所述大方坯坯料在预热段、加热一段、加热二段和均热段的加热时间相同。
4.根据权利要求1所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热炉内的空燃比为0.45-0.65。
5.根据权利要求4所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热炉内的空燃比为0.5-0.6。
6.根据权利要求1所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S3中，所述水冷装置有四个，每个所述水冷装置设置有四个喷头，所述四个喷头分别设置于所述小方坯截面的上下左右四个方向，所述小方坯沿其长度方向运行并依次穿过四个水冷装置。
7.根据权利要求6所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S3中，所述小方坯经过的最后一个所述水冷装置后设置有测温组件，以测量经过水冷后的小方坯表面温度，从而控制喷头的出水量。
8.根据权利要求6所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S3中，所述每个水冷装置之间间隔4.5-5.5米设置。
9.根据权利要求8所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S3中，所述小方坯通过所述水冷装置的运行速度为0.45-0.55m/s。
10.根据权利要求1所述的减小中高碳钢坯料表面脱碳深度的开坯方法，其特征在于，步骤S3中，水冷过程的平均冷却速度≥8℃/s。
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