CN114406031B - 一种用于高速拉拔焊丝钢的轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高速拉拔焊丝钢的轧制工艺，针对焊丝钢拉拔易出现断丝，不适用高速拉拔问题，通过对焊丝钢轧制过程中加热工艺、除鳞压力、轧制温度、吐丝温度及斯太尔摩冷却的控制，轧制后焊丝钢盘条显微组织均匀，氧化铁皮机械除鳞效果好，抗拉强度≤510MPa，同圈强度波动15MPa以内，断面收缩率≥80％，伸长率≥30％，盘条Φ5.5mm经过14道次直接拉拔至Φ0.8mm，拉拔速度达25m/s，断丝率小于0.2次/吨。
Description
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，涉及一种焊丝钢的轧制工艺，具体的说是一种用于高速拉拔焊丝钢的轧制工艺。
背景技术
随着焊接技术的不断发展，气体保护焊丝的需求量显著增加，CO2气体保护焊是我国焊接行业大力推广的焊接方法，其主要使用的焊条是ER50-6实芯焊丝。该焊丝不仅具有较好的电弧稳定性和较高的焊接性能，电弧稳定、熔敷效率高、飞溅较少、焊缝成形美观，抗氧化锈蚀能力强，焊缝金属气孔敏感性小，操作方便，而且在焊丝在加工过程中可省略退火工艺，降低制造成本。广泛的运用于石油化工、压力容器、电力、汽车、船舶、电站等各个领域。
目前，国内CO2气体保护焊丝钢ER50-6通常采用Φ5.5mm盘条经过粗拉和精拉两道工序拉拔至Φ0.8mm～Φ1.2mm，生产效率低。中国专利申请202010242130.1“焊丝用热轧盘条及其生产方法”提出焊丝钢精轧温度≤880℃，盘条在终轧之后在生产线上前行至少50m再进入水冷冷却，冷却之后吐丝，吐丝温度为880～910℃，同时控制斯太尔摩辊道冷却，所述盘条的组织、强度及塑性均匀，通条强度差≤25MPa，更加适用于高速拉拔。未考虑轧制温度低轧制负荷较大，产生的变形储能在斯太尔摩辊道速度缓冷过程促进奥氏体晶粒长大问题，因搭接密度差异、冷却不均通条强度差较高，主要适用于拉拔直径为1.2mm焊丝。随着原材料性能及拉拔工艺技术的不断提高，如何通过一道工艺的加工工艺，即原材料直接由Φ5.5mm拉拔至Φ0.8mm～Φ1.2mm，中间不需由粗拉工序拉拔结束后再转移至精拉工序，0.8mm焊丝拉拔速度最高可达30m/s，大大的提高生产效率然而对原材料提出了更高的要求，原材料氧化铁皮易除鳞、显微组织均匀性、强塑性优良等直接影响焊丝拉拔性能。目前现有技术中未提出生产焊丝钢盘条可用高速线一道工序直接拉拔的工艺。
且由于焊丝钢拉拔工艺中，盘条表面除鳞受环保严格要求，已由传统的酸洗调整为机械除鳞，故盘条表面氧化铁皮的厚度及结构直接影响除鳞后效果，从而影响后续拉拔润滑；盘条的显微组织直接影响盘条的强塑性和拉拔过程中的稳定性，抗拉强度低、塑性高，显微组织均匀，拉拔过程越稳定，然而，焊丝钢需通过缓冷促进先共析铁素体充分析出，以降低其抗拉强度，缓冷过程中易促进局部奥氏体晶粒长大现象，抑制先共析铁素体析出影响截面的组织均匀性，拉拔过程中粗晶区塑性较差易产生断丝。
针对焊丝钢高速拉拔工艺，亟需一种获得盘条表面氧化铁皮结构，显微组织均匀，力学性能优良，生产焊丝钢盘条可用高速线一道工序直接拉拔的轧制工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高速拉拔焊丝钢的轧制工艺，采用该方法生产的焊丝钢盘条与传统轧制工艺相比，盘条氧化铁皮易剥离、显微组织均匀、力学性能优良，适用于焊丝钢实现高速拉拔至0.8mm。
所述焊丝钢化学成分按照质量百分比计，成分配比为C：0.06～0.08，Si：0.80～1.00，Mn：1.40～1.60，P≤0.025，S≤0.025，Cr≤0.10，Ni≤0.10，Cu≤0.10，Al≤0.005，Ca≤0.001，其余为铁和不可避免的杂质。
一种用于高速拉拔焊丝钢的轧制工艺，连铸坯通过加热工艺、除鳞、控轧、吐丝、斯太尔摩冷却轧制为盘条而实现。
所述的加热工艺：将160mm×160mm连铸坯由加热炉入口进入，铸坯分别通过预热段、加热段和高温段，连铸坯在高温段温度控制小于1140℃(优选1080～1130℃之间)，加热温度过高、加热时间过长导致奥氏体化后晶粒粗大，加热温度太低，导致开轧温度过低，高温段时间小于100分钟(优选60～80分钟)；
所述的除鳞：连铸坯从加热炉出口进入轧机前，首先经过高压水进行铸坯表面除鳞，为确保铸坯表面氧化铁皮去除干净，防止残余氧化铁皮压入基体之中，产生盘条表面缺陷引起拉拔应力集中，本发明的钢种铸坯为高硅钢种，铸坯加热后表面更易形成难以去除的氧化铁皮，因此高压水除鳞压力大于20MPa；
所述的轧制温度：包括开轧温度、精轧前温度及精轧后温度。开轧温度不仅影响铸坯能否咬入轧机，顺利的进行连续生产，同时轧制变形后铸坯表面及心部的温差直接影响盘条的显微组织均匀性，故开轧温度控制大于960℃(优选1000～1040℃)，铸坯经过粗、中及预精轧后，1#、2#水箱水量平均分配，进精轧机温度控制在900～960℃，精轧机后温度小于1050℃，出精轧后至吐丝水箱水量平均分配，控制吐丝温度，从而控制轧制过程及轧后斯太尔摩冷却过程盘条的芯表温差，改善显微组织均匀性。精轧机前有2个水箱，精轧机后有5个水箱，7个水箱冷却水量平均分配。
所述的吐丝温度：盘条成圈吐丝后，进入斯太尔摩辊道冷却，吐丝温度直接影响显微组织和盘条的表面氧化铁皮厚度，吐丝后确保盘条堆积均匀，吐丝温度900～960℃(优选920～940℃)。
所述的斯太尔摩冷却：斯太尔摩冷却是控制盘条组织转变的关键工序，斯太尔摩线长度110m，辊道入口至出口分为11段可进行辊速调整，每段对应2个保温罩，开启前3个保温罩，其余保温罩全部关闭，斯太尔摩风机全部关闭，斯太尔摩辊道入口段速度0.2～0.3m/s，入罩温度700～760℃，从入口段至第5段每段辊道速度较前一段增加3％，第6段至第11段辊道速度不变，斯太尔摩出口段速度0.5～0.7m/s，出罩温度500～600℃。
焊丝钢拉拔前机械除鳞要求盘条表面氧化铁皮易剥离，而氧化铁皮与基体的粘附、氧化铁皮的厚度及结构直接影响其剥离效果。控制基体与氧化铁皮粘附，即防止氧化铁皮压入基体之中，除鳞后存在压入的氧化铁皮残留，故需控制一次氧化铁皮的生产，铸坯出加热炉后需保证氧化铁皮经高压水去除干净，除鳞压力大于20MPa；氧化铁皮的厚度及结构直接受轧制过程和冷却的影响，盘条氧化铁皮由内到外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3，FeO+Fe3O4结构剥离性较Fe2O3好，较高的吐丝温度有利于FeO和Fe3O4生成，为防止氧化铁皮生成过厚，同时通过控制盘条斯太尔摩冷却速率，以获得易剥离的氧化铁皮。
焊丝钢拉拔过程中，盘条从Φ5.5mm直接拉拔至0.6～1.2mm，要求盘条显微组织均匀、强度波动小、伸长及面缩率高，以满足大变形量拉拔，轧制过程中通过控制进/出精轧温度，同时控制水箱开启位置，降低变形前后盘条芯表温差，利于变形奥氏体组织均匀，同时在斯太尔摩线冷却，通过将前几个辊道速度设置为逐步递增，将搭接点位置逐步散开，缩小搭接点与中间点温差，确保在保温罩内铁素体+珠光体组织完成转变，使得盘条显微组织均匀、强度波动小、伸长及面缩率高。
本发明针对影响焊丝钢高速拉拔工艺的三个关键因素进行控制，即盘条表面氧化铁皮易剥离，显微组织均匀、盘条强度波动小塑性优。与现有技术相比，现有技术中为确保盘条显微组织在斯太尔摩线上缓冷析出100％铁素体+珠光体组织，精轧前、吐丝温度控制较低，同时降低斯太尔摩辊道速度，延长盘条保温时间，而较低的精轧前及吐丝温度在轧制过程中变形储能较大，细化奥氏体晶粒，热轧盘条强度较高，同时轧制过程中冷却快，盘条芯表温差大，形成表面至心部奥氏体晶粒逐渐增大，而较低的斯太尔摩辊道速度下，在保温罩内搭接点与中间点温差较大，搭接点温度较高冷却速率较慢易出现局部奥氏体晶粒长大，出现盘条中间点与搭接点铁素体+珠光体晶粒差距大和边缘粗大的晶粒的问题，从而影响盘条强度及拉拔性能的稳定性。
本发明有益的效果为：通过对焊丝钢轧制过程中加热工艺、除鳞压力、轧制温度、吐丝温度及斯太尔摩冷却的控制，轧制后焊丝钢盘条显微组织均匀，氧化铁皮机械除鳞效果好，抗拉强度小于510MPa，同圈强度波动15MPa以内，断面收缩率≥80％，伸长率≥30％。
经生产实践检验，盘条Φ5.5mm经过14道次直接拉拔至Φ0.8mm，拉拔速度达25m/s，断丝小于0.2次/吨。
附图说明
下面对本发明说明书各附图表达的内容作简要说明：
图1、图2、图3分别为实施例1盘条距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织；
图4、图5、图6、图7分别为对比实施例1盘条边缘、距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织；；
图8、图9、图10分别为对比实施例1盘条距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织；
具体实施方式
本发明下面结合焊丝钢160mm×160mm连铸坯，轧制为Φ5.5mm盘条的生产实施例作进一步详述，
实施例1
焊丝钢连铸坯的成分按质量百分比(wt％)计，成分为C：0.06，Si：0.83，Mn：1.49，P：0.011，S：0.015，Cr：0.02，Ni：0.01，Cu：0.02，Al：0.002，Ca：0.0004，其余为铁和不可避免杂质。
连铸坯由加热炉入口进入，铸坯分别通过预热段、加热段和高温段，连铸坯在高温段温度控制1080～1130℃，高温段时间80分钟；
连铸坯出炉后进行高压水除鳞，除鳞压力25MPa，除鳞后铸坯表面无氧化铁皮残留；
进入轧制前铸坯头中尾温度在1010～1040℃之间，铸坯经过粗、中及预精轧后，经过1#、2#水箱冷却，进精轧机温度925～950℃，精轧机后温度990～1025℃。
盘条成圈吐丝后，进入斯太尔摩辊道冷却，吐丝温度920～940℃。
斯太尔摩辊道开启第1、2、3个保温罩，其余保温罩全部关闭，斯太尔摩风机风机全部关闭，斯太尔摩辊道入口段速度0.26m/s，入罩温度700～740℃，第2段～第5段辊道速度分别为0.268m/s、0.276m/s、0.284m/s、0.293m/s，第6～第10段辊道速度为0.293m/s，出口段速度为0.50m/s，出罩温度510～590℃。
轧制55件盘条，共125吨，盘条距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织如图1～图3。盘条边缘至心部显微组织均匀，晶粒度为8～9级。
抽取5件盘条中5圈样品(编号1#～5#)进行力学性能检测，如表1。
表1
盘条采用25m/s速度拉拔至Φ0.8mm，断丝率0.1次/吨。
对比实施例1
焊丝钢连铸坯的成分按质量百分比(wt％)计，成分为C：0.06，Si：0.86，Mn：1.47，P：0.014，S：0.011，Cr：0.02，Ni：0.01，Cu：0.01，Al：0.003，Ca：0.0003，其余为铁和不可避免杂质。
将实施例1中的“斯太尔摩辊道入口段速度0.26m/s，入罩温度700～740℃，第2段～第5段辊道速度分别为0.268m/s、0.276m/s、0.284m/s、0.293m/s，第6段～第10段辊道速度为0.293m/s，出口段速度为0.50m/s，出罩温度510～590℃。”调整为“斯太尔摩辊道入口段速度0.12m/s，入罩温度850～890℃，第2段～第8段辊道速度均为0.12m/s，第9段、第10段辊道速度分别为0.42m/s、0.45m/s，出口段速度为0.50m/s，则出罩温度实际为510～770℃。”其它与实施例1相同。
轧制60件盘条，共138吨，盘条边缘、距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织如图4～图7。盘条边缘至心部显微组织均匀性较差，边缘出现明显晶粒粗大的混浇问题，边缘至心部晶粒逐渐增大，心部出现团状铁素体。
抽取5件盘条中5圈样品(编号1#～5#)进行力学性能检测，如表2。
表2
盘条采用25m/s速度拉拔至Φ0.8mm，断丝率1.0次/吨。
对比实施例2
焊丝钢连铸坯的成分按质量百分比(wt％)计，成分为C：0.06，Si：0.84，Mn：1.51，P：0.014，S：0.012，Cr：0.01，Ni：0.01，Cu：0.01，Al：0.001，Ca：0.0002，其余为铁和不可避免杂质。
将实施例1中的“进精轧机温度925～950℃，精轧机后温度990～1025℃，吐丝温度920～940℃”调整为“进精轧机温度860～880℃，精轧机后温度920～1050℃，吐丝温度850～870℃”其它与实施例1相同。
轧制55件盘条，共127吨，盘条距离边缘0.5mm、1/2半径及心部显微组织如图8～图10。盘条晶粒小，晶粒度达10～11级，盘条中珠光体明显较多，导致盘条抗拉强度较高。
抽取5件盘条中5圈样品(编号1#～5#)进行力学性能检测，如表3。
表3
盘条采用25m/s速度拉拔至Φ0.8mm，断丝率1.5次/吨。
Claims (7)
1.一种用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于，高速拉拔焊丝钢轧制具体步骤如下：
（1）焊丝钢连铸坯加热工艺中，其中铸坯高温段温度小于1140℃，高温段时间小于100分钟；
焊丝钢化学成分按照质量百分比计，成分配比为C：0.06~0.08，Si：0.80~1.00，Mn：1.40~1.60，P≤0.025，S≤0.025，Cr≤0.10，Ni≤0.10，Cu≤0.10，Al≤0.005，Ca≤0.001，其余为铁和不可避免的杂质；
（2）连铸坯出炉后，进行高压水除鳞，除鳞压力大于20MPa，除鳞后铸坯表面无氧化铁皮残留；
（3)轧制过程中，铸坯开轧温度控制在大于960℃，铸坯经过粗、中及预精轧后，进精轧机温度控制在920~960℃，出精轧机温度小于1050℃；
(4)盘条成圈吐丝，吐丝堆积均匀，吐丝温度900~960℃；
(5)斯太尔摩辊道入口至出口分为11段可进行辊速调整，每段对应2个保温罩，开启前3个保温罩，其余保温罩全部关闭，斯太尔摩风机全部关闭，斯太尔摩辊道入口段速度0.2~0.3m/s，入罩温度680~760℃，辊道从入口段至第5段每段辊道速度较前一段增加3%，第6段至第11段辊道速度不变，斯太尔摩出口段速度0.5~0.7m/s，出罩温度500~600℃；
(6)轧制得到的盘条Φ5.5mm直接拉拔至Φ0.8mm，拉拔速度达25m/s，断丝小于0.2次/吨，得到焊丝钢。
2.根据权利要求1所述的用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中，连铸坯为160mm×160mm矩形坯。
3.根据权利要求1所述的用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中， 铸坯高温段温度在1080~1130℃；高温段时间60~80分钟。
4.根据权利要求1所述的用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，开轧温度控制在1000~1040℃。
5.根据权利要求1所述的用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）和步骤（4）中，精轧机前有2个水箱，精轧机后至吐丝有5个水箱，采用7个水箱冷却控制进精轧机和吐丝温度，水箱水量平均分配。
6.根据权利要求1所述的用于高速拉拔焊丝钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤（5）中，斯太尔摩辊道长110m。
7.根据权利要求1-6任一项所述生产工艺得到的高速拉拔焊丝钢。
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