CN115725889B - 一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢冶炼、轧制和热处理生产技术领域，尤其是一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，该生产方法包括将高碳马氏体不锈钢原料依次经电炉+AOD+LF+VOD冶炼炼制得不锈钢钢液后，依序经过预成型、退火、修磨、加热、轧制成型、打包和再退火工序，利用该方法可以解决高碳马氏体不锈钢盘条生产过程中劈头、表面开裂、中心孔洞、脆断等缺陷问题，且生产的高碳马氏体不锈钢盘条质量好、成材率高、加工性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢冶炼、轧制和热处理生产技术领域，具体领域为一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法。
背景技术
高碳马氏体不锈钢具有较高的热处理硬度和良好的耐腐蚀性能，主要用于具有耐腐蚀和耐磨性要求较高的精密轴、轴承、导轨、刀剪等。
高碳马氏体不锈钢具有较高的碳元素含量，其加工性能较差，生产盘条过程中容易出现劈头、表面开裂、中心孔洞等缺陷，盘条冷却和流转过程中容易出现断裂，盘条热处理后性能较差等问题。现有技术生产高碳马氏体不锈钢盘条缺陷率高、成材率较低、热处理后加工性能差等问题，直径越小的盘条，问题更明显。
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碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，利用该方法生产的高碳马氏体不锈钢盘条质量好、成材率高、加工性能优异。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，包括如下步骤：
S1.制备钢液：将高碳马氏体不锈钢原料依次经电炉+AOD+LF+VOD冶炼炼制得不锈钢钢液；
S2.预成型：将S1制成的钢液通过连续浇注的方式或者先模铸后开坯的方式制得方坯；
S3.退火：将S2预成型得到的方坯热转入台车退火炉中依序进行升温、保温和降温处理后出炉空冷；
S4.修磨：对S3退火后的方坯进行全修磨处理；
S5.加热：采用连续步进式加热的方式对S4得到的方坯依序进行预热、加热和均热工序；
S6.轧制成型：利用横列式高速线材轧机以小压下量多道次、低轧速和过程控温方式的方式将S5中加热好后的方坯轧制成盘条，轧制延伸系数1.15～1.25％之间，并且轧后盘条采用斯太尔摩风冷辊道进行缓冷；
S7.打包：盘条采用盘卷打包机进行打包；
S8.再退火：将S7中打包好的盘条热转入氮气保护罩式退火炉中并依序进行快速升温、控制升温、保温、控制降温和快速降温处理，盘条冷却至300℃后出炉空冷。
优选的，所诉步骤S1中钢液有害元素要求O≤30ppm、H≤5ppm、S≤20ppm和P≤0.030％。
优选的，所述步骤S3中方坯入炉温度≥200℃，方坯在炉中升温至860～880℃后，保温时间6～10h，降温速率不大于30℃/h，出炉温度不大于600℃。
优选的，所述步骤S4中方坯的修磨采用细砂轮，轻压力进行，砂轮目数不小于40目，单道次修磨深度1～2mm。
优选的，所述方坯预热阶段温度950℃以下，时间为0.5～1.0h；所述方坯加热阶段温度控至1020～1160℃，加热时间为0.5～1.5h；所述方坯均热阶段温度控至1120～1200℃，根据方坯的碳含量，碳含量越高均热温度越高，均热时间根据方坯截面尺寸进行调整，控制在0.5～1.0℃/mm，均热过程方坯头尾温差不超过20℃。
优选的，所述步骤S6中方坯轧制时控制粗轧初轧速度≤1.0m/s，精轧终轧速度≤60m/s，轧制过程温度控在1000～1150℃。
优选的，所述步骤S6中盘条的缓冷工序中辊道速度控制在0.20～0.30m/s且辊道底部增加隔热板，以降低冷却速度。
优选的，所述步骤S7中盘条热转入氮气保护罩式退火炉时的温度不小于100℃，打包压力不大于10吨。
优选的，所述步骤S8中控制升温阶段升温速率不大于150℃/h，保温阶段保温温度为880～900℃，保温时间为8～14小时，控制降温阶段降温速率不大于25℃/h，降温至600℃以下后采用换冷却罩进行快速冷却。
优选的，所处理的高碳铬不锈钢材料的主要化学元素按质量百分比为：C:0.60～1.20％；Si≤1.00％；Mn≤1.00％；Cr:12.00～19.00％；Ni≤0.6％；Cu≤0.6％；Mo≤1.5％；N≤0.1％；其余为Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）通过降低方坯有害元素含量、表面修磨、降低轧制压下量、低轧制速度速和控制过程温等方式，解决了高碳马氏体不锈钢盘条轧制过程开裂和中心孔洞缺陷，尤其是小规格盘条缺陷问题，最小可生产Φ5.0mm直径盘条。
（2）通过控制冷却方式、打包压力、流转方式等方式，解决了轧后盘条的脆断问题，提高盘条质量和成材率，方坯轧制盘条成材率≥95％。
（3）利用常规不锈钢材料的冶炼、轧制和热处理等生产设备，通过设备改进和工艺参数精确控制即可实现高碳马氏体不锈钢盘条的生产，关键控制点全面，生产质量稳定、生产效率高、适合大规模生产推广。
（4）通过盘条有害残余元素控制、缺陷控制和热处理性能的改进等方面综合控制，成品盘条拥有较好的力学性能，强度≤700Mpa，延伸率≥20％，收缩率≥35％，拥有较好的冷加工性能好。
具体实施方式
为方便理解，以下选取具体实施例对本发明的实施方式进行详细说明，应当理解的是此处所描述的具体实施方式仅限于说明个解释本发明，并不限制本发明。
本发明提供一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，包括以下步骤：
（1）冶炼采用电炉+AOD+LF+VOD冶炼流程，将高碳马氏体不锈钢原料制得高纯净度、低有害元素含量的高碳马氏体不锈钢钢液。高纯净度、低有害元素可以提高方坯热加工性能，降低轧制过程开裂几率。
主要化学元素及有害元素实测值如表1所示。其中实施例1通过连续浇注方式制得截面180*180mm的方坯。实施例2通过先模铸后开坯的方式制得截面160*160mm的方坯。
表1 实施例主要化学元素及有害元素质量百分比
（2）采用台车退火炉对方坯进行完全退火处理，坯料进炉温度≥200℃。方坯退火经升温、保温和降温阶段，其中退火温度860℃，保温时间8h，降温速率30℃/h，降温至600℃后出炉空冷。
热送方式可降低方坯组织转变过程产生应力，防止方坯开裂。方坯完全退火后可获得相对较好的塑性，避免后续修磨过程产生的应力使方坯表面形成裂纹。完全退火后获得的组织可以降低轧制加热过程中的组织转变应力，降低方坯加热过快导致开裂的风险，同时可提高方坯的加热速率，提高生产效率。
（3）采用钢坯修磨机对坯料表面进行全修磨处理。修磨采用细砂轮，轻压力进行，砂轮目数40目，单道次修磨处深度1～2mm。
修磨去除方坯表面缺陷、氧化及脱碳层，获得表面无缺陷且平整、光洁的方坯。方坯可采用自动钢坯修磨机或手动修磨机进行修磨，修磨采用细砂轮、轻压力的方式进行，避免修磨压力过大形成缺陷。
（4）方坯采用连续步进式加热进行加热，加热炉分预热段、加热段和均热段。碳含量越高，均热保温温度越高，实施例生产加工工艺实际控制要求如表2所示。
表2 实施例加热工艺控制要求
适宜的加热温度可使方坯处于热塑性较好的温度范围内轧制，从而降低产生轧制缺陷的风险，温度均匀性较好的方坯可降低轧制过程中的尺寸波动，提高轧制过程稳定性，从而提高成品盘条的尺寸精度和表面质量。方坯加热主要有加热和均热阶段，重点控制均热阶段温度和保温时间，碳元素含量调整保温温度可以获得相对更好的热加工塑性。根据方坯截面尺寸进行调整保温时间可以在保障方坯内外温度均匀的前提下使表面尽可能少的氧化，降低氧化损耗、提高成材率。
（5）采用横列式高速线材轧机进行轧制，轧制全程采用小压下量多道次、低轧速和过程控温方式进行。通过增加轧制道次，减小单道次压下量，采用感应热设备，对中轧进行补温，水箱对精轧进行降温，从而实现过程温度稳定控制。实施例轧制过程实际参数控制如表3所示。
表3 实施例轧制过程参数控制要求
小压下量和低轧制速度可以减小轧制变形速率，降低轧制应力，减少轧制开裂风险。低轧制速度增加了轧制道次之间的间隔时间，使盘条有更长的回复和再结晶时间以降低轧制产生的应力，在进行下一道轧制之前恢复到较好的热加工塑性。低轧制速度更有利于消除方坯的疏松和缩孔缺陷，同时可避免精轧过程中盘条心部温度过高而产生孔洞缺陷。
采用控温轧制可以使盘条具有良好的热加工塑性温度下进行轧制，同时可避免心部温度过高而产生孔洞缺陷，从而提高盘条表面和心部质量。中轧过程需采用感应热设备进行补温，精轧制过程需采用水箱进行降温。
（6）轧后盘条采用斯太尔摩风冷辊道进行缓冷，辊道速度0.25m/s，关闭保温罩，辊道底部增加隔热板，以降低冷却速度。缓冷可降低冷却过程中组织转变应力，降低开裂和断裂风险。
（7）盘条采用盘卷打包机进行打包，打包压力≤10吨，避免盘条断裂。打包后热转至退火炉退火，保证入炉温度≥100℃。热送退火可以降低盘条组织转变过程产生应力，防止盘条开裂。低压力的打包方式可以避免压力过大导致盘条断裂。
（8）采用氮气保护罩式退火炉对盘条进行退火处理，盘条分为快速升温阶段、控制升温阶段、保温阶段、控制降温阶段和快速降温阶段。其中控制升温阶段升温速率70℃/h，保温阶段保温温度880℃，保温时间10小时，控制降温阶段降温速率25℃/h，降温至600℃后采用换冷却罩进行快速冷却，冷却至300℃后出炉空冷。氮气保护退火可以降低盘条表面氧化及脱碳程度，提高成品表面质量，使盘条退火后具有较高的加工性能。
对利用本生产方法生产的高碳马氏体不锈钢盘条进行成材率和盘条生产力学性能测试，结果如表4和表5所示。
表4 实施例盘条生产成材率
表5 实施例成品盘条生产力学性能测试结果
从表4和表5数据可以看出，采用所述方法生产的高碳马氏体不锈钢盘条无表面裂洞、中心孔洞、过程脆断等缺陷；成材率≥95％，成材率高；抗拉强度≤700Mpa，延伸率≥20％，收缩率≥35％，拥有较好的冷加工性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.制备钢液：将高碳马氏体不锈钢原料依次经电炉+AOD+LF+VOD冶炼制得不锈钢钢液；
S2.预成型：将S1制成的钢液通过连续浇注的方式或者先模铸后开坯的方式制得方坯；
S3.退火：将S2预成型得到的方坯热转入台车退火炉中依序进行升温、保温和降温处理后出炉空冷；
S4.修磨：对S3退火后的方坯进行全修磨处理；
S5.加热：采用连续步进式加热的方式对S4得到的方坯依序进行预热、加热和均热工序；
S6.轧制成型：利用横列式高速线材轧机以小压下量多道次、低轧速和过程控温方式的方式将S5中加热好后的方坯轧制成盘条，轧制延伸系数1.15～1.25％之间，并且轧后盘条采用斯太尔摩风冷辊道进行缓冷；
S7.打包：盘条采用盘卷打包机进行打包；
S8.再退火：将S7中打包好的盘条热转入氮气保护罩式退火炉中并依序进行快速升温、控制升温、保温、控制降温和快速降温处理，盘条冷却至300℃后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S1中钢液有害元素要求O≤30ppm、H≤5ppm、S≤20ppm和P≤0.030％。
3.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S3中方坯入炉温度≥200℃，方坯在炉中升温至860～880℃后，保温时间6～10h，降温速率不大于30℃/h，出炉温度不大于600℃。
4.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S4中方坯的修磨采用细砂轮，轻压力进行，砂轮目数不小于40目，单道次修磨深度1～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述方坯预热阶段温度950℃以下，时间为0.5～1.0h；所述方坯加热阶段温度控至1020～1160℃，加热时间为0.5～1.5h；所述方坯均热阶段温度控至1120～1200℃，根据方坯的碳含量，碳含量越高均热温度越高，均热时间根据方坯截面尺寸进行调整，控制在0.5～1.0℃/mm，均热过程方坯头尾温差不超过20℃。
6.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S6中方坯轧制时控制粗轧初轧速度≤1.0m/s，精轧终轧速度≤60m/s，轧制过程温度控在1000～1150℃。
7.根据权利要求6所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S6中盘条的缓冷工序中辊道速度控制在0.20～0.30m/s且辊道底部增加隔热板，以降低冷却速度。
8.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S7中盘条热转入氮气保护罩式退火炉时的温度不小于100℃，打包压力不大于10吨。
9.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤S8中控制升温阶段升温速率不大于150℃/h，保温阶段保温温度为880～900℃，保温时间为8～14小时，控制降温阶段降温速率不大于25℃/h，降温至600℃以下后采用换冷却罩进行快速冷却。
10.根据权利要求1～9任一所述的一种高碳马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所处理的高碳铬不锈钢材料的主要化学元素按质量百分比为：C:0.60～1.20％；Si≤1.00％；Mn≤1.00％；Cr:12.00～19.00％；Ni≤0.6％；Cu≤0.6％；Mo≤1.5％；N≤0.1％；其余为Fe和不可避免的杂质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A production method of high carbon martensitic stainless steel wire rod Granted publication date: 20231219 Pledgee: China Construction Bank Qingtian Sub branch Pledgor: ZHEJIANG TSINGSHAN IRON & STEEL Co.,Ltd. Registration number: Y2024980014337 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |