CN115786799A - 一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法。包括如下步骤：(1)冶炼工艺；(2)浇铸工艺；(3)加热工艺：冷坯料装炉，坯料加热温度1130‑1200℃进行高温扩散退火，在炉时间控制在200‑240min；(4)轧制工艺：粗轧温度为1110‑1180℃，精轧进KOCKS减定径轧机前温度为915‑980℃，终轧温度为900‑950℃；(5)冷却工艺。本发明通过控制高温扩散退火温度、纳米析出物抑制奥氏体晶粒长大、完全再结晶区轧制的工艺，得到铁素体+珠光体组织，晶粒细小均匀，无混晶和魏氏组织，具有良好的韧塑性，满足下游用户免锻造直接加工使用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法。
背景技术
普通中碳结构钢由于其成分的特殊性，易在加热和轧制的过程中产生一定的混晶和魏氏组织，这两种组织往往相伴而生，对钢材的组织和性能均匀性，尤其是塑性和韧性影响很大，因此需要极力避免混晶和魏氏组织。
混晶是指钢材中晶粒大小差别大，粗晶和细晶共存的一种现象。中碳结构钢的混晶组织中大晶粒直径可达100-150μm，是普通晶粒的3-5倍(如图1所示)。魏氏组织是钢中按照一定几何形状分布的针状组织，魏氏组织分为两类：铁素体型魏氏组织和渗碳体型魏氏组织，亚共析钢中形成的魏氏组织为铁素体型魏氏组织。魏氏组织一般在含C量为0.20％-0.55％的钢中产生，含C量在0.40％左右时最容易产生魏氏组织，这是由于当含C量低于0.20％时，先析出的等轴铁素体优先产生并发展，而阻碍魏氏铁素体的形成和长大，当含C量大于0.55％时，珠光体生长发达而阻碍魏氏铁素体的产生。如果钢中的奥氏体晶粒异常粗大，即使不大的冷速也可能形成魏氏组织，魏氏组织的塑性和韧性比较差，大部分魏氏组织的产生是基于此因素。因此，混晶和魏氏组织往往是相伴而生的，魏氏组织如图1所示。
下游用户使用中碳结构钢棒加工机械用的杆或轴时，往往省略加热锻打工艺，此时材料仍为热轧态组织，若有混晶和魏氏组织将严重影响材料的组织均匀性和韧塑性，不能使用。
发明内容
针对中碳结构钢中出现混晶和魏氏组织影响材料组织和性能均匀性的技术问题，本发明提供一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法，通过控制高温扩散退火温度、纳米析出物抑制奥氏体晶粒长大、完全再结晶区轧制的工艺来生产中碳结构钢，成品为理想的铁素体+珠光体组织，晶粒细小均匀，无混晶和魏氏组织，具有良好的韧塑性，满足下游用户免锻造直接加工使用的需求。
本发明技术方案如下：
一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法，包括如下步骤：
(1)冶炼工艺，冶炼熔炼成分为C：0.42％-0.48％，Si：0.20％-0.30％，Mn：0.50％-0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti：0.010％-0.030％，Cr、Ni、Cu分别不高于0.20％，余量为Fe；
(2)浇铸工艺；
(3)加热工艺：冷坯料装炉，坯料加热温度1130-1200℃进行高温扩散退火，正常控制温度按中间值，在炉时间根据装炉量控制在200-240min；
(4)轧制工艺：采用粗中精轧轧制，粗轧温度为1110-1180℃，精轧进KOCKS减定径轧机前温度为915-980℃，终轧温度为900-950℃，轧制成品圆钢直径为30-80mm；
(5)冷却工艺。
进一步的，步骤(1)采用氧气转炉或电炉熔炼，然后经LF-RH或VD真空精炼处理，保真空时间≥10min，真空处理后喂钛铁线，喂线后软吹氩≥12min。
进一步的，步骤(1)所使用的钛铁线中Ti含量为30％。
进一步的，步骤(1)的钛铁线喂入量为0.8-1.2kg/t。
进一步的，步骤(2)为将钢水浇铸成260×300mm连铸矩形坯。
进一步的，步骤(2)浇铸过程中，铸机采用电磁搅拌，中包过热度在20-30℃范围波动。
进一步的，步骤(5)具体为：轧后圆钢上倍尺冷床后锯切并冷却，下线收集打捆时表面温度不高于150℃。
进一步的，步骤(5)的冷却方式为自然冷却。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的无混晶和魏氏组织的中碳结构钢，通过加热炉适度高温扩散退火、碳氮化钛纳米析出物在奥氏体晶界的二次析出有效抑制高温加热阶段奥氏体晶粒异常长大、在900℃以上完全再结晶区进行轧制的工艺，避免了晶粒的异常长大，晶粒大小均匀，无异常大晶粒和大晶粒内冷却形成的魏氏组织，可得到理想的先共析铁素体+珠光体组织，钢棒具有良好的强韧性和塑性，各向性能良好，可用于下游用户免锻造加工杆棒类机械结构用件。
(2)本发明吨钢仅增加0.8-1.2kg钛铁(Ti含量为30％)，可充分利用碳氮化钛高温奥氏体区晶界固溶析出抑制晶粒长大的作用，实现中碳钢高温完全再结晶区高效轧制，轧制过程中，钉扎晶界的碳氮化钛也显著阻滞形变奥氏体的动态再结晶，提高动态再结晶温度，细化奥氏体晶粒，避免了为获得细晶粒而在未再结晶区低温控轧控冷造成的轧机负荷大、轧制困难、轧槽轧辊磨损大、机时产量低等问题。
(3)本发明方法轧后可自然冷却，无需快冷即可避免魏氏组织的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1是含混晶和魏氏组织的Φ50mm中碳结构圆钢金相组织图。
图2是实施例1生产的无混晶和魏氏组织的Φ50mm中碳结构圆钢金相组织图。
图1、图2的放大倍数均为100倍。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的中碳结构圆钢生产制备方法如下：
(1)冶炼工艺：冶炼熔炼成分为C：0.45％，Si：0.25％，Mn：0.68％，P：0.015％，S：0.008％，Ti：0.018％，Cr：0.08％，Ni：0.02％，Cu：0.03％，余量为Fe。
原料铁水KR预处理后，50t电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，减少吸氮，出钢过程严禁下渣，终点C：0.15％。钢水送入LF精炼炉精炼，做好温度及成分的微调处理，P、S含量要求尽可能低，渣碱度3.6，其他元素按中限值进行成分微调，处理完成后再在VD炉中真空处理，钢包入VD炉前扒渣。VD真空度小于67Pa，保持时间12min。处理结束后喂入钛铁线(FeTi30-A)1kg/t，喂线后软吹氩13min，软吹效果良好；
(2)浇铸工艺：VD炉处理后钢水上260mm×300mm断面连铸机浇铸，浇铸过程中铸机采用电磁搅拌，中包过热度在20-30℃范围波动，拉速保持0.52m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48h；
(3)加热工艺：冷坯料装炉，加热炉加热220min，加热目标温度为1170℃，预热段为550-850℃，加热段为1150-1200℃，均热段为1130-1900℃；
(4)轧制工艺：出炉后高压水除鳞，采用17架粗中精轧平立交替轧制工艺，粗轧开轧温度约1150℃，精轧进KOCKS轧机前温度为915℃，终轧温度为900℃，轧制成品圆钢直径为50mm；
(5)冷却工艺：轧后圆钢直接上线进入倍尺冷床自然冷却并切割，下线收集打捆时表面温度不高于150℃。
实施例2
本实施例的中碳结构圆钢生产制备方法如下：
(1)冶炼工艺：冶炼熔炼成分为C：0.44％，Si：0.27％，Mn：0.70％，P：0.018％，S：0.006％，Ti：0.020％，Cr：0.10％，Ni：0.03％，Cu：0.05％，余量为Fe。
原料铁水KR预处理后，50t电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，减少吸氮，出钢过程严禁下渣，终点C：0.17％。钢水送入LF精炼炉精炼，做好温度及成分的微调处理，P、S含量要求尽可能低，渣碱度4.1，其他元素按中限值进行成分微调，处理完成后再在VD炉中真空处理，钢包入VD炉前扒渣。VD真空度小于67Pa，保持时间12min。处理结束后喂入钛铁线(FeTi30-A)1.1kg/t，喂线后软吹氩15min，软吹效果良好；
(2)浇铸工艺：VD炉处理后钢水上260mm×300mm断面连铸机浇铸，浇铸过程中铸机采用电磁搅拌，中包过热度在20-30℃范围波动，拉速保持0.55m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48h；
(3)加热工艺：冷坯料装炉，加热炉加热240min，加热目标温度为1170℃，预热段为550-850℃，加热段为1150-1200℃，均热段为1130-1900℃；
(4)轧制工艺：出炉后高压水除鳞，采用15架粗中精轧平立交替轧制工艺，粗轧开轧温度约1160℃，精轧进KOCKS轧机前温度为945℃，终轧温度为925℃，轧制成品圆钢直径为80mm；
(5)冷却工艺：轧后圆钢直接上线进入倍尺冷床自然冷却并切割，下线收集打捆时表面温度不高于150℃。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无混晶和魏氏组织的中碳结构钢生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)冶炼工艺，冶炼熔炼成分为C：0.42％-0.48％，Si：0.20％-0.30％，Mn：0.50％-0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti：0.010％-0.030％，Cr、Ni、Cu分别不高于0.20％，余量为Fe；
(2)浇铸工艺；
(3)加热工艺：冷坯料装炉，坯料加热温度1130-1200℃进行高温扩散退火，正常控制温度按中间值，在炉时间控制在200-240min；
(4)轧制工艺：采用粗中精轧轧制，粗轧温度为1110-1180℃，精轧进KOCKS减定径轧机前温度为915-980℃，终轧温度为900-950℃，轧制成品圆钢直径为30-80mm；
(5)冷却工艺。
2.如权利要求1所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(1)采用氧气转炉或电炉熔炼，然后经LF-RH或VD真空精炼处理，保真空时间≥10min，真空处理后喂钛铁线，喂线后软吹氩≥12min。
3.如权利要求2所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(1)所使用的钛铁线中Ti含量为30％。
4.如权利要求2所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(1)的钛铁线喂入量为0.8-1.2kg/t。
5.如权利要求1所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(2)为将钢水浇铸成260×300mm连铸矩形坯。
6.如权利要求5所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(2)浇铸过程中，铸机采用电磁搅拌，中包过热度在20-30℃范围波动。
7.如权利要求1所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(5)具体为：轧后圆钢上倍尺冷床后锯切并冷却，下线收集打捆时表面温度不高于150℃。
8.如权利要求7所述的中碳结构钢生产方法，其特征在于，步骤(5)的冷却方式为自然冷却。
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