CN118360464A - 一种取消退火工序的特殊钢开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种取消退火工序的特殊钢开发方法，属于钢铁冶金技术领域，具体方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空、连铸、加热、连轧、高温缓冷、精整校直工序；所述连轧工序包括粗轧和精轧，粗轧：开坯温度1100～1200℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃；所述高温缓冷工序：收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃。本发明通过对石油钻铤用4145H类钢种的钢材成分和生产工艺设计，可以达到AISI4145H类钢材生产中降本提质、CO2减排的目的。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种取消退火工序的特殊钢开发方法。
背景技术
特殊钢广泛应用于交通、钻探等各个行业中，要求具有优良的耐久性和疲劳强度。为使特殊钢具有这些优良特性，钢中添加了许多合金元素。合金元素的添加，使特殊钢的硬度和微观组织发生各种变化。这些变化对之后的部件制造（热轧、冷轧、拉拔、切削等）的加工性产生影响。因此，使特殊钢具有优良的加工性是特殊钢的重要课题。
对特殊钢或特殊钢的热加工部件、冷加工部件进行正火或退火处理，以调整钢的硬度和微观组织，使特殊钢或特殊钢的热加工部件、冷加工部件具有良好的加工性。另一方面，从提高生产效率和降低生产成本的角度，迫切需要省去热处理工序。
目前石油钻铤用4145H类钢种轧材，市场上基本全是退火材，因其贝氏体钢种的特性，热轧态硬度一般在300HB以上，严重影响后续钻孔加工和快速调质的要求。本发明宗旨是用热轧制后的轧材自身余热进行等效退火的技术，期望达到退火材的效果，同时可以减少重新退火时的燃气使用，以利于降本提质、减少CO2排放。
发明内容
本发明提供了一种取消退火工序的特殊钢开发方法，通过对石油钻铤用4145H类钢种的钢材（如:4145H、4145HM、AISI4145H、4145HOM等）成分和生产工艺设计，可以达到AISI4145H钢材生产中降本提质、CO2减排的目的。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种取消退火工序的特殊钢开发方法，所述方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空、连铸、加热、连轧、高温缓冷、精整校直工序；所述连轧工序包括粗轧和精轧，粗轧：开坯温度1100～1200℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃；所述高温缓冷工序：收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃。
进一步的，所述转炉冶炼工序，出钢条件[C]≥0.08%，[P]≤0.010%，出钢温度1600～1650℃。
进一步的，所述LF精炼工序：LF到位用碳化硅粉4.0～5.0kg/吨钢进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间≥15分钟；所述真空工序：VD高真空67Pa以下，保持时间≥15分钟；保持期间尽量调大氩气使钢水充分裸漏脱气；真空处理结束后测温取样，按目标值控铝，推荐按1.0～1.5kg/t加覆盖剂，均匀覆盖整个渣面；软吹时间≥15分钟；吊包温度：开浇炉1568～1578℃；连浇炉1548～1558℃。
进一步的，所述特殊钢的化学成分及质量百分含量为：C：0.43～0.48%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.80～1.20%，P≤0.02%，S≤0.015%，Cr：0.8～1.2%，Mo：0.2～0.35%，Al：0.015～0.036%，N≤150ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述连铸工序，拉速0.24～0.85m/min，比水量0.11～0.22L/kg，结晶器电搅电流100～150A，频率2～4HZ，末搅电搅电流100～150A，频率6～8HZ。
进一步的，所述加热工序：运钢节奏≥4.2分钟/每步，待料温度≤870℃，加热分区温度，1区≤950℃，3区≤900～1070℃，5区≤1000～1150℃，7区≤1080～1220℃，9区≤1150～1240℃，11区≤1200～1270℃，13区≤1200～1260℃，15区≤1200～1250℃，底部温度设定比上部温度高30～50℃。
进一步的，所述连轧工序：除鳞：除鳞压力≥250bar；粗轧：开坯温度1100～1200℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃。
进一步的，所述连轧工序：粗轧：开坯温度1100～1150℃；精轧：开轧温度950～1000℃。
进一步的，所述高温缓冷工序：钢直径φ规格：80mm≤直径φ≤120mm，收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃；120mm＜直径φ≤180mm，收集温度≥730℃，缓冷时间≥55h，出坑温度≤200℃；180mm＜直径φ≤250mm，收集温度≥760℃，缓冷时间≥65h，出坑温度≤200℃；250mm＜直径φ≤350mm，收集温度≥780℃，缓冷时间≥75h，出坑温度≤200℃。
进一步的，所述钢规格：80mm≤直径φ≤350mm；调质性能：抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥880MPa，20℃纵向冲击≥80J；轧材退火硬度：187～229HB。
本发明的设计构思为：
用热轧制后的轧材自身余热进行等效退火，期望达到退火材的效果，同时可以减少重新退火时的燃气使用，以利于降本提质、减少CO2排放。
①成分控制：降低Si、Mn使铁素体软质化（增加Cr、Mo弥补降低Si、Mn引起的淬透性下降）；降低C、N并使C、N固定化；
②低温轧制：低温轧制抑制了轧制时钢的再结晶和晶粒长大，轧制中钢的组织是微细的奥氏体，冷却时促进了铁素体的转变；
③缓冷控制：缓慢冷却后，钢的组织是最软质的铁素体+珠光体组织（缓冷抑制了硬质贝氏体组织的产生），并且珠光体本身也被软化。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明有效控制生产工艺，得到性能稳定的、适用的缓冷轧材产品，圆钢调质可满足抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥880MPa，20℃纵向冲击≥80J；本发明获得的轧材产品，其调质强度、冲击未见明显变化，不影响后续产品调质性能。2、本发明在满足调质性能要求的同时，降低了热轧材的交货硬度，达到了退火材要求，节省了退火费用，减少CO2排放。检测缓冷轧材硬度205～220HB（标准GB/T231.1)，满足客户要求的退火硬度187～229HB；组织观察为珠光体+铁素体（占比8:2），满足后续轧材调质组织要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-6
一种取消退火工序的特殊钢开发方法，所述方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空、连铸、加热、连轧、高温缓冷、精整校直工序；
（1）转炉冶炼工序：所述转炉冶炼工序，出钢条件[C]≥0.08%，[P]≤0.010%，出钢温度1600～1650℃，各实施例控制参数见表1。
（2）精炼工序：LF到位用碳化硅粉4.0～5.0kg/吨钢进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间≥15分钟，各实施例控制参数见表1。
（3）真空工序：VD高真空67Pa以下，保持时间≥15分钟；保持期间尽量调大氩气使钢水充分裸漏脱气；真空处理结束后测温取样，按目标值控铝，推荐按1.0～1.5kg/t钢加覆盖剂，均匀覆盖整个渣面；软吹时间≥15分钟（确保不裸露钢水）；吊包温度：开浇炉1568～1578℃；连浇炉1548～1558℃，各实施例控制参数见表1。
（4）连铸工序：拉速0.24～0.85m/min，比水量0.11～0.22L/kg，结晶器电搅电流100～150A，频率2～4HZ，末搅电搅电流100～150A，频率6～8HZ，各实施例控制参数见表2。
（5）轧制加热工序：运钢节奏≥4.2分钟/每步，待料温度≤870℃，加热分区温度，1区≤950℃，3区≤900～1070℃，5区≤1000～1150℃，7区≤1080～1220℃，9区≤1150～1240℃，11区≤1200～1270℃，13区≤1200～1260℃，15区≤1200～1250℃，底部温度设定比上部温度高30～50℃，各实施例控制参数见表3。
（6）连轧工序：除鳞：除鳞压力≥250bar；粗轧：开坯温度1100～1200℃，稳定目标（优选）1100～1150℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃，稳定目标（优选）950～1000℃，各实施例控制参数见表4。
（7）高温缓冷工序：钢直径φ规格：80mm≤直径φ≤120mm，收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃；120mm＜直径φ≤180mm，收集温度≥730℃，缓冷时间≥55h，出坑温度≤200℃；180mm＜直径φ≤250mm，收集温度≥760℃，缓冷时间≥65h，出坑温度≤200℃；250mm＜直径φ≤350mm，收集温度≥780℃，缓冷时间≥75h，出坑温度≤200℃，各实施例控制参数见表4。
（8）精整校直工序：圆钢两端2m以内弯曲度最大2mm，总弯曲度≤总长的0.5%。
各实施例4145H类特殊钢的化学成分及质量百分含量见表5，获得成品钢的性能见表6。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空、连铸、加热、连轧、高温缓冷、精整校直工序；所述连轧工序包括粗轧和精轧，粗轧：开坯温度1100～1200℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃；所述高温缓冷工序：收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃。
2.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序，出钢条件[C]≥0.08%，[P]≤0.010%，出钢温度1600～1650℃。
3.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述LF精炼工序：LF到位用碳化硅粉4.0～5.0kg/吨钢进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间≥15分钟；所述真空工序：VD高真空67Pa以下，保持时间≥15分钟；保持期间尽量调大氩气使钢水充分裸漏脱气；真空处理结束后测温取样，按目标值控铝，推荐按1.0～1.5kg/t加覆盖剂，均匀覆盖整个渣面；软吹时间≥15分钟；吊包温度：开浇炉1568～1578℃；连浇炉1548～1558℃。
4.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述特殊钢的化学成分及质量百分含量为：C：0.43～0.48%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.80～1.20%，P≤0.02%，S≤0.015%，Cr：0.8～1.2%，Mo：0.2～0.35%，Al：0.015～0.036%，N≤150ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述连铸工序，拉速0.24～0.85m/min，比水量0.11～0.22L/kg，结晶器电搅电流100～150A，频率2～4HZ，末搅电搅电流100～150A，频率6～8HZ。
6.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述加热工序：运钢节奏≥4.2分钟/每步，待料温度≤870℃，加热分区温度，1区≤950℃，3区≤900～1070℃，5区≤1000～1150℃，7区≤1080～1220℃，9区≤1150～1240℃，11区≤1200～1270℃，13区≤1200～1260℃，15区≤1200～1250℃，底部温度设定比上部温度高30～50℃。
7.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述连轧工序：除鳞：除鳞压力≥250bar；粗轧：开坯温度1100～1200℃，执行大压下开坯规程；精轧：开轧温度950～1050℃。
8.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述连轧工序：粗轧：开坯温度1100～1150℃；精轧：开轧温度950～1000℃。
9.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述高温缓冷工序：钢直径φ规格：80mm≤直径φ≤120mm，收集温度≥680℃，缓冷时间≥45h，出坑温度≤200℃；
120mm＜直径φ≤180mm，收集温度≥730℃，缓冷时间≥55h，出坑温度≤200℃；
180mm＜直径φ≤250mm，收集温度≥760℃，缓冷时间≥65h，出坑温度≤200℃；
250mm＜直径φ≤350mm，收集温度≥780℃，缓冷时间≥75h，出坑温度≤200℃。
10.根据权利要求1所述的一种取消退火工序的特殊钢开发方法，其特征在于：所述钢规格：80mm≤直径φ≤350mm；调质性能：抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥880MPa，20℃纵向冲击≥80J；轧材退火硬度：187～229HB。
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