一种降低中高碳板带钢脱碳层厚度的轧制方法与流程

本发明涉及一种中高碳钢板的生产方法，确切地属于再生产中高碳钢板中如何降低脱碳层厚度的生产方法。

背景技术：

脱碳是中高碳钢较为常见的一种表面缺陷，表面的碳含量相对于基体会减少。中高碳钢产品一般要经过淬火获得较高的硬度，由于含碳量的减少，经淬火后硬度不高，即存在淬火软点，在后续应用过程中，在存在交变应力的情况下，材料会容易出现裂纹，使其过早疲劳失效。此外，由于脱碳导致表层碳含量呈梯度变化，造成不同位置淬火时膨胀的系数不一样，组织转变时体积变化的程度也不一样，从而出现应力集中的现象，导致表面不同区域直接产生微裂纹，这些裂纹成为应力集中区，为后续裂纹的产生埋下隐患，最终引起产品的失效断裂，降低材料的疲劳极限。因此降低中高碳钢脱碳层厚度一直是冶金工作者需要解决的重要课题。

表面脱碳包括碳原子从金属内部向表面扩散及其在金属表面与环境中的氧发生氧化两个过程。要控制中高碳钢的表面脱碳应减缓碳在加热和冷却过程的扩散系数和扩散时间，尽量降低加热炉内氧的浓度以减少其氧化程度。

在本技术领域，人们为了降低中高碳钢脱碳层厚度，也创造性地采取了一些技术措施，如经检索的：

中国专利公开号为cn103506380的文献，公开了一种降低高碳弹簧带钢脱碳层厚度的生产方法，该生产方法采用热装入炉、控制加热各段的时间和温度、控制加热炉气氛、控制压下率和层流冷速降低脱碳层厚度至0.02mm以内，其中入炉温度500~600℃；加热时间200~220分钟，预热段炉温950~1100℃；一加热段1150~1250℃，时间45~65分钟；二加热段1280~1330℃，时间35~50分钟；均热段1240~1270℃，时间35~40分钟；炉内还原气氛为煤气与空气的混合气体，一加热段空气过剩系数0.85~0.95，二加热段为0.8~0.9，均热段为0.7~0.8；精轧六道次，每道次压下率14%~30%；层流冷却速度＞23℃/s。但热装入炉对生产组织、各工序的衔接要求较高，生产实际中，并不是所有钢卷都能实现热装入炉。

中国专利公开号为cn107460301的文献，其公开了一种减轻gcr15轴承钢脱碳层深度的加热方法，该方法采用钢坯预热至500-600℃保温30min，随后采用分段加热，控制加热温度、加热时间，并采用强氧化性气氛高温氧化阻止碳原子的扩散来控制脱碳层厚度，其加热一段温度为1100-1190℃，加热时间大于35min，加热二段温度为1180-1220℃，均热一段温度为1180-1220℃，均热二段温度为1170-1210℃，加热二段到均热二段的加热时间大于130min；加热过程通入氧气，预热段氧气流量80000-90000m3/h，氧气压力为8-9bar，均热段的氧气流量140000-150000m3/h，氧气压力为14-15bar。该专利虽能降低脱碳层厚度，但存在钢坯预热操作复杂，在大生产中难以实现，且采用强氧化性气氛高温氧化促进氧化铁皮的生成，降低了金属收得率的不足。

技术实现要素：

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种降低中高碳板带钢脱碳层厚度的轧制方法，适用于铸坯的冷装或热装入炉，且无需预热操作，能有效控制单面脱碳层比例在1%以下。

实现上述目的的措施：

一种降低中高碳板带钢脱碳层厚度的轧制方法，其步骤：

1）经冶炼后连铸成坯；

2）对铸坯按照一下四段方式进行加热：

当铸坯入炉温度≤200℃时，第一段温度控制在800~950℃，其加热时间在50~120min，空气过剩系数在0.9~1.2；

第二段温度控制在1150~1250℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数在0.9~1.2；第三段温度控制在1280~1380℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数为1.1~1.3；

第四段均热温度控制在1250~1300℃，其均热时间在15~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；

当铸坯入炉温度大于200至600℃时：第一段温度控制在900~1050℃，其加热时间在50~100min，空气过剩系数在0.8~1.1；

第二段温度控制在1250~1300℃，其加热时间在25~40min，空气过剩系数为0.8~1.1；

第三段温度控制在1280~1350℃，其加热时间为25~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；第四段均热温度控制在1250~1300℃，均热时间在15~30min，空气过剩系数为1.1~1.3；

3）进行分段轧制，经粗轧后进行精轧，并控制精轧终轧温度在860~900℃；

4）进行层流冷却：采用前段式快速冷却方式，在冷却速度为20~40℃/s下将钢板冷却至卷取温度；

5）进行卷取，并控制卷取温度在500~630℃；

6）自然冷却至室温，待用。

优选地：当铸坯入炉温度≤200℃时，第一段温度控制在820~950℃，其加热时间在60~120min，空气过剩系数在0.95~1.1；

第二段温度控制在1165~1250℃，其加热时间在35~50min，空气过剩系数在0.95~1.1；

第三段温度控制在1280~1370℃，其加热时间在30~45min，空气过剩系数为1.1~1.25；

第四段均热温度控制在1250~1290℃，其均热时间在20~40min，空气过剩系数为1.1~1.25。优选地：当铸坯入炉温度大于200至600℃时：第一段温度控制在920~1050℃，其加热时间在60~100min，空气过剩系数在0.85~1.1；

第二段温度控制在1250~1290℃，其加热时间在30~40min，空气过剩系数为0.85~1.1；

第三段温度控制在1300~1350℃，其加热时间为30~40min，空气过剩系数为1.1~1.25；

第四段均热温度控制在1260~1290℃，均热时间在20~30min，空气过剩系数为1.1~1.25。

优选地，卷取温度控制在500-570℃。

本发明中主要工序的作用及机理：

本发明之所以当铸坯入炉温度≤200℃时，第一段温度控制在800~950℃，其加热时间在50~120min，空气过剩系数在0.9~1.2；

第二段温度控制在1150~1250℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数在0.9~1.2；

第三段温度控制在1280~1380℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数为1.1~1.3；

第四段均热温度控制在1250~1300℃，其均热时间在15~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；优选地：当铸坯入炉温度≤200℃时，第一段温度控制在820~950℃，其加热时间在60~120min，空气过剩系数在0.95~1.1；

第二段温度控制在1165~1250℃，其加热时间在35~50min，空气过剩系数在0.95~1.1；第三段温度控制在1280~1370℃，其加热时间在30~45min，空气过剩系数为1.1~1.25；

第四段均热温度控制在1250~1290℃，其均热时间在20~40min，空气过剩系数为1.1~1.25；

是由于在低温段碳原子扩散系数较慢，在动力学上不利于脱碳反应的进行，热力学上脱碳反应驱动力也较小，因此可采用低氧分压气氛长时保温操作，若加热时间过短，为保证铸坯温度达到目标温度且温度均匀，就需要增加高温段的加热时间，而在高温条件下，脱碳反应的热力学和动力学都很充分，增加高温段的加热时间不利于脱碳层的控制，但若加热时间过长，会影响生产节奏，空气系数过低不利于煤气的充分燃烧，空气系数过高又增加了能源的消耗。在高温段，采用短时快速加热和高氧分压气氛，促进铁与氧的氧化反应以减少碳与氧的反应造成的脱碳，空气系数过低将利于脱碳反应，不利于脱碳层的控制，而空气系数过高将增加能源消耗，加热时间过长促进脱碳，加热时间过短可能导致铸坯心部未热透、温度过低。

本发明之所以当铸坯入炉温度大于200至600℃时：

第一段温度控制在900~1050℃，其加热时间在50~100min，空气过剩系数在0.8~1.1；

第二段温度控制在1250~1300℃，其加热时间在25~40min，空气过剩系数为0.8~1.1；

第三段温度控制在1280~1350℃，其加热时间为25~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；

第四段均热温度控制在1250~1300℃，均热时间在15~30min，空气过剩系数为1.1~1.3；优选地：当铸坯入炉温度大于200至600℃时：第一段温度控制在920~1050℃，其加热时间在60~100min，空气过剩系数在0.85~1.1；

第二段温度控制在1250~1290℃，其加热时间在30~40min，空气过剩系数为0.85~1.1；

第三段温度控制在1300~1350℃，其加热时间为30~40min，空气过剩系数为1.1~1.25；

第四段均热温度控制在1260~1290℃，均热时间在20~30min，空气过剩系数为1.1~1.25。

本发明之所以控制精轧终轧温度在860~900℃，是由于精轧温度过高则不利于控制轧制过程中的脱碳，而精轧温度过低又会导致精轧时轧制压力过高，容易出现甩尾伤辊等问题。

本发明之所以采用前段式快速冷却方式，在冷却速度为20~40℃/s下将钢板冷却至卷取温度500~630℃，优选地，卷取温度控制为500-570℃。是由于温度越低，脱碳动力学条件越不充分，采用前段快速冷却能将温度迅速增至低温温度区域，从而减少冷却过程中的脱碳。通过采用低温卷取，避免钢带表面脱碳区域生成铁素体的脱碳组织，但卷取温度过低又会导致强度过高，不利于后续进行加工。

本发明与现有技术相比，本发明无需钢坯预热操作能实现冷装或热装入炉铸坯的脱碳层控制，效果显著，能将单面脱碳层比例控制在1%以下。

附图说明

图1为采用本发明试验生产的碳素结构钢65mn的脱碳层形貌图；

图2为采用现有方法生产的碳素结构钢65mn的脱碳层形貌图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的工艺参数取值列表。

本发明各实施例均按照以下步骤进行生产：

1）经冶炼后连铸成坯；

2）对铸坯按照一下四段方式进行加热：

当铸坯入炉温度≤200℃时，第一段温度控制在800~950℃，其加热时间在50~120min，空气过剩系数在0.9~1.2；

第二段温度控制在1150~1250℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数在0.9~1.2；第三段温度控制在1280~1380℃，其加热时间在30~50min，空气过剩系数为1.1~1.3；

第四段均热温度控制在1250~1300℃，其均热时间在15~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；

当铸坯入炉温度大于200至600℃时：第一段温度控制在900~1050℃，其加热时间在50~100min，空气过剩系数在0.8~1.1；

第二段温度控制在1250~1300℃，其加热时间在25~40min，空气过剩系数为0.8~1.1；

第三段温度控制在1280~1350℃，其加热时间为25~40min，空气过剩系数为1.1~1.3；第四段均热温度控制在1250~1300℃，均热时间在15~30min，空气过剩系数为1.1~1.3；

3）进行分段轧制，经粗轧后进行精轧，并控制精轧终轧温度在860~900℃；

4）进行层流冷却：采用前段式快速冷却方式，在冷却速度为20~40℃/s下将钢板冷却至卷取温度；

5）进行卷取，并控制卷取温度在500~630℃；

6）自然冷却至室温，待用。

表1本发明各实施例及对比例工艺参数取值列表

续表1

从续表1中可以看出，采用本发明可将单面脱碳层比例稳定控制在1.0%以下，而对比例则控制在2.5%以上，采用本发明控制效果显著。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。