专利名称：一种减少高碳钢盘条心部马氏体组织的方法
技术领域：
本发明属于轧钢技术领域，特别是提供了一种降低高碳钢盘条心部马氏体组织的方法，适用于高速线材厂生产高碳钢拉拔用热轧盘条，用于减轻由于连铸坯中心成分偏析造成的热轧盘条心部马氏体组织。
背景技术：
高碳钢盘条的心部偏析组织一直是困扰深加工行业尤其是绞线行业的难题，主要表现为盘条心部出现残余奥氏体和马氏体、网状，其中，心部马氏体影响最大，造成钢绞线拉拔过程中出现杯锥状断口，钢丝的扭转指标明显降低，导致绞线合股过程发生断丝，以致生产效率降低和成本升高。其根本原因是连铸坯中心偏析造成的轧材心部合金成分偏高， 严重推迟了盘条在冷却过程中珠光体转变的进程，共析转变不充分，在随后冷却中，在低于某一临界温度(Ms点)下发生马氏体转变，从而出现心部马氏体组织。以往对高碳钢心部偏析组织的研究也有关于连铸过程、轧钢和风冷过程的介绍， 但针对与高速线材厂的控制工艺比较粗放，有的参数的设定也缺乏技术数据支持，指导性不强。专利200810231435. 1提出了一种缩短高碳钢时效时间的方法，其中对轧钢和冷却过程做了一些介绍，但轧制过程采用精轧+减定径的轧制工艺，设备投资大，工艺复杂，不同于本发明提出的精轧连轧的工艺方式；另一方面，在风冷工艺提出了一些措施，例如在相变后期采用弱冷，减少风机开度以及加盖保温罩，但是并没有对冷却速率，进、出保温罩温度和保温时间提出有针对性的数据，现场很难进行实际量化操作。专利200910169807. 7 也提出一种高碳钢盘条的生产方法，对开轧温度、吐丝温度进行界定，对风冷线相变之前和相变前期的风机设置进行了说明，但没有考虑到季节变化和环境温度波动对工艺的影响，在现场灵活操作方面没有具体的温度设定依据。专利200410155450. 4提出更为详尽的高碳钢盘条生产工艺，非常适合炼钢厂和轧钢厂生产高性能的高碳钢盘条，但在轧钢方面只交代了开轧温度和粗轧变形量，对偏析组织控制方面没做更为详尽的说明。专利20041015M51. 9提出一种绞线用82B热轧盘条轧后强制冷却工艺，非常适合高线厂生产高强度绞线用钢，详细介绍了轧后的冷却工艺控制和设备运行参数，但由于其风冷线长度太短，无法实现对盘条心部偏析组织的有效控制，因此对此没有做进一步的说明。专利 200910088147. X提出了一种降低大规格高碳钢盘条心部和边部组织差异的方法，通过增加合金成分Cr提高盘条的淬透性，结合轧后在510°C之前的强冷，提高盘条心部的索氏体率， 但这样虽然在510°C之后采用缓冷，也很难减轻盘条心部马氏体组织。宝钢技术在《电炉连铸坯生产SWRH82B加钒高碳钢盘条的实践与思考》文中介绍了降低82B盘条心部马氏体的方法，但是宝钢高线采用的是精轧+减定径工艺方法，另外在风冷线控制方面调整高线分厂的控冷工艺，由吐丝温度880-900°C调整到920°C，820°C，风机风量由1# 一 10#风机的 90%，调整到75%，50%，25%和快慢冷却相结合等多种方案，大大降低了心部马氏体组织含量，但是始终没有对风冷线的温度控制要点进行说明，缺乏现场实际操作性。钢铁在《高碳钢盘条中心偏析控制》一文中对心部偏析的形成原因进行详细介绍，同时分析了铸坯偏析指数对心部马氏体形成的影响，但对空冷措施提出的比较粗放，实际生产中，风冷线温度控制和冷却速率不是一个不变的常数，在不同的组织转变阶段温度控制工艺方面还需要进行细致研究和分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少高碳钢盘条心部马氏体组织的方法，适合于高速线材厂生产工艺的优化调整。本发明通过扫面电镜和能谱的成分分析深入研究了高碳钢盘条心部马氏体形成原因，对高线厂加热炉工艺控制、精轧控制，风冷线冷却过程控制，尤其是轧后风冷线的冷却过程控制进行了细致研究，从组织转变热力学和动力学角度对高碳钢心部偏析组织转变过程进行了深入的分析，对各工艺环节提出了更具针对性的量化操作方法，非常适合于目前高线厂高碳钢盘条生产工艺的优化。工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下1、加热炉加热段温度控制在1070-1120°C，均热段温度控制在1050-1080°C，均热段时间控制在30-40min。加热炉加热工艺的目的除了将铸坯加热和充分奥氏体化外，更重要的是保证铸坯中心成分偏析能得到减轻，控制最佳保温时间，充分利用加热炉加热段和均热段促进铸坯合金元素高温扩散，保证铸坯心部偏析成分均勻化，降低160mm2连铸坯的偏析指数。2、粗轧采用6道次变形，道次延伸系数控制在1. 2-1. 5，中轧采用6道次变形，道次延伸系数控制在1. 2-1. 4，精轧过程采用4架连轧方式，精轧入口温度控制在900-940°C，精轧道次延伸系数控制在1. 1-1. 2。粗轧变形速率控制在0. 2-0. 4m/s,道次间隔时间控制在2_6s，中轧变形速率控制在0. 5-2. 4m/s，可以实现轧制过程中动态再结晶和变形道次间的亚动态再结晶，将铸坯晶粒充分细化，同时利用形变造成的位错、晶界等高速扩散通道促进偏析元素的均勻化，降低轧材的中心偏析指数。精轧采用四架连轧的轧制方式，不同于将最后的高速轧制分为精轧+ 减定径变形工艺，充分利用连轧道次间隔时间短，形变积累效果明显的特点，将组织进行充分的细化，促进盘条整体在随后风冷线上珠光体转变过程。控制轧制温度和变形量，一方面是发挥形变奥氏体动态再结晶细化晶粒的作用，另一方面也是考虑合适的形变温度和形变量对轧材心部合金元素扩散的促进作用。3、调节风冷线风机开度，吐丝后盘条相变之前冷却速率控制在9-11°C /s，相变开始温度控制在580-620°C，相变温升控制在35-40°C。风冷线长度108米，为实现盘条的缓冷提供了充分的保温时间和保温长度风机个数11个，结合风冷线的长度，可以实现不同阶段的冷却工艺调整。盘条相变之前的冷却速率控制通过调节前1-4个风机的风量实现，前四个风机最大风量18万立方米/小时，开度 80% -100%，从而实现盘条合适的冷却速率，抑制高碳钢先共析网状的析出，同时保证盘条合适的相变开始温度，满足盘条对索氏体率和最佳片层间距的要求，实现对强度和面缩率指标的要求。相变温升控制通过之后的2个风机开度调节，风机最大风量18万立方米/小时，开度根据季节化环境温度变化在60% -100%之间调节，目的是保证盘条较低的相变温升，实现盘条珠光体转变温度区间的最小化和转变温度的合理化，保证盘条的强度指标和组织均勻性。
4、盘条发生相变温升后缓慢冷却，冷却速率控制在4_6°C /s，然后进保温罩，进罩温度控制在580-620°C，出罩温度控制在500-540°C，盘条在保温罩内的时间控制在 40-60so盘条发生明显温升后采用缓慢冷却，控制6#，7#号风机开度，冷却速率控制在 4-6°C/s，风机的开度分别为降低至60-80%，主要原因是，热模拟结果显示高碳钢盘条在 580-620°C温度区内间内在短短的IOs内基本完成85 %左右的组织转变，这个时间对应于盘条从发生相变到相变温升最高点的过程，所以在发生相变温升后再采取强制冷却也无法在很快的时间内完成组织转变，尤其是盘条的心部偏析区域。这一区间采取缓慢冷却的目的一方面是提高盘条在高温段的时间，降低组织应力；另一方面为盘条高温进保温罩提供条件。在缓慢冷却后进入保温罩，保温罩段风机开度调节至0 %，控制保温罩进罩温度、出罩温度以及保温时间主要是利用盘条在高温区间的停留，促进偏析带发生共析转变，从而避免残余奥氏体在随后的冷却过程中发生马氏体相变，热模拟结果显示奥氏体化后82B盘条在600°C条件下保温40s，盘条心部偏析带和边部组织都完成共析转变如图1，图2，图3，图 4所示。本发明在进行130mm2连铸82B-1盘条的生产，盘条心部的马氏体组织明显减少， 盘条的时效期缩短，塑性指标明显提高，显著降低了用户拉拔过程中钢丝的杯锥状断口和合股断丝。
图1为奥氏体化后82B-1盘条在600°C条件下保温IOs后的珠光体转变量图2为奥氏体化后82B-1盘条在600°C条件下保温20s后的珠光体转变量，可以发现保温20s后只剩于心部偏析带没有发生共析珠光体转变。图3为奥氏体化后82B-1盘条在600°C条件下保温30s后的珠光体转变量，可以发现保温30s后，心部偏析带组织明显减少。图4为奥氏体化后82B-1盘条在600°C条件下保温40s后的珠光体转变量，可以发现保温40s后，心部偏析带组织消失。图5为热轧12. 5mm82B-l盘条心部组织，可以发现，采用本发明工艺，尤其是经过在风冷线冷却过程控制，心部两条偏析带已经发生共析转变，组织都是珠光体形态。图6为常规冷却过程温度变化曲线和本发明提供的控制缓冷温度变化曲线，可以发现控制缓冷工艺在550-600°C的温度区间内停留了相对较长的时间，给偏析带发生共析转变提供了充分的动力学和热力学条件。图7扫描电镜下的马氏体偏析带组织。图8对应与图7下的马氏体偏析带能谱面扫描，可以发现盘条偏析带存在明显的 Mn偏析。图9对应于图7的盘体心部马氏体带和正常组织成分差异。
具体实施例方式本发明在首钢一线材160mm2生产C 12. 5mm 82B-1盘条中得到应用，明显降低了盘条心部的马氏体组织，具体过程为
1、加热炉加热段温度控制在1080-1110°C，均热锻温度控制在1060-1070°C，均热段时间30min。2、粗轧采用6道次变形，各道次延伸系数为1. 29，1. 26，1. 50，1. 22，1. 35，1. 33，中轧采用6道次变形，道次延伸系数分别为1. 38，1. 28，1. 40，1. 30，1. 38，1.沈，精轧过程采用 4架连轧方式，精轧入口温度控制在900-940°C。3、调节风冷线风机开度，吐丝后盘条冷却速率控制在10°C /s，相变开始温度控制在600°C，相变温升控制在40°C。4、盘条发生相变温升后缓慢冷却，冷却速率控制在4°C /s，然后进保温罩，进罩温度控制在600°C，出罩温度控制在540°C，盘条在保温罩内的时间控制在45s。表1为时效10天后12. 5mm82B-l盘条的力学性能
权利要求
1. 一种减少高碳钢盘条心部马氏体组织的方法，包括加热炉控制，精轧控制，风冷线冷却过程控制；其特征在于，工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下(1)加热炉加热段温度控制在1070-1120°C，均热段温度控制在1050-1080°c，均热段时间控制在30-40min ；(2)粗轧采用6道次变形，道次延伸系数控制在1.2-1. 5，中轧采用6道次变形，道次延伸系数控制在1. 2-1. 4，精轧过程采用4架连轧方式，精轧入口温度控制在900-940°C，精轧道次延伸系数控制在1. 1-1. 2 ；(3)调节风冷线风机开度，吐丝后盘条相变之前冷却速率控制在9-ll°C/s，相变开始温度控制在580-620°C，相变温升控制在35-40°C ；(4)盘条发生相变温升后缓慢冷却，冷却速率控制在4-6°C/s，然后进保温罩，进罩温度控制在580-620°C，出罩温度控制在500-540°C，盘条在保温罩内的时间控制在40_60s。
全文摘要
一种减少高碳钢盘条心部马氏体组织的方法，属于轧钢技术领域。对高线厂加热炉工艺控制、精轧控制，风冷线冷却过程控制，尤其是轧后风冷线的冷却过程控制进行了细致研究，从组织转变热力学和动力学角度对高碳钢心部偏析组织转变过程进行了深入的分析，对各工艺环节提出了更具针对性的量化操作方法，非常适合于目前高线厂高碳钢盘条生产工艺的优化。采用本发明在进行130mm2连铸82B-1盘条的生产，盘条心部的马氏体组织明显减少，盘条的时效期缩短，塑性指标明显提高，显著降低了用户拉拔过程中钢丝的杯锥状断口和合股断丝。
文档编号C21D8/04GK102162025SQ20111007581
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者佟倩, 周德, 孔祥涛, 李三凯, 李舒笳, 王丽萍, 王全礼, 王猛, 王立峰, 罗志俊, 赵万翔, 赵福林 申请人:首钢总公司