CN104141039A - 一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺 - Google Patents
一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,属冶金技术领域。本发明按照以下步骤进行:将42CrMo钢大方坯进行开坯,控制开坯加热炉的温度、时间及残氧量;开坯后的钢坯进行修磨,修磨表面及角部;再进行轧制,轧制加热炉控制温度、时间、残氧量及每根钢坯停留时间;轧制时粗轧温度为980~1020℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;轧后以大于5~15℃/S的冷却速率快速冷却600℃~650℃,保温到300~350℃左右集卷,辊道速度控制在0.4~0.5m/s。本发明基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层,使其脱碳层厚度控制≤0.5%D,95%以上脱碳层厚度达到或接近于0。
Description
技术领域
本发明属冶金技术领域,具体涉及一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺。
背景技术
我国钢铁行业目前产能严重过剩,同时我国大量进口高附加值钢材,尤其高端发动机螺栓用钢,国内乘用车、高端商用车、飞机、轮船、火车等12.9级高端发动机螺栓用钢一直由国外个别厂商垄断。我国钢铁产能过剩、高端产品不足,中国汽车、飞机等工业发展与国防、社会、经济效益的提升需要对42CrMo等高强度螺栓钢进行***详细的研究。
在实际生产中,盘条表面的脱碳对后续螺栓的生产带来了巨大危害。由于脱碳,42CrMo等冷镦钢的表面脱碳区易形成铁素体组织,其与基体组织犬牙交错,在实际使用中,由于腐蚀、磨损等原因,其表面将产生凸凹不平的凹坑或带棱角的裂纹,因此,脱碳对表面硬度、表面裂纹形成、疲劳寿命、耐延迟断裂都有一定程度的影响。而生产中又不可避免的产生由碳的扩散导致的脱碳现象,这种钢对脱碳的要求近乎苛刻,属于有特殊要求的高级冷镦钢,故有必要对高端螺栓钢的轧制过程中的脱碳层厚度进行严格控制。
因此应尽可能的降低热轧盘条的脱碳层厚度,最好是完全消除脱碳现象,但往往有一定困难,因此,国标中要求脱碳层厚度≤1.5%D,高端用户一般要求≤1%D,D为热轧盘条直径。
目前对于钢铁领域固相防脱碳技术,研究较多的为高碳钢的防脱碳技术,如弹簧钢、帘线钢、重轨钢等钢种的防脱碳技术。高碳钢连铸坯、钢坯的防脱碳技术如ZL200710115641.1号专利,公开了一种防止高碳带钢坯脱碳的加热方法;ZL201110151239.5号专利,公开了一种弹簧钢盘条用连铸坯脱碳的控制方法;CN102534155B号专利,公开了一种改善帘线钢小方坯脱碳层厚度的方法;CN102399959A号专利,公开了一种减小钢轨脱碳层厚度的方法。关于弹簧钢、帘线钢、重轨钢等高碳钢钢种轧制过程的防脱碳技术如CN102962267A号专利,公开了一种防止小规格弹簧钢脱碳的控制冷却工艺;CN103506380A号专利,公开了一种降低高碳弹簧带钢脱碳层厚度的生产方法;CN101967541B号专利,公开了一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法;CN102002624B号专利,公开了一种高碳锰铁合金的固相脱碳方法;CN103045935A号专利,公开了一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法。
综上所述,42CrMo钢大方坯的轧制过程,对于控制盘条脱碳的控制技术方面上未有公开的研究报道。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺。本发明一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,按照以下步骤进行:
(1)将42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯,在开坯过程中开坯加热炉参数为:加热温度1150~1200℃,加热时间8~9h,残氧量控制在2.5%~4.5%;
(2)开坯后160mm×160mm的钢坯进行2~4mm的修磨,切去头尾100~200mm,角部修磨3~5mm,角部不能存在直角,角部弧度半径10~25mm,角度60~100°,不足部分予以修磨;
(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热,加热温度控制在980~1040℃,加热时间100~120min,残氧量控制在1%~1.5%,出炉温度980~1020℃,每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间不得大于10min;
(4)将开坯后的钢坯进行轧制,在轧制过程中,粗轧温度为980~1020℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;
(5)轧后以大于5~15℃/S的冷却速率快速冷却600℃~650℃,随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃集卷。辊道速度控制在0.4~0.5m/s。
所选用的42CrMo钢,其成分按重量百分比含C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe。
对于开坯处加热温度控制,其原理是通过控制加热时间与加热温度,避免温度过高与时间过长的同时,均匀铸坯1/2R处与中心处的宏观偏析与微观偏析,以便降低轧制处的加热温度与保温时间来控制轧制处脱碳量。
对于开坯后的修磨,其原理是通过修磨去除开坯过程产生的脱碳层,由于角部存在2面或3面同时脱碳,因此应避免直角的出现或通过一定的头尾切除量,去除开坯过程产生的脱碳层,修磨具体情况见图1。图2为实际生产中开坯样的脱碳情况。
对于轧制处加热温度控制,其原理是通过控制加热时间、加热温度、残氧量,避免钢坯表面的严重脱碳。图3为大气环境下,保温90min、40min该钢种950~1100℃时的脱碳层厚度,根据图3设定出钢温度在1000℃左右,其大气环境下的脱碳层厚度最少。
对于每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间的控制,其原理是由于加热炉内的温度与残氧量存在波动,或喷嘴位置布置的原因导致一定的区域内温度较高,生产中又不可避免的出现更换轧辊、导卫、偶然发生堆钢等情况,导致钢坯长时间停留不动,其轧后表面出现局部脱碳层严重超标,因此需要限制每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间。
对于轧后冷却过程的控制,其原理是通过轧后的快速冷却到600℃~650℃,在不影响贝氏体组织转变的前提下消除这一过程中的脱碳。通过实验确定出650℃以下保温,标准大气压下,空气中脱碳层基本为零。随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃集卷。为确保搭接处与非搭接处冷速的均匀性,将辊道速度控制在0.4~0.5m/s。图4为大气环境下,保温90min、40min该钢种650~850℃时的脱碳层厚度。大气环境下650℃保温90min时的脱碳层金相照片如图5所示。
通过以上综合控制,基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层,使其脱碳层厚度控制≤0.5%D,95%以上脱碳层厚度达到或接近于0。技术实施前后实际对比如图6所示。
本发明具有下列优点和效果:(1)通过开坯处温度与时间的调节,有效的降低了1/2R处、中心处的偏析,使轧制处可以降低加热温度。(2)通过开坯后的修磨,完全解决了开坯过程的脱碳问题。(3)通过开坯后钢坯角部修磨及弧度的控制,避免了角部存在严重脱碳的可能;(4)通过控制钢坯在轧制加热炉内每步停留时间,有效解决了偶然性局部的脱碳超标问题。(5)通过轧制加热制度及开轧温度的控制,有效降低了轧制过程中的脱碳。(6)通过吐丝温度及辊道冷却温度的控制,有效降低了冷却过程中的脱碳。
附图说明
图1为开坯样修磨示意图;
图2为实际生产中开坯样脱碳层的金相照片;
图3为950~1100℃下保温90min、40min时的脱碳层厚度曲线图;
图4为650~850℃下保温90min、40min时的脱碳层厚度曲线图;
图5为650℃保温90min时开坯样脱碳层的金相照片;
图6为热轧盘条的金相照片(a)为技术实施前(b)为技术实施后;
图7为Φ13mm热轧盘条金相照片;
图8为Φ10mm热轧盘条金相照片;
图9为Φ8mm热轧盘条金相照片;
具体实施方式
下面将通过不同实施例来描述本发明,本发明实施例中冷酸腐蚀使用3%的硝酸酒精腐蚀40-60s,以下实施例中使用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为:C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe。
实施例1
采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强螺栓用Φ13mm盘条,采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为:C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe,一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,按照以下步骤进行:
(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯,在开坯过程中开坯加热炉参数为:加热温度1200℃,加热时间8h,残氧量控制在2.5%;
(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨,修磨4mm,切去头尾200mm,角部修磨5mm,角部不能存在直角,为此角部修磨弧度半径25mm,角度60°;
(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热,加热温度控制在1040℃,加热时间100min,残氧量控制在1%左右,出炉温度1020℃,每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于10min;
(4)将开坯后的钢坯进行轧制,在轧制过程中,粗轧温度为1020℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;
(5)轧后以大于5℃/S的冷却速率快速冷却650℃,随后在辊道冷却线上一直保温到350℃左右集卷,将辊道速度控制在0.5m/s,不同规格的辊道冷却设定如表1所示,风机打开处保温罩打开,风机关闭处保温罩关闭。
表1辊道冷却设定
规格 | 1#风机 | 2#风机 | 3#风机 | 4#风机以后 |
Φ13 | 100% | 100% | 20% | 关闭 |
Φ10 | 100% | 50% | 关闭 | 关闭 |
Φ8 | 100% | 关闭 | 关闭 | 关闭 |
通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制,基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层,使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ13mm热轧盘条最终产品表面质量如图7所示。
实施例2:
采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强螺栓用Φ10mm盘条,采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为:C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe,一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,按照以下步骤进行:
(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯,在开坯过程中开坯加热炉参数为:加热温度1180℃,加热时间8h,残氧量控制在3.5%;
(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨,修磨3mm,切去头尾150mm,角部修磨5mm,角部不能存在直角,为此角部修磨弧度半径20mm,角度80°;
(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热,加热温度控制在1000℃,加热时间110min,残氧量控制在1.2%左右,出炉温度1000℃,每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于8min;
(4)将开坯后的钢坯进行轧制,在轧制过程中,粗轧温度为1000℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;
(5)轧后以大于10℃/S的冷却速率快速冷却650℃,随后在辊道冷却线上一直保温到350℃左右集卷,将辊道速度控制在0.5m/s,不同规格的辊道冷却设定如表1所示,风机打开处保温罩打开,风机关闭处保温罩关闭。
通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制,基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层,使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ10mm热轧盘条最终产品表面质量如图8所示。
实施例3:
采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强螺栓用Φ10mm盘条,采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为:C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe,一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,按照以下步骤进行:
(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯,在开坯过程中开坯加热炉参数为:加热温度1150℃,加热时间9h,残氧量控制在4.5%;
(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨,修磨2mm,切去头尾100mm,角部修磨3mm,角部不能存在直角,为此角部修磨弧度半径10mm,角度100°;
(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热,加热温度控制在980℃,加热时间120min,残氧量控制在1.5%左右,出炉温度980℃,每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于10min;
(4)将开坯后的钢坯进行轧制,在轧制过程中,粗轧温度为980℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;
(5)轧后以大于15℃/S的冷却速率快速冷却600℃,随后在辊道冷却线上一直保温到300℃左右集卷,将辊道速度控制在0.4m/s,不同规格的辊道冷却设定如表1所示,风机打开处保温罩打开,风机关闭处保温罩关闭。
通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制,基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层,使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ8mm热轧盘条最终产品表面质量如图9所示。
Claims (2)
1.一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,其特征在于按照以下步骤进行:
(1)选用的42CrMo钢为热轧线材,将42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯,在开坯过程中开坯加热炉参数为:加热温度1150~1200℃,加热时间8~9h,残氧量控制在2.5%~4.5%;
(2)开坯后160mm×160mm的钢坯进行2~4mm的修磨,切去头尾100~200mm,角部修磨3~5mm,角部不能存在直角,角部弧度半径10~25mm,角度60~100°,不足部分予以修磨;
(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热,加热温度控制在980~1040℃,加热时间100~120min,残氧量控制在1%~1.5%,出炉温度980~1020℃,每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间不得大于10min;
(4)将开坯后的钢坯进行轧制,在轧制过程中,粗轧温度为980~1020℃,精轧温度为900℃,吐丝温度为850℃;
(5)轧后以大于5~15℃/S的冷却速率快速冷却600℃~650℃,随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃集卷。辊道速度控制在0.4~0.5m/s。
2.根据权利要求1所述的一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺,其特征在于选用的42CrMo钢,其成分按重量百分比含C:0.38~0.45%,Si:0.17~0.37%,Mn:0.50~0.80%,S:≤0.030%,P≤0.030%,Cr:0.90~1.20%,Ni:≤0.25%,Cu:≤0.030,Mo:0.15~0.25%,余量为Fe。
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