CN105543646A - 一种薄板坯中高碳钢生产工艺 - Google Patents

一种薄板坯中高碳钢生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄板坯中高碳钢生产工艺，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁。本发明采用薄板坯连铸连轧工艺来生产中高碳钢，通过控制各工序工艺参数，来生产满足要求，解决背景技术存在的上述问题。

Description

一种薄板坯中高碳钢生产工艺
技术领域
本发明涉及钢合金技术领域，具体涉及一种薄板坯中高碳钢生产工艺。
背景技术
目前，中高碳钢的工艺流程为：高炉铁水—转炉—LF精炼—常规板坯连铸—加热—轧制—冷却—卷取—成品。由于中高碳钢碳含量高，凝固区域加大，钢坯在凝固过程中，容易产生中心偏析和中心疏松，轧成材之后，板卷中心部位容易出现分层现象；其次，铸坯在凝固时组织应力和热应力都较大，高温热塑性较低，容易产生铸坯内部裂纹和表面裂纹；另外，中高碳钢的凝固点偏低，结晶器热熔量偏小，常规板坯连铸拉速低，结晶器钢液面不活跃，保护渣融化条件不好，铸坯表面容易出现夹渣和重皮等缺陷。为改善此类缺陷，常规板坯生产中高碳钢在连铸二冷段配备电磁搅拌设备，而且二冷段采取弱冷方式。而薄板坯连铸连轧的目的就是最大限度地降低连铸机输出铸坯的厚度，以最大限度地减少连轧机架数量，实现以最短的生产工艺流程生产热轧板带，取得低投资、低成本、快节奏的生产方式和经济效益。薄板坯连铸连轧技术的推广应用得益于以下基础技术的开发：结晶器和浸入式水口的一体化设计；结晶器钢液面的控制；结晶器保护渣的开发；液压振动***；二次冷却***。特别是液芯压下技术的开发和应用，不仅解决了连铸与轧钢的匹配问题，而且显著改善了铸坯中心偏析和中心疏松，以生产出满足轧钢要求的铸坯。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种薄板坯中高碳钢生产工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种薄板坯中高碳钢生产工艺，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁。
进一步地，包括如下步骤：
S1、称取化学成分为碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
进一步地，所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，冶炼炉工作压力为0.80～0.85MPa。
进一步地，所述步骤S3中连铸钢液温度为15～30℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
进一步地，所述步骤S5中初热轧温度为1000℃～1200℃，时间为1～2h，精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
进一步地，所述步骤S4退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
高强度高韧性合金钢中各重量百分比的化学成分作用：
碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
本发明在利用该工艺完成能生产处复合技术标准和满足用户要求的高碳钢产品，工艺中转炉脱磷保碳，控制钢中夹杂物形态和输料，合理的浇铸温度和拉速，钢中气体、夹杂物含量低，碳偏析小，盘圆通条性均匀，力学性能良好；采用薄板坯连铸连轧工艺来生产中高碳钢，通过控制各工序工艺参数，来生产满足要求，解决背景技术存在的上述问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括由以下重量份的原料制备而成：由以下重量百分比的化学成分制备而成：
碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁。
包括如下步骤：
S1、称取化学成分为碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，冶炼炉工作压力为0.80～0.85MPa。
所述步骤S3中连铸钢液温度为15～30℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
所述步骤S5中初热轧温度为1000℃～1200℃，时间为1～2h，精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
所述步骤S4退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
实施例1：
S1、称取化学成分为碳0.6%、硅0.3%、锰0.7%、磷≤0.025%、硫0.0024%、铬0.1%、镍0.1%、砷0.03%、铜0.19%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1640℃，熔炼时间为3小时，冶炼炉工作压力为0.84MPa。
所述步骤S3中连铸钢液温度为19℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
所述步骤S5中初热轧温度为1100℃，时间为1.5h，精细热轧温度为680℃，时间为0.9h。
所述步骤S4退火处理温度为550℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
实施例2：
S1、称取化学成分为碳0.88%、硅0.68%、锰1.55%、磷≤0.025%、硫0.002%、铬0.22%、镍0.12%、砷0.035%、铜0.20%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1650℃，熔炼时间为4小时，冶炼炉工作压力为0.85MPa。
所述步骤S3中连铸钢液温度为30℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
所述步骤S5中初热轧温度为1200℃，时间为2h，精细热轧温度为800℃，时间为1h。
所述步骤S4退火处理温度为650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
实施例3：
S1、称取化学成分为碳0.5%、硅0.15%、锰0.65%、磷≤0.025%、硫0.002%、铬0.09%、镍0.08%、砷0.02%、铜0.18%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1630℃，熔炼时间为2小时，冶炼炉工作压力为0.80MPa。
所述步骤S3中连铸钢液温度为15℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
所述步骤S5中初热轧温度为1000℃℃，时间为1h，精细热轧温度为600℃，时间为0.5h。
所述步骤S4退火处理温度为500℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
本发明在利用该工艺完成能生产处复合技术标准和满足用户要求的高碳钢产品，工艺中转炉脱磷保碳，控制钢中夹杂物形态和输料，合理的浇铸温度和拉速，钢中气体、夹杂物含量低，碳偏析小，盘圆通条性均匀，力学性能良好；采用薄板坯连铸连轧工艺来生产中高碳钢，通过控制各工序工艺参数，来生产满足要求，解决背景技术存在的上述问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁。
2.一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取化学成分为碳0.5～0.88%、硅0.15～0.68%、锰0.65～1.55%、磷≤0.025%、硫0.002～0.0025%、铬0.09～0.22%、镍0.08～0.12%、砷0.02～0.035%、铜0.18～0.20%、铝≤0.02%和余量为铁,采用脱硫铁水进行预脱硫操作，得到物料；
S2、将步骤S1中预脱硫得到物料投入真空冶炼转炉中进行冶炼，得到合金钢坯料；
S3、将步骤S2中得到的合金钢坯料放置连铸机上进行连铸操作，得到合金钢型材；
S4、将步骤S3所得的合金钢型材经过热处理之后，进行切割操作，得到合金钢粗品；
S5、将步骤S4所得切割后合金钢粗品热送轧制机内，进行热轧和精细热轧操作，得到薄板坯中高碳钢成品；
S6、将步骤S5所得的薄板坯中高碳钢成品经过退火处理之后，冷却至室温，通过检验、包装入库。
3.根据权利要求2所述的一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中钢水控制成分为C≥0.10%，S≤0.030%，P≤0.015%；冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，冶炼炉工作压力为0.80～0.85MPa。
4.根据权利要求2所述的一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中连铸钢液温度为15～30℃，连铸工序中，二次冷却采用强冷却方式。
5.根据权利要求2所述的一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，所述步骤S5中初热轧温度为1000℃～1200℃，时间为1～2h，精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
6.根据权利要求2所述的一种薄板坯中高碳钢生产工艺，其特征在于，所述步骤S4退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
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