CN108396128A - 一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法。本发明中开坯轧制成中间坯，均热段温度1180‑1200℃，在炉时间250‑280min，预热段和加热段空燃比0.95‑1.0，均热段空燃比0.65‑0.70；开坯后的中间坯进行表面和角部全修磨，表面单边修磨1.0‑1.5mm，倒角修磨深度为2.0‑2.5mm；中间坯轧制，均热段温度1040‑1060℃，在炉时间60‑70min，预热段和加热段空燃比0.95‑1.0，均热段空燃比0.6‑0.65；精轧温度910‑925℃，吐丝温度835‑845℃，以6‑9℃/s冷速快速冷却至660‑700℃，随后进入保温罩缓冷。本发明通过优化加热工艺、修磨工艺、轧制工艺和冷却工艺，降低了线材表面脱碳层，脱碳层厚度≤50μm，便于现场生产实施，提升修磨效率，减少钢材损耗，保证质量稳定性。

Description

一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法
技术领域
本发明属于合金工具钢生产技术领域，具体的说是一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法。
背景技术
合金工具钢线材用于制作工业流水线用螺丝批头，六角扳手、十字起等手动工具，对质量，寿命、安全性和专业性要求都非常高，此工具钢以添加Cr、Mo、V等合金元素为主，具有高硬度、高耐磨性，热处理后硬度60HRC以上，克服了Cr-V系工具钢硬度不足，耐磨性较差，寿命较短的问题。工具钢线材脱碳对表面硬度、疲劳寿命、耐延时断裂等影响较大，故控制脱碳层厚度，避免出现全脱碳层为合金工具钢线材主要的技术难点之一。
目前对合金工具钢表面脱碳多集中于实验室研究，工业化生产中控制脱碳层的手段不多，脱碳层控制水平不高。现国内外报道的主要是轴承钢、弹簧钢、冷镦钢和帘线钢的脱碳层控制手段，通过优化工艺对控制合金工具钢脱碳层的工艺方法鲜有报道。
专利CN105132657A公开了一种减轻高碳铬轴承钢线材表面脱碳层的方法，轴承钢经大方坯开坯，坯料修磨，控制加热炉温度和控冷等手段控制脱碳，但对坯料的修磨量大且修磨范围宽，钢材损失率也较多。专利CN102899470A公开了一种中碳冷镦钢线材表层脱碳的控制方法，冷镦钢通过控制加热炉温度和气氛，轧后控冷等手段控制脱碳，为150mm×150mm小方坯直接轧材，对坯料表面脱碳与缺陷没有进行清理。专利CN102560046A公开了一种弹簧钢线材表面脱碳的控制方法，55SiCr弹簧钢通过控制加热炉温度和时间，轧后控冷来减少脱碳层，为150mm×150mm小方坯直接轧材，没有对连铸坯表面脱碳和缺陷进行清理。专利CN103305675A公开了一种钢帘线用热轧盘条表面脱碳层的控制方法，帘线钢通过控制预热段、加热段和均热段的时间和温度，轧后控冷等手段减少脱碳层厚度，通过150mm×150mm小方坯表面修磨后轧材，虽对加热炉温度进行可控制，但对加热炉内气氛以及不同位置的修磨量未采取控制。
以上发明大部分是针对小方坯的，同时在加热、修磨过程中未精确测量脱碳层以及控制坯料不同位置的修磨量，生产方式不精细。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，采用合金工具钢大方坯开坯轧制成中间坯，通过确定合金工具钢中间坯合适的修磨量和较窄的修磨范围，结合对加热炉温度，时间和气氛等工艺的优化，可控制脱碳层厚度，减少钢材损失率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，包括开坯、修磨、轧制和斯太尔摩控冷，其中：
(1)开坯：合金工具钢大方坯开坯，加热炉均热段温度为1180-1200℃，在炉时间250-280min，预热段和加热段空燃比0.95-1.0，均热段空燃比0.65-0.70；
(2)修磨：开坯后的中间坯，表面单边修磨1.0-1.5mm，倒角修磨深度为2.0-2.5mm；
(3)轧制：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热段温度为1040-1060℃，在炉时间60-70min，预热段和加热段空燃比0.95-1.0，均热段空燃比0.6-0.65，精轧温度910-925℃，吐丝温度835-845℃；
(4)斯太尔摩控冷：以6-9℃/s冷速快速冷却至660-700℃，随后进入保温罩缓冷。
进一步，所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法中合金工具钢大方坯为(280-320)mm×(380-420)mm，中间坯为(140-150)mm2。
进一步，所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法中合金工具钢线材的化学成分按重量百分比计包括：C 0.62-0.69％，Si 0.90-1.20％，Mn0.40-0.60％，Cr0.20-0.40％，V 0.10-0.30％，Ni 0.10-0.30％，Mo 0.35-0.55％，Nb 0.01-0.035％，余量为铁及不可避免的杂质。
更进一步，所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法中大方坯合金工具钢线材产品规格为Φ5.5-Φ14mm。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过大方坯加热工艺优化，减少脱碳层厚度，可以减少中间坯修磨量；根据中间坯脱碳与缺陷实验结果，确定表面和角部修磨深度，可工业化执行，去除脱碳层和缺陷的同时减少钢材损失率；根据中间坯脱碳敏感温度实验结果，确定中间坯加热和轧制工艺，有效降低加热和冷却过程脱碳。本发明在不增加设备的情况下，通过优化加热工艺、修磨工艺、轧制工艺和冷却工艺，降低了线材表面脱碳层，脱碳层厚度≤50μm，便于现场生产实施，提升修磨效率，减少钢材损耗，保证质量稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例1中合金工具钢线材表面脱碳组织照片；
图2是本发明实施例2中合金工具钢线材表面脱碳组织照片；
图3是本发明实施例3中合金工具钢线材表面脱碳组织照片；
图4是本发明实施例4中合金工具钢线材表面脱碳组织照片；
图5是本发明实施例5中合金工具钢线材表面脱碳组织照片；
图6是本发明对比实施例中合金工具钢线材表面脱碳组织照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例中对断面尺寸为291mm×395mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为142mm×145mm，轧制直径为5.5mm的合金工具钢线材，线材表面脱碳的控制方法具体为：
开坯工艺：合金工具钢大方坯开坯加热炉均热温度1192℃，在炉时间265min，预热段和加热段空燃比0.97，均热段空燃比0.67。
修磨工艺：开坯后中间坯表面单边修磨1.3mm，倒角修磨深度为2.2mm。
轧制工艺：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热温度为1051℃，在炉时间68min，预热段和加热段空燃比0.98，均热段空燃比0.64，精轧温度923℃，吐丝温度841℃。
斯太尔摩控冷工艺：轧后以7℃/s冷速快速冷却至675℃，随后进入保温罩缓冷。
制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.65％，Si：1.07％，Mn：0.52％，Cr：0.31％，V：0.23％，Ni：0.18％，Mo：0.45％，Nb：0.023％，余量为铁及不可避免的杂质。
本实例通过对大方坯加热炉温度与气氛控制，中间坯开坯修磨、中间坯加热、轧制和冷却工艺的控制，线材表面脱碳层厚度为14μm，无全脱碳层，如图1所示。
实施例2
本实施例中对断面尺寸为300mm×381mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为141mm×143mm，轧制直径为8mm的合金工具钢线材，线材表面脱碳的控制方法具体为：
开坯工艺：合金工具钢大方坯开坯加热炉均热温度1196℃，在炉时间274min，预热段和加热段空燃比0.96，均热段空燃比0.68。
修磨工艺：开坯后中间坯表面单边修磨1.1mm，倒角修磨深度为2.3mm。
轧制工艺：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热温度为1047℃，在炉时间66min，预热段和加热段空燃比0.96，均热段空燃比0.64，精轧温度920℃，吐丝温度839℃。
斯太尔摩控冷工艺：轧后以7℃/s冷速快速冷却至675℃，随后进入保温罩缓冷。
制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.64％，Si：1.02％，Mn：0.53％，Cr：0.27％，V：0.20％，Ni：0.21％，Mo：0.44％，Nb：0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
本实例通过对大方坯加热炉温度与气氛控制，中间坯开坯修磨、中间坯加热、轧制和冷却工艺的控制，线材表面脱碳层厚度为21μm，无全脱碳层，如图2所示。
实施例3
本实施例中对断面尺寸为315mm×393mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为144mm×148mm，轧制直径为10mm的合金工具钢线材，线材表面脱碳的控制方法具体为：
开坯工艺：合金工具钢300mm×390mm大方坯开坯，加热炉均热段温度1192℃，在炉时间271min，预热段和加热段空燃比0.95，均热段空燃比0.67。
修磨工艺：开坯后为140mm×140mm中间坯，表面单边修磨1.4mm，倒角修磨深度为2.2mm。
轧制工艺：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热段温度为1055℃，在炉时间68min，预热段和加热段空燃比0.98，均热段空燃比0.64，精轧温度915℃，吐丝温度839℃。
斯太尔摩控冷工艺：轧后以8℃/s冷速快速冷却至670℃，随后进入保温罩缓冷。
制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.66％，Si：1.12％，Mn：0.49％，Cr：0.28％，V：0.21％，Ni：0.20％，Mo：0.46％，Nb：0.022％，余量为铁及不可避免的杂质。
本实例通过对大方坯加热炉温度与气氛控制，中间坯开坯修磨、中间坯加热、轧制和冷却工艺的控制，线材表面脱碳层厚度为33μm，无全脱碳层，如图3所示。
实施例4
本实施例中对断面尺寸为294mm×402mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为146mm×147mm，轧制直径为12mm的合金工具钢线材，线材表面脱碳的控制方法具体为：
开坯工艺：合金工具钢大方坯加热炉均热段温度1193℃，在炉时间275min，预热段和加热段空燃比0.96，均热段空燃比0.69。
修磨工艺：开坯后为中间坯表面单边修磨1.2mm，倒角修磨深度为2.4mm。
轧制工艺：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热段温度为1057℃，在炉时间67min，预热段和加热段空燃比0.98，均热段空燃比0.64，精轧温度915℃，吐丝温度839℃。
斯太尔摩控冷工艺：轧后以8℃/s冷速快速冷却至682℃，随后进入保温罩缓冷。
制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.67％，Si：1.01％，Mn：0.54％，Cr：0.29％，V：0.20％，Ni：0.19％，Mo：0.47％，Nb：0.021％，余量为铁及不可避免的杂质。
本实例通过对大方坯加热炉温度与气氛控制，中间坯开坯修磨、中间坯加热、轧制和冷却工艺的控制，线材表面脱碳层厚度为37μm，无全脱碳层，如图4所示。
实施例5
本实施例中对断面尺寸为299mm×416mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为141mm×142mm，轧制直径为14mm的合金工具钢线材，线材表面脱碳的控制方法具体为：
开坯工艺：合金工具钢大方坯开坯加热炉均热段温度1191℃，在炉时间273min，预热段和加热段空燃比0.97，均热段空燃比0.69。
修磨工艺：开坯后中间坯表面单边修磨1.5mm，倒角修磨深度为2.4mm。
轧制工艺：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热段温度为1050℃，在炉时间65min，预热段和加热段空燃比0.97，均热段空燃比0.62，精轧温度918℃，吐丝温度841℃。
斯太尔摩控冷工艺：轧后以8℃/s冷速快速冷却至675℃，随后进入保温罩缓冷。
制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.65％，Si：1.10％，Mn：0.51％，Cr：0.33％，V：0.24％，Ni：0.21％，Mo：0.49％，Nb：0.024％，余量为铁及不可避免的杂质。
本实例通过对大方坯加热炉温度与气氛控制，中间坯开坯修磨、中间坯加热、轧制和冷却工艺的控制，线材表面脱碳层厚度为43μm，无全脱碳层，如图5所示。
除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
对比实施例
本实施例中对断面尺寸为312mm×496mm连铸大方坯进行开坯，中间坯断面尺寸为143mm×144mm，轧制直径为8mm的合金工具钢线材，未采用本发明的线材表面脱碳控制方法，制得的合金工具钢线材的化学成分按重量百分比为：C：0.65％，Si：1.10％，Mn：0.51％，Cr：0.33％，V：0.24％，Ni：0.21％，
Mo：0.49％，Nb：0.024％，余量为铁及不可避免的杂质。对比实施例的线材表面脱碳层厚度为78μm，如图6所示。
除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，包括开坯、修磨、轧制和斯太尔摩控冷，其特征在于：
(1)开坯：合金工具钢大方坯开坯，加热炉均热段温度为1180-1200℃，在炉时间250-280min，预热段和加热段空燃比0.95-1.0，均热段空燃比0.65-0.70；
(2)修磨：开坯后的中间坯，表面单边修磨1.0-1.5mm，倒角修磨深度为2.0-2.5mm；
(3)轧制：修磨后的钢坯轧制，加热炉均热段温度为1040-1060℃，在炉时间60-70min，预热段和加热段空燃比0.95-1.0，均热段空燃比0.6-0.65，精轧温度910-925℃，吐丝温度835-845℃；
(4)斯太尔摩控冷：以6-9℃/s冷速快速冷却至660-700℃，随后进入保温罩缓冷。
2.根据权利要求1所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，其特征在于：所述的合金工具钢大方坯为(280-320)mm×(380-420)mm，中间坯为(140-150)mm2。
3.根据权利要求1所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，其特征在于：所述合金工具钢线材的化学成分按重量百分比计包括：C 0.62-0.69％，Si 0.90-1.20％，Mn0.40-0.60％，Cr 0.20-0.40％，V 0.10-0.30％，Ni 0.10-0.30％，Mo 0.35-0.55％，Nb0.01-0.035％，余量为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的大方坯合金工具钢线材表面脱碳的控制方法，其特征在于：所述大方坯合金工具钢线材产品规格为Φ5.5-Φ14mm。
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