CN111809028B - 一种避免钢板表面缺陷的加热工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，具体的工艺流程如下：连铸机生产板坯、板坯切割喷号、板坯进加热炉加热、板坯初轧、板坯精轧、卷取捆包以及成品分切；板坯在进加热炉加热进行加热前，对板坯的温度进行控制，具体反应条件如下：控制板坯表面温度高于Ar3温度或控制板坯表面温度低于Ar1温度且高于200℃，本发明公开了一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，本发明在不增加任何设备和生产成本的前提下，既实现了板坯的热送热装，充分利用连铸坯余热，达到良好的节能效果。又使钢板表面氧化铁皮更容易去除，加热过程中碳氮化物充分溶解，提高钢材高温塑性，避免了轧后钢板的夹渣、裂纹等表面缺陷。

Description

一种避免钢板表面缺陷的加热工艺

技术领域

本发明涉及一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，属于冶金连铸技术领域。

背景技术

连铸板坯轧制成钢板的工艺流程为：连铸机生产板坯→板坯切割喷号→板坯温度控制→板坯进加热炉加热→板坯初轧→板坯精轧→卷取捆包→成品分切（钢板）。

其中板坯进加热炉的热送热装技术是连铸技术的一项重大突破，它不仅能节能降耗，而且对传统工业结构的改革也具有深远的意义，使连铸生产过程中的综合经济效益大大提高。但目前实现板坯热送热装工艺技术有较大的难度，因为许多钢种对入炉温度的敏感性比较强，入炉温度的过高或过低往往容易形成轧材的表面缺陷，使热卷表面质量和内在质量控制困难。

另外板坯在加热炉的加热工艺对热卷产品质量和机械性能的均匀一致性产生深远的影响，板坯加热过程是直接影响最终产品的微观组织和晶粒尺寸的，不合适的加热和均热温度以及加热和均热的时间过长是影响最终产品性能波动较大的根本原因。

目前钢板表面裂纹缺陷的控制研究大多集中在冶炼、钢包精炼、热轧过程、再结晶、热机轧制、变形压缩优化、冷轧工艺等等上，但是对板坯装入加热炉前的表面温度控制和加热炉板坯加热工艺控制的认识和重视程度不足。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，具体的工艺流程如下：连铸机生产板坯、板坯切割喷号、板坯进加热炉加热、板坯初轧、板坯精轧、卷取捆包以及成品分切；板坯在进加热炉加热进行加热前，对板坯的温度进行控制，具体反应条件如下：控制板坯表面温度高于Ar3温度或控制板坯表面温度低于Ar1温度且高于200℃。

所述控制板坯表面温度高于Ar3温度的方法，具体步骤如下：板坯在连铸机内的二次冷却采用弱冷控制，并且板坯运输过程采用保温措施，板坯切割完以后5小时内装入加热炉。

所述弱冷控制的具体步骤为：板坯的二次冷却的过程中采用低比水量、低冷却强度的弱冷工艺，并控制板坯离开连铸机时的表面温度高于Ar3温度。

所述板坯运输过程采用保温措施的具体步骤为，板坯的运输过程中进行加盖保温罩或进入保温箱，并控制板坯进入加热炉的表面温度高于Ar3温度。

所述控制板坯表面温度低于Ar1温度且高于200℃，具体步骤如下：（1）对于板坯切割完后5小时内装入加热炉的热装板坯进行强制冷却；（2）对于板坯切割完以后不需要5小时内装入加热炉的冷装板坯则进行保温缓冷。

所述强制冷却的步骤如下：对处在水平段至切割前位置板坯进行三次喷水冷却。

所述保温缓冷的步骤如下：将板坯装入保温坑或保温罩进行缓慢冷却。

所述板坯进加热炉加热，控制板坯在加热炉内的加热时间为250±10min。

所述板坯进加热炉加热，在对板坯进行加热时，加热炉热负荷前移，加热段快速加热升温，并控制一加段加热温度为1060±30℃；二加段加热温度为1160±10℃；均热段缓慢加热，并使出炉温度小于1210±10℃。

板坯离开加热炉进入初轧工序时，打开初轧R2出口的反道次除鳞。

初轧是板坯来回反复轧制，当反道次轧制时，打开初轧R2出口的反道次除鳞，去除板坯表面的氧化铁皮及其它杂质。

本发明的反应原理如下：

1、控制板坯装入加热炉的表面温度避开钢种的（Ar3-Ar1）温度区间

Ar3、Ar1是钢材热处理的相变点温度，是冶金学和金属材料学最常用的符号和术语。

板坯装入加热炉的温度对加热炉的能源消耗和后续的钢板质量有着直接的显著影响，板坯高温热装，它不仅可以大幅降低能耗，提高金属收得率，缩短产品生产周期，在生产效率和降低生产成本等方面都显示出了巨大的优越性。但必须控制板坯装入加热炉的表面温度避开钢种的（Ar3-Ar1）温度区间。

控制板坯装入加热炉的表面温度须避开钢种的（Ar3-Ar1）温度区间是因为当板坯装炉温度处于钢种的（Ar3-Ar1）温度区间时，板坯的宏观组织结构基本不会发生变化，在加热过程中会遗留下来，所以加热后大量的氮化物残留在晶界上，虽然这些氮化物的存在会起到抑制晶粒长大的作用，但也使坯材的高温塑性严重降低，导致轧后钢板表面出现表面裂纹，见图2。

低温装炉，板坯装入加热炉的温度低于Ar1温度但高于200℃是因为在一定温度范围内高温装炉氧化铁皮更容易去除，研究表明在一定温度范围内板坯高温（≥200℃）装炉，不仅节省了加热炉的能耗和加热时间，而且由于氧化铁皮晶粒度大，表面的氧化铁皮更容易去除。因此低温装炉板坯表面温度不能低于200℃，否则，氧化铁皮去除不干净，会造成钢板表面的夹渣缺陷，见图2。

需要说明的是，不同钢种的（Ar3-Ar1）温度区间是不相同的，不能所有钢种都是同一个温度范围。

2、控制板坯在加热炉加热时间250±10min，保证板坯既充分加热又不过烧

板坯加热工艺直接影响热轧塑性变形前的原始奥氏体晶粒尺寸，板坯均匀地加热和均热是获得良好合适原始奥氏体晶粒基本保证，也是轧钢工序对加热工序的基本要求。板坯加热工艺首先是板坯的在炉加热时间，控制板坯在加热炉加热时间250±10min，可以保证板坯既充分加热又不过烧。

因为板坯在加热炉中板坯加热时间过短或是加热温度过低，浇注过程析出的第二相质点不可能溶解，在轧制过程中就会出现质量问题。

但板坯在加热炉内长时间过长，会造成板坯过烧，铸坯角部过氧化，会造成板坯晶粒非正常的长大，恶化钢板性能和表面质量。同时板坯加热时间过长增加了铸坯表层氧化烧损，氧化铁皮厚度增加，在粗除鳞过程中更易去除铸坯表层富集及捕捉的夹杂物，最终体现在轧制产品表面质量缺陷发生率降低。

需要说明的是，不管是高温装炉还是低温装炉的板坯，但在加热炉的加热时间基本相同（250±10min），这是保证后续板坯轧制节奏的需要，保证后续板坯匀速轧制。但高温装炉与低温装炉，板坯进入加热炉的初始温度不同，高温装炉的初始温度高，低温装炉的初始温度低，因此两者在加热炉内的加热速率也是不同的，板坯加热工艺模型会根据装入加热炉板坯的初始温度与出加热炉目标温度的不同，根据给定的加热时间，振动计算板坯的加热速率。高温装炉初始温度高的板坯加热速率慢一点，低温装炉初始温度低的板坯加热速率快一点。

3、优化加热工艺：在对板坯进行加热时，加热炉热负荷前移，加热段快速加热升温，并控制一加段加热温度为1060±30℃；二加段加热温度为1160±10℃；均热段缓慢加热，并使出炉温度小于1210±10℃。

板坯出加热炉进入初轧工序，此时要打开初轧R2的反道次除鳞，目的是把在加热炉中生成的高温氧化铁皮出炉后在高压水除磷装置的打击下能够有效的去除，减少钢板表面的氧化铁皮夹渣缺陷。

板坯在加热炉中加热过程中的温度波动和不均匀加热会造成奥氏体晶粒尺寸大小不一的混晶结构，恶化钢板性能和表面质量。在板坯加热过程中，工业生产中的加热炉加热段与均热段温度一般都在1120-1260℃范围内，在不同加热温度下板坯奥氏体组织结构不同，如附图3。对加热负荷和均热负荷进行适当的调整，可以达到非常细化均匀的晶粒尺寸，控制钢板表面裂纹缺陷和钢板性能。

因为从第二相质点溶解观点，在连铸过程中，板坯中不可避免的会产生AlN、Nb(CN)等碳氮化物质点析出，为了避免轧制过程中产生裂纹，应在加热过程中使AlN等碳氮化物充分溶解在基体中。若前期加热不足、就会造成碳氮化物溶解不充分，钢的热塑性差异性大，导致钢板热轧裂纹倾向性大。若后期加热过快，加热温度过高，会导致轧制温度进入钢的第Ⅰ高温脆性区（1300-1200℃），在轧制过程中发生晶界高温脆性断裂，形成表面裂纹。

由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：

本发明提供了一种既可以实现热送热装又能有效避免轧后钢板表面裂纹的连铸坯热送热装及加热工艺，既可以达到良好的节能效果，又能有效避免钢板轧制后的裂纹夹渣等表面缺陷。

本发明公开了一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，本发明在不增加任何设备和生产成本的前提下，既实现了板坯的热送热装，充分利用连铸坯余热，达到良好的节能效果。又使钢板表面氧化铁皮更容易去除，加热过程中碳氮化物充分溶解，提高钢材高温塑性，避免了轧后钢板的夹渣、裂纹等表面缺陷；

本发明着重从板坯进加热炉之前的温度控制工艺和板坯在加热炉中加热工艺的改变来达到控制钢板表面裂纹的目的，本发明不需要新增任何装备，简单、易操作，无成本。避开目前钢板表面裂纹缺陷的控制研究大多集中在冶炼、钢包精炼、热轧过程、再结晶、热机轧制、变形压缩优化、冷轧工艺等传统方式方法，另辟蹊径，克服技术固有的技术偏见，创新性地从板坯装入加热炉前的温度控制和板坯在加热炉中加热工艺的优化来改善加热和均热过程中的热力学和动力学条件，控制板坯全长和厚度方向上的奥氏体晶粒大小和均匀性，减少钢板表面裂纹缺陷，提高钢板性能。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为不同热装温度下板坯凝固组织转变示意图；

图3为不同加热温度下板坯奥氏体组织结构示意图；

图4为实施例5、实施例6采用不同工艺前后的材料表面组织对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1

某钢厂对230mm×1300mm 超低碳无间隙原子钢即IF钢采用了本发明的板坯热送热装及加热工艺，IF钢连铸坯表面温度≥300℃但低于IF钢Ar1温度600℃装入加热炉，板坯在加热炉加热时间控制在240分钟，加热炉解热时，一加段快速升温，二加和均热段缓慢升温，控制一加段末温度大于1060℃，控制二加段末温度大于1160℃，出炉温度小于1220℃。轧后钢板厚度为0.2-0.4mm，钢板表面没有夹渣、裂纹等表面缺陷。与冷装炉连铸坯相比，采用本发明工艺可节约能源40％，提高钢板合格率0.24%。

实施例2

某钢厂对230mm×950mm 低碳镀锡板钢采用了本发明的板坯热送热装及加热工艺，镀锡板钢连铸坯表面温度≥200℃但低于镀锡板钢Ar1温度550℃装入加热炉，板坯在加热炉加热时间控制在245分钟，加热炉解热时，一加段快速升温，二加和均热段缓慢升温，控制一加段末温度大于1030℃，控制二加段末温度大于1150℃，出炉温度小于1200℃。轧后钢板厚度为0.3-0.6mm，钢板表面没有夹渣、裂纹等表面缺陷。与冷装炉连铸坯相比，采用本发明工艺可节约能源38％，提高钢板合格率0.21%。

实施例3

某钢厂对230mm×1200mm 高碳工具钢65Mn采用了本发明的板坯热送热装及加热工艺，65Mn钢连铸二冷工艺采用弱冷工艺，运输过程中加保温罩保温，板坯切割完3小时转入加热炉，装入加热炉前板坯表面温度≥750℃（Ar3温度），板坯在加热炉加热时间控制在260分钟，加热炉解热时，一加段快速升温，二加和均热段缓慢升温，控制一加段末温度小于1090℃，控制二加段末温度小于1170℃，出炉温度小于1220℃。轧后钢板厚度为6.0mm，钢板表面没有夹渣、裂纹等表面缺陷。与冷装炉连铸坯相比，采用本发明工艺可节约能源56％，提高钢板合格率0.85%。

实施例4

某钢厂对230mm×1150mm 高碳精冲钢C45E采用了本发明的板坯热送热装及加热工艺，C45E板坯切割完以后进入板坯库场保温罩缓冷24-48小时，并控制板坯表面温度低于550℃（Ar1温度）且板坯表面温度≥200℃，将板坯装入加热炉，板坯在加热炉加热时间控制在250分钟，加热炉解热时，一加段快速升温，二加和均热段缓慢升温，控制一加段末温度大于1060℃，控制二加段末温度大于1160℃，出炉温度小于1210℃。轧后钢板厚度为3.0mm，钢板表面没有夹渣、裂纹等表面缺陷。与冷装炉连铸坯相比，采用本发明工艺可节约能源45％，提高钢板合格率0.76%。

实施例5

传统生产工艺：某钢厂生产230mm×1250mm 中碳工具钢20CrMnTi时采用传统的板坯热送热装工艺，实测板坯装入加热炉前表面温度600-680℃之间，加热炉加热时间300分钟，加热段和均热段均匀加热升温，出加热炉温度1250℃。20CrMnTi钢种的Ar1温度为585℃，Ar3温度为750℃，板坯的热装温度正好落入20CrMnTi钢种的Ar1-Ar3温度区间，轧制结果钢板表面产生大量裂纹性翘皮缺陷，且钢板的性能指标较差，见图4（a）。

实施例6

采用本发明的热送热装及加热工艺，20CrMnTi连铸二冷工艺采用弱冷工艺，板坯切割完以后进入板坯库场保温罩缓冷24-36小时，板坯表面温度低于600℃（Ar1温度），板坯表面温度≥250℃装入加热炉，板坯在加热炉加热时间控制在255分钟，加热炉解热时，一加段快速升温，二加和均热段缓慢升温，控制一加段末温度小于1090℃，控制二加段末温度小于1170℃，出炉温度小于1220℃。轧制结果钢板表面没有产生裂纹性翘皮缺陷，见图4(b)。

对实施例5以及实施例6，在不同工艺下生产的20CrMnTi的抗拉强度、延伸率、断面收缩率等性能指标进行检测，对比结果如下表1，可见采用本发明工艺后，除了表面裂纹缺陷得到有效控制以外，钢板性能有较大幅度提高。

表1 对实施5以及实施例6生产的钢板性能对照表

因此，本发明提供了一种既可以实现热送热装又能有效避免轧后钢板表面裂纹的连铸坯热送热装及加热工艺，既可以达到良好的节能效果，又能有效避免钢板轧制后的裂纹夹渣等表面缺陷。在不增加任何设备和生产成本的前提下，既实现了板坯的热送热装，充分利用连铸坯余热，达到良好的节能效果。又使钢板表面氧化铁皮更容易去除，加热过程中碳氮化物充分溶解，提高钢材高温塑性，避免了轧后钢板的夹渣、裂纹等表面缺陷。

上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于，具体的工艺流程如下：连铸机生产板坯、板坯切割喷号、板坯进加热炉加热、板坯初轧、板坯精轧、卷取捆包以及成品分切；板坯在进加热炉进行加热前，对板坯的温度进行控制，具体反应条件如下：控制板坯表面温度高于Ar3温度或控制板坯表面温度低于Ar1温度且高于200℃；

所述板坯进加热炉加热，在对板坯进行加热时，加热炉热负荷前移，加热段快速加热升温，并控制一加段加热温度为1060±30℃；二加段加热温度为1160±10℃；均热段缓慢加热，并使出炉温度小于1210±10℃；

板坯离开加热炉进入初轧工序时，打开初轧R2出口的反道次除鳞。

2.根据权利要求1所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于，所述控制板坯表面温度高于Ar3温度的方法，具体步骤如下：板坯在连铸机内的二次冷却采用弱冷控制，并且板坯运输过程采用保温措施，板坯切割完以后5小时内装入加热炉。

3.根据权利要求2所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述弱冷控制的具体步骤为：板坯的二次冷却的过程中采用弱冷工艺，并控制板坯离开连铸机时的表面温度高于Ar3温度。

4.根据权利要求2所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述板坯运输过程采用保温措施的具体步骤为，板坯的运输过程中进行加盖保温罩或进入保温箱，并控制板坯进入加热炉的表面温度高于Ar3温度。

5.根据权利要求1所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述控制板坯表面温度低于Ar1温度且高于200℃，具体步骤如下：（1）对于板坯切割完后5小时内装入加热炉的热装板坯进行强制冷却；（2）对于板坯切割完以后不需要5小时内装入加热炉的冷装板坯则进行保温缓冷。

6.根据权利要求5所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述强制冷却的步骤如下：对处在水平段至切割前位置板坯进行三次喷水冷却。

7.根据权利要求5所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述保温缓冷的步骤如下：将板坯装入保温坑或保温罩进行缓慢冷却。

8.根据权利要求1所述的一种避免钢板表面缺陷的加热工艺，其特征在于：所述板坯进加热炉加热，控制板坯在加热炉内的加热时间为250±10min。

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