CN114107635B - 一种控制低合金含铜钢裂纹的方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制低合金含铜钢裂纹的方法，属于冶金技术领域。其包括连铸、加热、轧制工序；所述轧制工序，开轧温度为1160～1200℃，单道次变形量≤30%；所述低合金含铜钢成分中Cu、Ni、Si元素重量含量的比值为Cu:Ni:Si=2.9～3.1:1:2.8～3.3。本发明通过调整低合金含铜钢中Cu、Ni、Si的比例，控制合理的加热制度及轧制温度，加热炉保证还原性气氛，控制单道次变形量，在生产成本的情况下，实现对“铜致表面裂纹”的控制，保证低合金含铜钢良好的表面质量。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种控制低合金含铜钢裂纹的方法。
背景技术
Cu是提高钢铁材料耐大气腐蚀最有效的合金元素之一，含铜量0.20%的钢耐候性比不含铜钢可提高20%以上，含铜量0.20%可在一定程度上抑制管线钢氢致裂纹，为了达到较好的耐大气腐蚀性能，在低合金钢中Cu的加入量一般控制0.20%-0.50%。在钢材的腐蚀过程中，Cu可起到活化阴极的作用，促使钢阳极发生钝化，减缓钢铁材料的腐蚀。另外含铜钢表面可形成氧化层，近表面可形成富铜层，双层结构附着性强，可减缓材料腐蚀。
Cu的熔点较低，仅为1083.4℃，含铜钢在加热至1100-1200℃过程中，由于钢铁材料表面的Fe易发生选择性氧化形成氧化层，在材料近表面形成含液态富铜相的富铜层。有研究表明，1100-1200℃液态富铜相中Cu含量可＞80%，液态富铜相沿奥氏体晶界渗透，是导致含铜钢在热加工过程中产生表面裂纹，即“铜致表面热裂纹”的根源。
在含铜钢中加入一定量的Ni，可以形成高熔点的Cu-Ni二元合金相，改变了含铜钢近表面富铜层的组成，同时Ni可以提高Cu在奥氏体中的溶解度，减少近表面的液态铜，抑制低熔点液态富铜相的渗透，达到控制“铜致表面热裂纹”的作用。通常按Ni：Cu比为1:1，加入镍。但因Ni为贵重合金，同时也是重要的战略资源，大量加入Ni将导致生产成本增加。
因此，如何在低成本生产的同时实现对“铜致表面裂纹”的控制，保证低合金含铜钢良好的表面质量，是目前亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种控制低合金含铜钢裂纹的方法。本发明采用如下技术方案：
一种控制低合金含铜钢裂纹的方法，其包括连铸、加热、轧制工序；所述轧制工序，开轧温度为1160～1200℃，单道次变形量≤30%；所述低合金含铜钢成分中Cu、Ni、Si元素重量含量的比值为Cu:Ni:Si=2.9～3.1:1:2.8～3.3。
进一步地，所述轧制工序，开轧温度为1160～1180℃。
进一步地，所述加热工序，使用步进式加热炉对冷装铸坯进行加热，进出钢节奏≤0.1m/min，加热炉中为还原性气氛。
进一步地，所述加热工序，预热段温度≤800℃，最高加热温度≤1200℃。
进一步地，所述加热工序，沿加热炉炉长方向将加热段、均热段按长度均分为15个区，其中1-9区为加热段，11-15区为均热段，同时在单数区炉内顶部设置测温装置，各区温度设定为：1区≤930℃、3区900～1050℃、5区1000～1130℃、7区1080～1160℃、9区1150～1180℃、11区1160～1200℃、13区1160～1200℃、15区1160～1200℃。
进一步地，所述低合金含铜钢成分及重量含量为：C≤0.20%、Cu:0.30～0.60%、Ni:0.10～0.20%、Si：0.30～0.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Mn:0.90～1.00%、V≤0.05%、Nb≤0.05%、Al≤0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
含铜钢中按一定比例加入Si，可以抑制近表面富铜层中Cu元素的偏聚，在降低Ni含量、节约生产成本的同时，保证钢材良好的表面质量。加入Si后，在表面氧化层中形成一定深度的2FeO·SiO2，并向近表面逐渐渗透，富铜相在2FeO·SiO2周围呈点状、弥散析出，局部区域将富铜相固定并形成包裹，割裂了近表面液态富铜相之间的连接，避免液态富铜相呈连续带状分布，限制富铜层中液态富铜相的产生和扩散。经试验摸索低合金含铜钢Cu、Ni、Si比值控制在2.9～3.1:1:2.8～3.3范围时，即可达到控制“铜致表面热裂纹”的作用，同时可降低一部分合金成本。
液态富铜相在1100℃左右迅速生成，随着温度升高液态富铜相逐渐固溶到基体铁中，1220℃左右Cu完全固溶于基体铁中，液态富铜相消失。轧制温度在1110～1160℃时，液态富铜相含量最高，“铜致表面热裂纹”问题最严重。同时，1177℃为FeO与2FeO·SiO2发生共晶反应的温度，超过1177℃氧化层内2FeO·SiO2将逐渐转变成熔融的液态，限制富铜层中液态富铜相产生和扩散的作用降低，含铜钢加热过程中应尽量避免1200℃以上长时间保温。低合金含铜钢开轧温度应控制在1160～1200℃范围内，优选1160～1180℃。同时加热炉内保证良好的还原性气氛，可在一定程度上控制表面氧化层的生成。轧制过程中单道次变形量对“铜致表面热裂纹”也会造成影响，应严格控制单道次变形量不大于30%。
铜致表面裂纹基本呈现“龟裂”状，裂纹数量较多，深度相对较浅，含铜钢若控制不当，表面出现裂纹的比例可达80%以上，甚至接近100%。本发明通过调整低合金含铜钢中Cu、Ni、Si的比例，控制合理的加热制度及轧制温度，加热炉保证还原性气氛，控制单道次变形量，在较低的生产成本情况下，实现对“铜致表面裂纹”的控制，保证低合金含铜钢良好的表面质量，基本实现轧材表面无裂纹。
附图说明
图1为实施例1低合金含铜钢轧材表面质量图；
图2为实施例2低合金含铜钢轧材表面质量图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明控制低合金含铜钢裂纹的方法，包括连铸、加热、轧制工序；连铸坯下线后，堆冷降至室温后送轧钢加热炉，进行加热、轧制。
所述加热工序，使用步进式加热炉对冷装铸坯进行加热，进出钢节奏≤0.1m/min，加热炉中为还原性气氛；预热段温度≤800℃，最高加热温度≤1200℃；沿加热炉炉长方向将加热段、均热段按长度均分为15个区，其中1-9区为加热段，11-15区为均热段，同时在单数区炉内顶部设置测温装置，各区温度设定为：1区≤930℃、3区900～1050℃、5区1000～1130℃、7区1080～1160℃、9区1150～1180℃、11区1160～1200℃、13区1160～1200℃、15区1160～1200℃。
所述轧制工序，开轧温度为1160～1200℃，优先1160～1180℃；单道次变形量≤30%。
所述低合金含铜钢成分中Cu、Ni、Si元素重量含量的比值为Cu:Ni:Si=2.9～3.1:1:2.8～3.3，优选Cu:Ni:Si=3:1:3。
所述低合金含铜钢成分及重量含量为：C≤0.20%、Cu:0.30～0.60%、Ni:0.10～0.20%、Si：0.30～0.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Mn:0.90～1.00%、V≤0.05%、Nb≤0.05%、Al≤0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例1-10低合金含铜钢成分及含量见表1，加热及轧制工序控制参数见表2、3。
表1、低合金含铜钢成分及含量（wt%）
表2、加热炉内顶部各区域温度（℃）
表3、加热及轧制工序控制参数
由图1、2可知，本发明所生产的低合金含铜钢轧材表面质量良好，无裂纹。
经实际生产统计，按此工艺生产的低合金含铜钢轧材500余批次，仅有3批次中有少量裂纹。
Claims (4)
1.一种控制低合金含铜钢裂纹的方法，其特征在于，其包括连铸、加热、轧制工序；
所述加热工序，沿加热炉炉长方向将加热段、均热段按长度均分为15个区，其中1-9区为加热段，11-15区为均热段，同时在单数区炉内顶部设置测温装置，各区温度设定为：1区≤930℃、3区900～1050℃、5区1000～1130℃、7区1080～1160℃、9区1150～1180℃、11区1160～1200℃、13区1160～1200℃、15区1160～1200℃；
所述轧制工序，开轧温度为1160～1200℃，单道次变形量≤30%；
所述低合金含铜钢成分及重量含量为：C≤0.20%、Cu:0.329～0.60%、Ni:0.10～0.20%、Si：0.30～0.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Mn:0.90～1.00%、V≤0.05%、Nb≤0.05%、Al≤0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Cu、Ni、Si元素重量含量的比值为Cu:Ni:Si=2.9～3.1:1:2.8～3.3。
2.根据权利要求1所述的控制低合金含铜钢裂纹的方法，其特征在于，所述轧制工序，开轧温度为1160～1180℃。
3.根据权利要求2所述的控制低合金含铜钢裂纹的方法，其特征在于，所述加热工序，使用步进式加热炉对冷装铸坯进行加热，进出钢节奏≤0.1m/min，加热炉中为还原性气氛。
4.根据权利要求3所述的控制低合金含铜钢裂纹的方法，其特征在于，所述加热工序，预热段温度≤800℃，最高加热温度≤1200℃。
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