CN115652212A - 一种低碳含铜钢及提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺 - Google Patents

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朱爱华
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Abstract

本发明属于冶金行业钢铁制造技术领域，公开了一种低碳含铜钢及提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺。本发明通过在炼钢过程控制钢中Si元素含量，使钢在高温氧化后形成内氧化产物2FeO·SiO2，提高钢的抗氧化性。添加Ti、Al等微合金元素以细化晶粒，并配合轧钢适宜的加热制度，有效解决含铜钢表面“铜致”裂纹问题，无需添加Ni贵重合金或改造生产装备，仅通过添加微量细化晶粒元素及调整生产工艺，圆钢即可具备良好的表面质量。

Description

一种低碳含铜钢及提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺
技术领域
本发明属于冶金行业钢铁制造技术领域，涉及一种低碳含铜钢及提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺。
背景技术
合金元素铜添加到钢中，可以显著提高钢的耐腐蚀性能，从而提升钢铁结构的可靠性及耐久性，因此含铜钢广泛应用于耐酸蚀钢、船体钢、耐候钢等具有腐蚀性的恶劣工况系列产品中。但由于Cu的熔点较低(仅1085℃)，而含铜钢在生产及加工工程中，一般加热温度会高于Cu的熔点，从而钢中的Cu处于熔融状态，转变为液态铜，这种液态铜会沿奥氏体晶界向内部渗透，削弱晶粒间的联系，导致含铜钢轧制及加工变形时出现大量裂纹，即“铜脆”现象。“铜脆”问题是含铜钢生产的常见问题，其根本原因是：铜元素的熔点较低(1083℃)且具有比铁更强的氧化性，在高温及氧化气氛条件下进行轧制时，铜产生偏聚形成富铜液相。另外，由于铁比铜更易氧化，钢在高温轧制时形成氧化铁皮会挤压富铜相，从而进一步促进铜的偏聚。
为了解决含铜钢表面质量问题，目前钢厂一般通过添加贵重合金Ni、对钢材表面车削、剥皮等手段。然而这些方法会大大增加生产成本或延长生产周期，因此如何在控制生产成本的同时，高效地提高含铜钢的表面，是钢铁行业的一大难题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明的技术思路是：1)在炼钢过程在钢中添加0.30％～0.40％的Si元素，使钢在高温氧化后形成内氧化产物2FeO·SiO2，改变其氧化层的组成，提高钢的抗氧化性，阻止铜在Fe-氧化铁皮界面形成液态铜相，从而抑制铜的偏聚；2)添加微量Al(0.05％～0.015％)、Ti(0.020～0.030％)等元素，细化奥氏体晶粒，抑制液态铜相向奥氏体晶界的渗透；3)轧制加热采用低温加热工艺，以低于铜熔点的温度加热，即控制均热段温度在1050±30℃，避免Cu的偏聚。
本发明的目的在于提供一种提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺，通过一种创新的含铜钢热轧圆钢表面质量控制方法，以一种易操作、高效的方式使得含铜钢表面漏磁探伤合格率达到92％以上，表面裂纹缺陷深度由0.5mm减少至0.055mm，实现圆钢黑皮态交货。同时在进行热穿孔时，钢管表面无外折叠缺陷。
本发明提供了一种低碳含铜钢，由下列重量百分比的成分组成：C：≤0.12％，Mn：0.35～0.65％，Si：0.20～0.40％，Cr：0.70～1.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cu：0.25～0.45％，Sb：0.04～0.10％，Al：≤0.050％，Ti≤0.030％；余量为Fe及不可避免杂质。
一种提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺，步骤如下：
1)炼钢过程如下：
按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、方坯连铸，得到220×220mm连铸坯，连铸坯随后进缓冷坑，缓冷时间36～72小时，待连铸坯表面温度≤150℃，由保温车运送到轧钢车间钢坯堆场，待入炉轧制；
2)加热和轧制过程如下：
采用步进梁式加热炉，四段式加热连铸坯。控制加热炉预热段温度≤650℃，一加加热段温度900～960℃，二加加热段温度1015～1075℃，均热段温度1020～1080℃；连铸坯出加热炉后，开高压水除鳞去除钢坯表面氧化铁皮，控制开轧温度950～1000℃。
其中，二加加热段和均热段的加热时间和控制在60～90min；预热段、一加加热段、二加加热段和均热段总加热时间180～240min；除鳞水压力为23～27Mpa；
3)圆钢下冷床后收集、打包，避风堆冷24h以上；
4)漏磁过程如下：
圆钢经过冷却后，对表面进行漏磁探伤，探伤标准执行深度×宽度×长度：0.3mm×0.2mm×25mm；
5)圆钢热穿孔过程如下：
圆钢进斜底炉加热1200～1260℃保温1h，随后出炉进行热穿孔和冷拔机加工，获得所需的钢管制品。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)含铜钢采用本发明所述的生产工艺后，表面质量良好，圆钢表面黑皮态漏磁探伤合格率由13.8％提高至92％，裂纹深度由0.7mm降低到0.055mm。同时圆钢在进行热穿孔和冷拔时，钢管表面未出现外折叠缺陷。
(2)与常规工艺相比，本发明无需向钢中添加贵重合金Ni，省去了圆钢表面的剥皮/车削工艺，降低了合金及工序成本，缩短了生产周期，同时在穿管加工过程中无表面缺陷产生。
附图说明
图1为对比例和实施例1的漏磁探伤图谱，a-对比例，b-实施例1。
图2为对比例和实施例1的圆钢表面裂纹形貌图，a-对比例的缺陷形貌，b-对比例的腐蚀后金相，c-实施例1的缺陷形貌，d-实施例1的腐蚀后金相。
图3为对比例和实施例1的圆钢热穿孔后钢管表面质量照片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
对比例
成分见表1
C Mn Si Cr P S Cu Sb Al Ti 其它
0.09 0.42 0.15 0.98 0.009 0.002 0.27 0.05 - - Fe
步骤：转炉炼钢、LF精炼、VD真空处理、方坯连铸，得到220*220mm铸坯；然后连铸坯进缓冷坑缓慢冷却、进加热炉加热、高压水除鳞、轧制Ф80mm规格、收集打包、人工精整、漏磁探伤、天然气加热、穿孔、冷拔。
1)炼钢：按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、方坯连铸，得到220×220mm连铸坯。
2)连铸坯随后进缓冷坑，缓冷时间42小时。连铸坯表面温度121℃，由保温车运送到轧钢车间钢坯堆场，待入炉轧制。
3)连铸坯装炉加热及轧制：采用步进梁式加热炉，四段式加热。预热段温度625℃，停留时间42min；一加加热段温度930℃，停留时间63min；二加加热段温度1045℃，36mim；均热段温度1050℃，停留时间43min；总加热时间184min。
4)连铸坯出加热炉后，进行高压水除鳞去除表面氧化铁皮，除鳞水压力24.5MPa，开轧温度978℃。
5)圆钢下冷床后收集，采用避风堆冷32小时。
6)圆钢进行表面漏磁探伤检测(探伤标准0.3*0.2*25mm)，合格率13.8％。
7)圆钢进斜底炉加热1230℃保温1h，随后出炉进行热穿孔和冷拔机加工，获得所需的钢管制品。
实施例1
成分见表2
C Mn Si Cr P S Cu Sb Al Ti 其它
0.08 0.40 0.38 0.95 0.008 0.003 0.28 0.06 0.033 0.027 Fe
步骤：转炉炼钢、LF精炼、VD真空处理、方坯连铸，得到220*220mm铸坯；然后连铸坯进缓冷坑缓慢冷却、进加热炉加热、高压水除鳞、轧制Ф80mm规格、收集打包、人工精整、漏磁探伤、天然气加热、穿孔、冷拔。
1)炼钢：按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、方坯连铸，得到220×220mm连铸坯。
2)连铸坯随后进缓冷坑，缓冷时间42小时。连铸坯表面温度118℃，由保温车运送到轧钢车间钢坯堆场，待入炉轧制。
3)连铸坯装炉加热及轧制：采用步进梁式加热炉，四段式加热。预热段温度625℃，停留时间42min；一加加热段温度930℃，停留时间63min；二加加热段温度1045℃，36mim；均热段温度1050℃，停留时间43min；总加热时间184min。
4)连铸坯出加热炉后，进行高压水除鳞去除表面氧化铁皮，除鳞水压力24.5MPa，开轧温度978℃。
5)圆钢下冷床后收集，采用避风堆冷32小时。
6)圆钢进行表面漏磁探伤检测(探伤标准0.3*0.2*25mm)，合格率92.9％。
7)圆钢进斜底炉加热1230℃保温1h，随后出炉进行热穿孔和冷拔机加工，获得所需的钢管制品。
以实施例1和对比例的圆钢漏磁探伤进行结果对比：
表3圆钢漏磁探伤结果对比(标准0.3*0.2*25mm)
示例 圆钢检测支数 合格支数 小缺陷支数 大缺陷支数 漏磁合格率
对比例 152 21 100 31 13.8％
实施例1 154 143 11 0 92.9％
如图1所示，a中对比例探伤图谱噪声很高，表明圆钢表明有大量裂纹并且深度较大；b中实施例1探伤图谱曲线平缓，圆钢表面缺陷较少、深度较浅。
图2为对比例和实施例1的圆钢表面裂纹形貌图，a-对比例的缺陷形貌，b-对比例的腐蚀后金相，c-实施例1的缺陷形貌，d-实施例1的腐蚀后金相。如图2所示，对比例圆钢表面裂纹深度达到0.52mm，且其晶粒粗大。实施例1圆钢表面裂纹深度仅0.055mm，晶粒较细小。
图3为对比例和实施例1的圆钢热穿孔后钢管表面质量照片。对比例钢管表面出现外折叠缺陷，实施例1钢管表面无缺陷问题。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低碳含铜钢，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：C：≤0.12％，Mn：0.35～0.65％，Si：0.20～0.40％，Cr：0.70～1.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cu：0.25～0.45％，Sb：0.04～0.10％，Al：≤0.050％，Ti≤0.030％；余量为Fe及不可避免杂质。
2.一种提高低碳含铜钢表面质量的生产工艺，其特征在于，步骤如下：
1)炼钢：
按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、方坯连铸，得到连铸坯，连铸坯随后进缓冷坑缓冷，待连铸坯表面温度≤150℃，由保温车运送到轧钢车间钢坯堆场，待入炉轧制；
2)加热和轧制：
采用步进梁式加热炉，四段式加热连铸坯：控制加热炉预热段温度≤650℃，一加加热段温度900～960℃，二加加热段温度1015～1075℃，均热段温度1020～1080℃；连铸坯出加热炉后，开高压水除鳞去除钢坯表面氧化铁皮，控制开轧温度950～1000℃；
3)圆钢下冷床后收集、打包，避风堆冷；
4)漏磁过程如下：
圆钢经过冷却后，对表面进行漏磁探伤，
5)圆钢热穿孔过程如下：
圆钢进斜底炉加热一段时间，随后出炉进行热穿孔和冷拔机加工，获得所需的钢管制品。
3.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤1)中，连铸坯的尺寸为220×220mm；缓冷时间36～72小时。
4.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤2)中，二加加热段和均热段的加热时间和控制在60～90min；预热段、一加加热段、二加加热段和均热段总加热时间180～240min。
5.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤2)中，除鳞水压力为23～27MPa。
6.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤3)中，避风堆冷时间为24h以上。
7.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤4)中，漏磁探伤标准执行深度×宽度×长度：0.3mm×0.2mm×25mm。
8.如权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，步骤5)中，进斜底炉加热1200～1260℃保温1h。
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