一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產(chǎn)方法，主要包括冶煉、連鑄、熱裝、加熱?、軋制、層流冷卻和卷取，連鑄坯采用熱裝入爐，入爐溫度500~600℃；加熱時(shí)間200~220分鐘，預(yù)熱段爐溫950~1100℃；一加熱段1150~1250℃，時(shí)間45~65分鐘；二加熱段1280~1330℃，時(shí)間35~50分鐘；均熱段1240~1270℃，時(shí)間35~40分鐘；爐內(nèi)還原氣氛為煤氣與空氣的混合氣體，一加熱段空氣過(guò)剩系數(shù)0.85~0.95，二加熱段為0.8~0.9，均熱段為0.7~0.8；精軋六道次，每道次壓下率14%~30%；層流冷卻速度＞23℃/s。采用本發(fā)明生產(chǎn)的高碳彈簧帶鋼(規(guī)格：2.5~3.55mm)不會(huì)出現(xiàn)全脫碳現(xiàn)象，脫碳層厚度在0.02mm以內(nèi)，達(dá)到ASTM?A232-90水平；該方法完全滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求，用于大生產(chǎn)可有效降低生產(chǎn)成本。
【專利說(shuō)明】一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于帶鋼生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]彈簧鋼的表面脫碳是影響最終彈簧產(chǎn)品疲勞壽命的重要因素，一旦表面產(chǎn)生全脫碳層或較厚的部分脫碳層，在后道淬火工序中，表面脫碳所形成的貧碳組織達(dá)不到所要求的硬度和強(qiáng)度，在交變應(yīng)力作用下易萌生表面裂紋，引起彈簧早期失效。另外表層不同部位淬火時(shí)膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生應(yīng)力，致使全脫碳層與部分脫碳層之間過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生微裂紋，這些可見(jiàn)的或不可見(jiàn)的裂紋在應(yīng)力作用下迅速發(fā)展，引起彈簧的失效斷裂。因此降低脫碳層厚度對(duì)提高彈簧鋼產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。
[0003]脫碳包括碳原子從鋼材內(nèi)部向表面擴(kuò)散及其在鋼材表面與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。從碳的擴(kuò)散角度來(lái)看，脫碳層厚度主要取決于鋼中含碳量與爐氣碳勢(shì)的差異，當(dāng)爐氣的碳勢(shì)低于鋼中含碳量時(shí)，鋼表面碳原子與爐氣發(fā)生反應(yīng)，生成的含碳?xì)怏w離開(kāi)鋼表面，使鋼表層碳含量降低，表面和內(nèi)部形成碳的濃度梯度，成為碳擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力，在表面形成脫碳層。所以對(duì)于高碳彈簧鋼而言，脫碳傾向性較大，故控制脫碳層厚度是其生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。
[0004]降低鋼坯脫碳層厚度一直是冶金工作者需要解決的重要課題。有的冶金工作者在鋼坯表面涂保護(hù)涂層防止鋼坯脫碳。例如，《軋鋼》1996年第四期“高碳鋼放脫碳保護(hù)涂層研究”一文報(bào)道，在表面涂保護(hù)層可使脫碳合格率提高20%。另外專利CNl 127789、CN1510089和CN102312065A也公開(kāi)了一種防止鋼鐵材料加熱脫碳的涂料，可有效地降低脫碳層厚度。但是這種涂保護(hù)層的方法不適應(yīng)于鋼鐵工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，并且生產(chǎn)成本和人工勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)聞。`
[0005]目前，通常采用的方法是控制加熱爐內(nèi)的氣氛、加熱時(shí)間和加熱溫度。例如，在“降低鋼軌脫碳層深度的研究”、“降低簾線鋼脫碳層厚度的技術(shù)研究”等文章，以及專利CN102212673A中均介紹了通過(guò)調(diào)節(jié)加熱爐氣氛、加熱時(shí)間和加熱溫度方法來(lái)降低脫碳層厚度的方法，但由于鋼軌和線材的生產(chǎn)工藝與板坯不同，故無(wú)法應(yīng)用于連鑄板坯的生產(chǎn)。
[0006]而專利CN1438334A公開(kāi)了一種防止高碳鋼坯或鋼錠脫碳的加熱方法。該加熱方法是在整個(gè)加熱過(guò)程中采用強(qiáng)氧化氣氛加熱鋼坯或鋼錠，空氣過(guò)剩系數(shù)(空氣與燃料，如煤氣、重油等的比值)為1.2^1.4。這種方法使鋼坯或鋼錠表面產(chǎn)生大量的氧化鐵皮，造成鋼鐵成材率降低，易在鋼板軋制過(guò)程中形成表面缺陷。
[0007]專利CN101195853A公開(kāi)了一種防止高碳帶鋼坯脫碳的加熱方法。該方法在加熱過(guò)程中采用微正壓、弱氧化氣氛加熱鋼坯，縮短了加熱時(shí)間，減少了鋼坯在高溫區(qū)域的停留時(shí)間,鋼坯在爐時(shí)間控制在65~95分鐘。這種方法生產(chǎn)的鋼坯加熱速度過(guò)快，在爐時(shí)間過(guò)短，但鋼坯無(wú)法燒均、燒透，軋制過(guò)程不穩(wěn)定，極易出現(xiàn)卡鋼事故，同時(shí)這種加熱工藝與其它鋼種差異較大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，大大提高了生產(chǎn)成本，不適宜大生產(chǎn)應(yīng)用，另外實(shí)施例中得到鋼板(規(guī)格為3.3mm)的脫碳層厚度分別為0.033和0.05mm，仍超過(guò)美國(guó)彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A232-90 (不得有全脫碳層，鋼板厚度d≤4.88mm時(shí)，部分脫碳層深度≥0.025mm, d> 4.88mm時(shí),部分脫碳層深度< 0.038mm)要求的脫碳層厚度。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種適宜大生產(chǎn)、其脫碳層厚度可達(dá)到美國(guó)彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A232-90的高碳彈簧帶鋼的生產(chǎn)方法。
[0009]本發(fā)明降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度生產(chǎn)方法的工藝流程包括:鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF或RH精煉一鈣處理一板坯連鑄一熱裝一加熱一軋制一層流冷卻一卷取一檢驗(yàn)一入庫(kù)一堆垛緩冷。
[0010]本發(fā)明生產(chǎn)方法的特點(diǎn)是:
[0011]I)熱裝
[0012]連鑄坯采用熱裝入爐方式，鋼坯入爐溫度在50(T6(KrC。
[0013]2)加熱
[0014]自開(kāi)始預(yù)熱至出爐的加熱時(shí)間控制在200-220分鐘，
[0015]各階段的溫度和時(shí)間控制為:
[0016]預(yù)熱段爐溫控制在95(Tll00°C，
[0017]一加熱段爐溫控制在115(Tl250°C，加熱時(shí)間控制在45~65分鐘，
[0018]二加熱段爐溫控制在128(Tl330°C，加熱時(shí)間控制在35~50分鐘，
[0019]均熱段爐溫控制在124(Tl270°C，均熱時(shí)間控制在35~40分鐘；
[0020]爐內(nèi)的還原氣氛為煤氣與空氣的混合氣體，其中一加熱段至均熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為:一加熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.85、.95，二加熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.8^0.9，均熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.7~0.8。
[0021]對(duì)于高碳鋼而言，1100°C左右屬于鋼坯脫碳敏感溫度，即在1100°C以前脫碳層厚度隨溫度的增加而很快增大，但超過(guò)1100°C后脫碳層厚度隨著溫度的增加而顯著降低，因?yàn)槊撎紝又挥性诿撎妓俣瘸^(guò)氧化速度時(shí)才能形成，當(dāng)氧化速度很大時(shí)，可以不發(fā)生明顯的脫碳現(xiàn)象，即脫碳層產(chǎn)生后鐵即被氧化而成氧化鐵皮。
[0022]本發(fā)明將預(yù)熱段溫度控制在95(T110(TC，因預(yù)熱段屬于強(qiáng)氧氣氛，可顯著提高氧化速度，避免脫碳層的產(chǎn)生，有效的避開(kāi)脫碳敏感期；在進(jìn)入加熱和均熱段以后，為了進(jìn)一步避免脫碳層，本發(fā)明選擇快速加熱的生產(chǎn)工藝，限制加熱時(shí)間，但高碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，因而在加熱時(shí)容易形成較大的內(nèi)外溫差，鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而使鋼坯出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，所以本發(fā)明降低了不同加熱段間的溫度差，同時(shí)適當(dāng)降低了一加熱段的加熱速度，以保證加熱的均勻性。
[0023]當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)小時(shí)，燃燒產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)H2，從而形成潮濕的H20，鋼坯脫碳速度隨著含水量的增加而增大；當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大時(shí)，由于形成的氧化皮多，可阻礙碳的擴(kuò)散，可減小脫碳層的深度，但氧化鐵皮過(guò)厚會(huì)使鋼坯成材率過(guò)低，增加生產(chǎn)成本，而且氧化鐵皮過(guò)多易使軋制階段除鱗不凈，導(dǎo)致軋制成品出現(xiàn)麻點(diǎn)等表面缺陷。所以本發(fā)明在加熱和均熱段采用弱還原性氣氛控制。
[0024]3)軋制[0025]精軋采用六道次軋制，每道次壓下率控制在14%~30%。
[0026]在軋制過(guò)程中鋼材表面產(chǎn)生的脫碳稱為二次脫碳。二次脫碳也是帶鋼表面脫碳的重要影響因素。由于鋼坯在粗軋階段承受大壓下量的變形，產(chǎn)生的形變熱可使鋼坯自身的溫度升高，相當(dāng)于對(duì)軋件進(jìn)行二次加熱，促進(jìn)了軋件表面碳原子的擴(kuò)散，從而導(dǎo)致鋼材表面脫碳層厚度增加，而在精軋階段雖然中間坯壓下量較大，但受到機(jī)架間冷卻水的影響，鋼板表面經(jīng)過(guò)冷卻抵消了二次加熱的影響，故本發(fā)明針對(duì)性地降低了粗軋階段每道次的壓下率，精軋采用六道次軋制，每道次壓下率控制在14~30%范圍內(nèi)，以減少二次脫碳層的產(chǎn)生。
[0027]4)層流冷卻
[0028]層流冷卻采用前段快冷，將冷卻速度控制在23°C /s以上。
[0029]鋼板從終軋到相變完成的層流冷卻階段的脫碳是由冷卻速度決定的。冷速低時(shí)，在高溫段停留時(shí)間長(zhǎng)，此時(shí)碳原子有更多時(shí)間向表層擴(kuò)散，與氧化性氣氛結(jié)合，造成脫碳程度進(jìn)一步加劇。而提高冷速后，不僅有效的減少了高溫段停留時(shí)間，而且降低了鋼板軋制過(guò)程表面最高溫度，從而有效的降低脫碳層的厚度，故本發(fā)明層流冷卻采用前段快冷的方法，并將冷速控制在23°C /s以上。
[0030]本發(fā)明根據(jù)高碳彈簧鋼板坯加熱和軋制過(guò)程中脫碳層形成的規(guī)律，按照產(chǎn)品脫碳層厚度的技術(shù)要求，重新設(shè)計(jì)了加熱爐不同階段板坯的加熱溫度、時(shí)間以及空氣過(guò)剩系數(shù)等參數(shù)；在軋制過(guò)程，利用中間坯變形量與鋼坯表面溫度、層流冷卻強(qiáng)度與帶鋼表面溫度的關(guān)系，重新設(shè)計(jì)了壓下率和層流冷卻速度等參數(shù)。
[0031]采用本發(fā)明技術(shù) 生產(chǎn)的高碳彈簧帶鋼不會(huì)出現(xiàn)全脫碳現(xiàn)象，脫碳層厚度可控制在
0.02mm以內(nèi)，達(dá)到(ASTM A232-90)國(guó)際先進(jìn)水平；該方法完全滿足工業(yè)生產(chǎn)控制要求，可廣泛應(yīng)用于大生產(chǎn)，從而降低了生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例板坯的成分見(jiàn)表1。
[0034]表1本發(fā)明實(shí)施例板坯的化學(xué)成分(wt%)
[0035]
實(shí)施例CSiMnPSI0.830.170.390.0150.00320.870.180.390.0150.00130.800.190.410.0110.00340.860.210.390.0130.00150.830.220.390.0150.002
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例將上述成分的連鑄坯在50(T600°C溫度范圍內(nèi)熱裝入爐，在爐時(shí)間控制在200~220分鐘，加熱到1240~1270°C，經(jīng)軋制得到的鋼板厚度為2.5~3.55mm。本發(fā)明實(shí)施例各加熱段爐溫、在爐時(shí)間、氣氛控制和乳制壓下率等參數(shù)見(jiàn)表2~表5，帶鋼的脫碳層厚度見(jiàn)表6。
[0037]表2本發(fā)明實(shí)施例熱裝及各加熱段爐溫(V )
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產(chǎn)方法，包括以下工藝流程:鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉一LF或RH精煉一鈣處理一板坯連鑄一熱裝一加熱一軋制一層流冷卻一卷取—檢驗(yàn)一入庫(kù)一堆垛緩冷，其特征在于連鑄坯采用熱裝入爐方式，入爐溫度為50(T60(TC ；加熱過(guò)程中自預(yù)熱至出爐的加熱時(shí)間控制在200-220分鐘，各階段的溫度和時(shí)間控制為:預(yù)熱段爐溫95(Tll00°C ;—加熱段爐溫115(Tl250°C，加熱時(shí)間45~65分鐘；二加熱段爐溫128(Tl330°C，加熱時(shí)間35~50分鐘；均熱段爐溫124(Tl270°C，均熱時(shí)間35~40分鐘；爐內(nèi)還原氣氛為煤氣與空氣的混合氣體，其中一加熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.85、.95，二加熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.8^0.9，均熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)為0.7^0.8 ;精軋采用六道次軋制，每道次壓下率為14%~30% ;層 流冷卻采用前段快冷，冷卻速度> 23°C /S。
【文檔編號(hào)】B21B45/02GK103506380SQ201210204255
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】韓斌, 喬磊, 時(shí)曉光, 任俊威, 劉金超, 何士國(guó), 馬鋒, 魏向東, 董毅, 徐鑫 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司