一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺

摘要

一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺，属冶金技术领域。本发明按照以下步骤进行：将42CrMo钢大方坯进行开坯，控制开坯加热炉的温度、时间及残氧量；开坯后的钢坯进行修磨，修磨表面及角部；再进行轧制，轧制加热炉控制温度、时间、残氧量及每根钢坯停留时间；轧制时粗轧温度为980～1020℃，精轧温度为900℃，吐丝温度为850℃；轧后以大于5～15℃/S的冷却速率快速冷却600℃～650℃，保温到300～350℃左右集卷，辊道速度控制在0.4～0.5m/s。本发明基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层，使其脱碳层厚度控制≤0.5％D，95％以上脱碳层厚度达到或接近于0。

说明书

技术领域

本发明属冶金技术领域，具体涉及一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺。

背景技术

我国钢铁行业目前产能严重过剩，同时我国大量进口高附加值钢材，尤其高端发动机螺 栓用钢，国内乘用车、高端商用车、飞机、轮船、火车等12.9级高端发动机螺栓用钢一直由 国外个别厂商垄断。我国钢铁产能过剩、高端产品不足，中国汽车、飞机等工业发展与国防、 社会、经济效益的提升需要对42CrMo等高强度螺栓钢进行系统详细的研究。

在实际生产中，盘条表面的脱碳对后续螺栓的生产带来了巨大危害。由于脱碳，42CrMo 等冷镦钢的表面脱碳区易形成铁素体组织，其与基体组织犬牙交错，在实际使用中，由于腐 蚀、磨损等原因，其表面将产生凸凹不平的凹坑或带棱角的裂纹，因此，脱碳对表面硬度、 表面裂纹形成、疲劳寿命、耐延迟断裂都有一定程度的影响。而生产中又不可避免的产生由 碳的扩散导致的脱碳现象，这种钢对脱碳的要求近乎苛刻，属于有特殊要求的高级冷镦钢， 故有必要对高端螺栓钢的轧制过程中的脱碳层厚度进行严格控制。

因此应尽可能的降低热轧盘条的脱碳层厚度，最好是完全消除脱碳现象，但往往有一定 困难，因此，国标中要求脱碳层厚度≤1.5％D，高端用户一般要求≤1％D，D为热轧盘条直径。

目前对于钢铁领域固相防脱碳技术，研究较多的为高碳钢的防脱碳技术，如弹簧钢、帘 线钢、重轨钢等钢种的防脱碳技术。高碳钢连铸坯、钢坯的防脱碳技术如ZL200710115641.1 号专利，公开了一种防止高碳带钢坯脱碳的加热方法；ZL201110151239.5号专利，公开了一 种弹簧钢盘条用连铸坯脱碳的控制方法；CN102534155B号专利，公开了一种改善帘线钢小 方坯脱碳层厚度的方法；CN102399959A号专利，公开了一种减小钢轨脱碳层厚度的方法。 关于弹簧钢、帘线钢、重轨钢等高碳钢钢种轧制过程的防脱碳技术如CN102962267A号专利， 公开了一种防止小规格弹簧钢脱碳的控制冷却工艺；CN103506380A号专利，公开了一种降 低高碳弹簧带钢脱碳层厚度的生产方法；CN101967541B号专利，公开了一种控制重轨钢坯 炉内脱碳的加热方法；CN102002624B号专利，公开了一种高碳锰铁合金的固相脱碳方法； CN103045935A号专利，公开了一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法。

综上所述，42CrMo钢大方坯的轧制过程，对于控制盘条脱碳的控制技术方面上未有公开 的研究报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制 工艺。本发明一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺，按照以下步骤进行：

(1)将42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯，在开坯过程中开坯加热炉参数为： 加热温度1150～1200℃，加热时间8～9h，残氧量控制在2.5％～4.5％；

(2)开坯后160mm×160mm的钢坯进行2～4mm的修磨，切去头尾100～200mm，角部修 磨3～5mm，角部不能存在直角，角部弧度半径10～25mm，角度60～100°，不足部分予以修磨；

(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热，加热温度控制在980～1040℃，加热时间100～ 120min，残氧量控制在1％～1.5％，出炉温度980～1020℃，每根钢坯在轧制加热炉内每步停 留时间不得大于10min；

(4)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中，粗轧温度为980～1020℃，精轧温度为 900℃，吐丝温度为850℃；

(5)轧后以大于5～15℃/S的冷却速率快速冷却600℃～650℃，随后在辊道冷却线上一直 保温到300～350℃集卷。辊道速度控制在0.4～0.5m/s。

所选用的42CrMo钢，其成分按重量百分比含C：0.38～0.45％，Si：0.17～0.37％，Mn： 0.50～0.80％，S：≤0.030％，P≤0.030％，Cr：0.90～1.20％，Ni：≤0.25％，Cu：≤0.030， Mo：0.15～0.25％，余量为Fe。

对于开坯处加热温度控制，其原理是通过控制加热时间与加热温度，避免温度过高与时 间过长的同时，均匀铸坯1/2R处与中心处的宏观偏析与微观偏析，以便降低轧制处的加热温 度与保温时间来控制轧制处脱碳量。

对于开坯后的修磨，其原理是通过修磨去除开坯过程产生的脱碳层，由于角部存在2面 或3面同时脱碳，因此应避免直角的出现或通过一定的头尾切除量，去除开坯过程产生的脱 碳层，修磨具体情况见图1。图2为实际生产中开坯样的脱碳情况。

对于轧制处加热温度控制，其原理是通过控制加热时间、加热温度、残氧量，避免钢坯 表面的严重脱碳。图3为大气环境下，保温90min、40min该钢种950～1100℃时的脱碳层厚 度，根据图3设定出钢温度在1000℃左右，其大气环境下的脱碳层厚度最少。

对于每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间的控制，其原理是由于加热炉内的温度与残 氧量存在波动，或喷嘴位置布置的原因导致一定的区域内温度较高，生产中又不可避免的出 现更换轧辊、导卫、偶然发生堆钢等情况，导致钢坯长时间停留不动，其轧后表面出现局部 脱碳层严重超标，因此需要限制每根钢坯在轧制加热炉内每步停留时间。

对于轧后冷却过程的控制，其原理是通过轧后的快速冷却到600℃～650℃，在不影响贝 氏体组织转变的前提下消除这一过程中的脱碳。通过实验确定出650℃以下保温，标准大气 压下，空气中脱碳层基本为零。随后在辊道冷却线上一直保温到300～350℃集卷。为确保搭 接处与非搭接处冷速的均匀性，将辊道速度控制在0.4～0.5m/s。图4为大气环境下，保温90min、 40min该钢种650～850℃时的脱碳层厚度。大气环境下650℃保温90min时的脱碳层金相照 片如图5所示。

通过以上综合控制，基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的脱碳层，使其脱碳层 厚度控制≤0.5％D，95％以上脱碳层厚度达到或接近于0。技术实施前后实际对比如图6所示。

本发明具有下列优点和效果：(1)通过开坯处温度与时间的调节，有效的降低了1/2R处、 中心处的偏析，使轧制处可以降低加热温度。(2)通过开坯后的修磨，完全解决了开坯过程 的脱碳问题。(3)通过开坯后钢坯角部修磨及弧度的控制，避免了角部存在严重脱碳的可能； (4)通过控制钢坯在轧制加热炉内每步停留时间，有效解决了偶然性局部的脱碳超标问题。 (5)通过轧制加热制度及开轧温度的控制，有效降低了轧制过程中的脱碳。(6)通过吐丝温 度及辊道冷却温度的控制，有效降低了冷却过程中的脱碳。

附图说明

图1为开坯样修磨示意图；

图2为实际生产中开坯样脱碳层的金相照片；

图3为950～1100℃下保温90min、40min时的脱碳层厚度曲线图；

图4为650～850℃下保温90min、40min时的脱碳层厚度曲线图；

图5为650℃保温90min时开坯样脱碳层的金相照片；

图6为热轧盘条的金相照片(a)为技术实施前(b)为技术实施后；

图7为Φ13mm热轧盘条金相照片；

图8为Φ10mm热轧盘条金相照片；

图9为Φ8mm热轧盘条金相照片；

具体实施方式

下面将通过不同实施例来描述本发明，本发明实施例中冷酸腐蚀使用3％的硝酸酒精腐蚀 40-60s，以下实施例中使用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为：C：0.38～0.45％，Si： 0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.030％，P≤0.030％，Cr：0.90～1.20％，Ni：≤0.25％， Cu：≤0.030，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe。

实施例1

采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强 螺栓用Φ13mm盘条，采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为：C：0.38～0.45％，Si： 0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.030％，P≤0.030％，Cr：0.90～1.20％，Ni：≤0.25％， Cu：≤0.030，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe，一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧 制工艺，按照以下步骤进行：

(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯，在开坯过程中开坯加热 炉参数为：加热温度1200℃，加热时间8h，残氧量控制在2.5％；

(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨，修磨4mm，切去头尾200mm，角部修磨 5mm，角部不能存在直角，为此角部修磨弧度半径25mm，角度60°；

(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热，加热温度控制在1040℃，加热时间100min，残氧 量控制在1％左右，出炉温度1020℃，每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于10min；

(4)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中，粗轧温度为1020℃，精轧温度为900℃， 吐丝温度为850℃；

(5)轧后以大于5℃/S的冷却速率快速冷却650℃，随后在辊道冷却线上一直保温到350 ℃左右集卷，将辊道速度控制在0.5m/s，不同规格的辊道冷却设定如表1所示，风机打开处 保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。

表1辊道冷却设定

规格 1#风机 2#风机 3#风机 4#风机以后 Φ13 100％ 100％ 20％ 关闭 Φ10 100％ 50％ 关闭 关闭 Φ8 100％ 关闭 关闭 关闭

通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制，基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条 脱碳的脱碳层，使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ13mm热轧盘条最终产品表面质 量如图7所示。

实施例2：

采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强 螺栓用Φ10mm盘条，采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为：C：0.38～0.45％，Si： 0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.030％，P≤0.030％，Cr：0.90～1.20％，Ni：≤0.25％， Cu：≤0.030，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe，一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧 制工艺，按照以下步骤进行：

(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯，在开坯过程中开坯加热 炉参数为：加热温度1180℃，加热时间8h，残氧量控制在3.5％；

(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨，修磨3mm，切去头尾150mm，角部修磨 5mm，角部不能存在直角，为此角部修磨弧度半径20mm，角度80°；

(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热，加热温度控制在1000℃，加热时间110min，残氧 量控制在1.2％左右，出炉温度1000℃，每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于8min；

(4)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中，粗轧温度为1000℃，精轧温度为900℃， 吐丝温度为850℃；

(5)轧后以大于10℃/S的冷却速率快速冷却650℃，随后在辊道冷却线上一直保温到350 ℃左右集卷，将辊道速度控制在0.5m/s，不同规格的辊道冷却设定如表1所示，风机打开处 保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。

通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制，基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条 脱碳的脱碳层，使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ10mm热轧盘条最终产品表面质 量如图8所示。

实施例3：

采用325mm×280mm大方坯加热-开坯-坑冷-加热-线材轧制-辊道冷却工艺流程生产高强 螺栓用Φ10mm盘条，采用的42CrMo钢其化学成份按质量百分比为：C：0.38～0.45％，Si： 0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.030％，P≤0.030％，Cr：0.90～1.20％，Ni：≤0.25％， Cu：≤0.030，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe，一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧 制工艺，按照以下步骤进行：

(1)将上述成分的42CrMo钢280mm×325mm大方坯进行开坯，在开坯过程中开坯加热 炉参数为：加热温度1150℃，加热时间9h，残氧量控制在4.5％；

(2)将开坯后160mm×160mm的钢坯进行修磨，修磨2mm，切去头尾100mm，角部修磨 3mm，角部不能存在直角，为此角部修磨弧度半径10mm，角度100°；

(3)将开坯后的钢坯进行轧制前加热，加热温度控制在980℃，加热时间120min，残氧 量控制在1.5％左右，出炉温度980℃，每根钢坯在加热炉内每步停留时间不得大于10min；

(4)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中，粗轧温度为980℃，精轧温度为900℃， 吐丝温度为850℃；

(5)轧后以大于15℃/S的冷却速率快速冷却600℃，随后在辊道冷却线上一直保温到300 ℃左右集卷，将辊道速度控制在0.4m/s，不同规格的辊道冷却设定如表1所示，风机打开处 保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。

通过加热、开坯、轧制与冷却过程的综合控制，基本消除了42CrMo钢大方坯热轧盘条 脱碳的脱碳层，使其金相显微镜下的脱碳层厚度基本为0。Φ8mm热轧盘条最终产品表面质 量如图9所示。