中碳钢表面脱碳控制热轧线材生产工艺

摘要

本发明涉及一种中碳钢表面脱碳控制热轧线材生产工艺，包括坯料准备、加热处理、轧制、吐丝/集卷、控冷（保温缓冷）、包装等主要步骤。坯料经过剥皮、修磨处理等精细化处理，剥去坯料表面一层氧化皮，目的在于去除在坯料上的脱碳层。坯料采用二火成材，增加一道工序，消除表面缺陷及脱碳层。加热过程中通过研究坯料与炉内气体发生反应关系式，利用检测反应剩余物的成分来控制炉内气体氛围，即找出合理的燃气与空气配比。研究不同钢种脱碳敏感性，通过调整加热炉内步距及空步，缩短坯料加热时间。线材通过吐丝/集卷流程，再进行保温，采用保温缓冷（相当于二次加热）后脱碳层深度增加；研究脱碳产生机理在保温罩内增加保护性气体，避免脱碳深化。

说明书

技术领域

本发明涉及线材热轧生产工艺，具体涉及中碳钢表面脱碳控制的线材热轧生产方法。

背景技术

中碳钢线材脱碳控制生产工艺主要包括：坯料准备、加热处理、孔型轧制、吐丝/集卷、控冷、精整，而目前中碳钢坯料规格、类型单一，坯料表面缺陷较多，加热温度、时间难以把控，热脏煤气成分不稳定，控冷工艺不成熟，导致目前市面上成品脱碳工艺达不到高水平。中碳钢碳含量高，在生产过程中脱碳控制尤其难，目前还没有有效的脱碳控制工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种中碳钢表面脱碳控制热轧线材生产工艺，解决中碳钢表面脱碳控制难度大的技术难题，优化中碳钢在线材热轧生产时表面脱碳的控制工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种中碳钢表面脱碳控制热轧线材生产工艺，包括如下步骤，

S1：坯料准备，以中碳钢连铸坯为原料，轧成方钢：490*610mm连铸坯经加热、轧制成200方至140方小方坯，加热温度1200～1300℃，加热时间≥8小时，开轧温度≥1050℃，中轧温度≥900℃，轧制成所需小方坯后缓冷，对连铸坯进行高温控轧经过加热轧制成小方坯，均化坯料内部组织、晶粒大小且均匀无夹杂；

对方形钢坯，按层次叠放、呈井字形，然后对坯料进行表面精细化处理：圆滑车削、打磨，剥去坯料表面一层氧化皮，目的在于去除在坯料上的脱碳层；

S2：加热处理，将方钢送到步进加热炉内加热，原料均匀分布在炉内，等间距升温；轧一支进一支，等时间升温；步进炉分四段：依次是预热段、一段、二段、均段，段与段之间加隔墙每段温度不受其它段影响；每段均匀设置四个测温点，确保段内前后温度均匀，烧嘴自由控制加热温度，方坯头中尾温度差≤30℃；每段安装残氧检测装置，残氧控制：通过空燃比调整，每段空燃比不同，预热段空燃比0.35～0.70，一段空燃比0.47～0.75，均段空燃比0.75～0.95，对应的每段残氧分别控制在≤4.5%、≤6.5%、≤7%、≤8%；

步进炉的加热温度与时间：研究不同钢种脱碳敏感性，通过调整加热炉内步距及空步，对于50BV30、30CrMnTi等含碳量在0.25～0.35%范围的钢种，坯料走一步空一步，步距设置为260mm，加热时间控制为≤120min；对于42CrNiMoA、SCM440、B7、40Cr等含碳量在0.36～0.45%范围的钢种，坯料走一步空一步，步距设置为310mm，加热时间控制为≤100min；

S3：轧制：通过粗轧、加热、一中轧、二中轧、预精轧、减定径机将方坯轧制成断面为圆形线材，其速度范围为2.0m/s～15m/s；进粗轧温度900～1000℃，进中轧（一中轧、二中轧）、预精轧温度850～950℃，进减定径机温度800～900℃，头尾温差控制为≤30℃，在发挥设备能力最大化的情况按照低温进行轧制，有利于降低在轧制过程中红钢发生的脱碳；

S4：吐丝/集卷：采用集卷筒将步骤S3中轧制的线材转变为圆圈形，得到线材盘条，吐丝/集卷温度为750～1000℃；

S5：控冷：将步骤S4中的盘条成品采用密封热收集，可通过向箱内填充保护气体实现箱内无氧、在箱内时长不小于70min，出保温箱温度不大于400℃，冷却速度为3.5～30℃/min；

S6：包装，将步骤S5中的盘条依次进行上C型钩—P/F线运输冷却—热检—剪头尾打捆—包装入库。

优选地，步骤S1中，汽车用钢坯料剥皮深度0.8～2.0mm，角部剥皮深度1.0～3.0mm，角部圆滑处理，局部进行人工修磨。

步骤S2中，预热段温度要求≤700℃，冷镦类用钢二段温度为850～1100℃，均温段为900～1150℃，高温段时间在40～90min，总加热时间在120～180min，同时避开低温段区间。

优选地，步骤S2与S3之间还设置除鳞步骤，采用高压水对坯料进行除鳞处理，水压不小于18MPa，为线材轧制作准备。

优选地，步骤S3与S4之间还具有水冷步骤，采用Φ40 水冷管进行水冷，控制集卷温度，但需保证轧件集卷时温度大于750℃。

优选地，步骤S3在粗轧与中轧之间采用感应炉加热坯料，加热时间为60-80min，功率为2-55HZ，将坯料温度加热到990℃以上。

优选地，步骤S5中，冷镦用钢采用保温缓冷工艺，冷却速度3.5～10.0℃/min，普通用钢采用空冷工艺，冷却速度10～20℃/min。

进一步地，步骤S5中，不同的钢种控冷工艺控制手段不同：对于50BV30、30CrMnTi等含碳量在0.25%～0.35%范围的钢种集卷后在输送过程中加盖保温罩，进保温罩温度700～850℃，出保温罩温度≤550℃，冷却速率≤10℃/min，保温时间40～60min；对于2CrNiMoA、SCM440、B7、40Cr等含碳量在0.36%～0.45%范围的钢种集卷后采用真空热收集方式保温缓冷，进收集装置温度750～900℃，出收集装置温度≤400℃，保温时间50～80min，温降速率≤8℃/min。

与现有技术相比，本发明的改进包括如下几点：

1、坯料

（1）原有坯料只经过抛丸、修磨处理，去除表面缺陷即可；现有坯料经过剥皮、修磨处理，即剥去坯料表面一层氧化皮，目的在于去除在坯料上的脱碳层。

（2）原有坯料一火成材，现在坯料改成二火成材，增加一道工序，目的在于消除表面缺陷及脱碳层；

2、加热控制

（1）原有加热控制手段单一，仅靠温度、时间控制，通过研究坯料与炉内气体发生反应关系式，利用检测反应剩余物的成分来控制炉内气体氛围，即找出合理的燃气与空气配比。坯料主要成分是Fe、C及少量合金元素，炉内气体成分是CO、CH4、CO2、H2O（气体）、O2；脱碳主要发生的反应是坯料中的C与炉内的O2发生反应，产生CO与CO2，同时坯料又与炉内其它其它气体发生发生，这是一个复杂的化学反应过程。从可靠性考虑，本申请通过检测整个炉内剩余气体O2含量来控制燃气与空气量。

（2）加热温度与时间的改进：研究不同钢种脱碳敏感性，通过调整加热炉内步距及空步，缩短坯料加热时间，由原来的120min，缩短至55min；如50BV30钢种加热时间70min，SCM410加热时间46min，35CrMo加热时间59min。

3、控冷工艺：线材通过吐丝/集卷流程，再进行保温（步骤S5空冷），采用保温缓冷（相当于二次加热）后脱碳层深度增加；研究脱碳产生机理在保温罩内增加保护性气体，避免脱碳恶化。

本发明的优点在于按照钢种研究出一套从坯料到成材的脱碳控制工艺，具有唯一性。改善了组织，优化中碳钢在线材热轧生产时表面脱碳。

具体实施方式

以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。

中碳钢表面脱碳控制热轧线材生产工艺，包括如下步骤，

S1：坯料准备，以中碳钢连铸坯为原料，轧成方钢，轧制工艺：490*610mm连铸坯经加热、轧制成200方和140方小方坯，加热温度1200～1300℃，加热时间≥8小时，开轧温度≥1050℃，中轧温度≥900℃，轧制成所需小方坯后缓冷，缓冷24-48小时，对连铸坯进行高温控轧，均化坯料内部组织、晶粒大小，避免晶粒度过度长大，且均匀无夹杂；

对方形钢坯，按层次叠放、呈井字形，然后对坯料进行表面精细化处理：抛丸、圆滑车削、打磨，剥去坯料表面一层氧化皮，目的在于去除在坯料上的脱碳层；剥皮深度0.8～2.0mm，角部剥皮深度1.0～3.0mm，角部圆滑处理（倒角），局部进行人工修磨。

S2：加热处理，将方钢送到步进加热炉内加热，原料均匀分布在炉内，等间距升温；轧一支进一支，等时间升温；步进炉分四段：依次是预热段、一段、二段、均段，段与段之间加隔墙每段温度不受其它段影响；每段均匀设置四个测温点，确保段内前后温度均匀，烧嘴自由控制加热温度，方坯头中尾温度差不高于30℃；每段安装残氧检测装置，残氧控制：通过空燃比调整，每段空燃比不同，预热段空燃比0.35～0.70，一段空燃比0.47～0.75，均段空燃比0.75～0.95，对应的每段残氧分别控制在≤4.5%、≤6.5%、≤7%、≤8%；

步进炉的加热温度与时间：研究不同钢种脱碳敏感性，通过调整加热炉内步距及空步，对于50BV30、30CrMnTi等含碳量在0.25～0.35%范围的钢种，坯料走一步空一步，步距设置为260mm，加热时间控制为≤120min；对于42CrNiMoA、SCM440、B7、40Cr等含碳量在0.36～0.45%范围的钢种，坯料走一步空一步，步距设置为310mm，加热时间控制为≤100min；

S3：轧制：通过粗轧、加热、一中轧、二中轧、预精轧、减定径机将方坯轧制成断面为圆形线材，其速度范围为2.0m/s～15m/s；进粗轧温度900～1000℃，进中轧（一中轧、二中轧）、预精轧温度850～950℃，进减定径机温度800～900℃，头尾温差控制为≤30℃，在发挥设备能力最大化的情况按照低温轧制，有利于降低在轧制过程中红钢发生的脱碳；

S4：吐丝/集卷：采用集卷筒将步骤S3中轧制的线材转变为圆圈形，得到线材盘条，吐丝/集卷温度为750～1000℃；

S5：控冷（保温缓冷）：将步骤S4中的盘条成品采用密封热收集，箱内无氧、在箱内时长不小于70min，出保温箱温度不大于400℃，冷却速度为3.5～30℃/min；不同的钢种控冷工艺控制手段不同：其中，对于50BV30、30CrMnTi等含碳量在0.25%～0.35%范围的钢种集卷后在输送过程中加盖保温罩，进保温罩温度700～850℃，出保温罩温度≤550℃，冷却速率≤10℃/min，保温时间40～60min；对于2CrNiMoA、SCM440、B7、40Cr等含碳量在0.36%～0.45%范围的钢种集卷后采用真空热收集方式保温缓冷，进收集装置温度750～900℃，出收集装置温度≤400℃，保温时间50～80min，温降速率≤8℃/min。

S6：包装，将步骤S5中的盘条依次进行上C型钩—P/F线运输冷却—热检—剪头尾打捆—包装入库。

步骤S2中，预热段温度要求≤700℃，冷镦类用钢二段温度为850～900℃，均温段为1150℃，高温段时间在40～90min，总加热时间在120～180min，同时避开低温段区间。

步骤S2与S3之间还设置除鳞步骤，采用高压水对坯料进行除鳞处理，水压为18MPa，为线材轧制作准备。

步骤S3与S4之间还具有水冷步骤，采用Φ40 水冷管进行水冷，控制集卷温度，但需保证轧件集卷时温度大于750℃。

步骤S3在粗轧与中轧之间采用感应炉加热坯料，加热时间为60-80min，功率为2-55HZ，将坯料温度加热到990℃以上。

步骤S5中，冷镦用钢采用保温缓冷工艺，冷却速度3.5～10.0℃/min，普通用钢采用空冷工艺，冷却速度10～20℃/min。

工艺改善前后脱碳质量对比：

规格/mm改善前脱碳深度/mm改善后脱碳深度/mmΦ5.5-100.08mm0.04mmΦ10.5-200.22mm0.07mmΦ20.5-300.35mm0.12mmΦ30.5-400.38mm0.15mm

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。