一种控制钢材内部缺陷的方法

摘要

本发明提供了一种控制钢材内部缺陷的方法，以使钢材满足φ2超声波探伤检验的要求。该方法通过对高压水除鳞参数进行调整，对铸坯内外的温度梯度进行控制，然后控制道次压下量，从而改变轧件内部的变形情况，使轧件的心部缺陷得以完全焊合，将铸坯的内部缺陷控制在φ2mm以内，以满足φ2标准超声波探伤检验的要求。采用本发明的方法，可以提高对钢材进行超声波探伤检验的合格率，同时可以减少轧制道次，降低生成成本，并且提高生产效率。

权利要求

1.一种控制钢材内部缺陷的方法，所述方法是将均热后的铸坯进行轧制，其特征在于通过控制铸坯温度和道次压下量的方法来进行轧制，包括以下步骤：通过调整高压水除鳞参数来降低铸坯的表面温度，从而控制铸坯内外的温度梯度；

控制道次压下量，并对铸坯进行轧制，

其中，控制道次压下量的步骤包括：在轧制过程中，控制至少一个道次的压下率≥25％，并且控制所述道次的变形区形状系数≥0.6。

2.根据权利要求1所述的控制钢材内部缺陷的方法，其特征在于所述调整高压水除鳞参数的步骤为采用调整高压水水压和延长高压水除鳞长度的方式来降低铸坯的表面温度。

3.根据权利要求1所述的控制钢材内部缺陷的方法，其特征在于所述钢材为方圆钢。

4.根据权利要求3所述的控制钢材内部缺陷的方法，其特征在于将铸坯内部的温度梯度控制为铸坯的表面温度比心部温度低100℃～150℃。

说明书

一种控制钢材内部缺陷的方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁轧制领域，特别涉及一种控制钢材内部缺陷的方法。

背景技术

[0002] 通常为了满足钢材产品的使用寿命、运行安全等，对钢材内部缺陷具有相应的要求，而超声波探伤检验是判断钢材内部缺陷的一种手段，因此，对某些高品质钢材在相应标准中均有超声波探伤检验规定，如铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件的TB/T2945-1999标准、炮弹用碳素钢棒的GJ8A-98标准、低中压锅炉用无缝钢管的GB3087-1999标准等。

[0003] 超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查缺陷的一种方法，当超声波束自探伤件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与探伤件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。φ2超声波探伤检验合格标准就是要求在钢材内部不得有大于φ2mm的缺陷存在(如疏松、裂纹、夹杂物等)。

[0004] 因此，为了满足高品质轧钢产品对其内部质量的要求，减少超声波探伤报警率，在钢铁生产行业通常采用两种方法。一种方法是采用模铸工艺生产，通过钢锭在轧制过程的大压缩比来提高产品的内部质量，使钢锭的心部缺陷得以较好焊合，从而提高产品的疏松级别和致密度；另一种方法是通过改善连铸工艺来进一步提高连铸坯的内部质量，一般为了满足φ2超声波探伤检验要求，要求铸坯不得有缩孔、中心裂纹等缺陷。

[0005] 然而，虽然上述方法对轧件的内部质量具有一定的改善作用，但是也存在着一定的缺陷。目前，由于模铸与连铸相比存在生产成本高、成材率低、钢锭内外质量比铸坯内外质量差等缺点，所以模铸工艺趋于被淘汰，因此，采用模铸工艺生产高品质产品的方法也趋于被淘汰。此外，通过改善连铸工艺来提高铸坯质量的方法，不仅会增加一定的生产成本和操作的控制难度，而且对设备的要求也更加严格，并且由于钢水的凝固特征，导致铸坯的内部缺陷始终无法完全消除，因此，经过普通轧制工艺的轧制，铸坯的内部缺陷得不到完全焊合而保留在最终产品中，在超声波探伤检验时出现报警。

发明内容

[0006] 本发明旨在克服上述已有的技术缺陷，目的是提供一种控制钢材内部缺陷的方法，该方法通过控制铸坯温度和道次压下量来改变轧件内部的变形情况，使轧件心部的变形程度增大，保证内部缺陷得以最大程度的焊合，从而使钢材满足φ2超声波探伤检验要求，提高超声波探伤检验合格率。

[0007] 本发明提供了一种将钢材的内部缺陷控制在φ2mm以内的轧制方法，该方法是将均热后的铸坯进行轧制，其步骤如下：

[0008] 1)控制铸坯内外的温度梯度；

[0009] 2)控制道次压下量，并对铸坯进行轧制。

[0010] 所述控制温度梯度的步骤为：通过采用调整高压水除鳞参数的方法降低铸坯的表面温度，具体地讲，采用调整高压水水压和延长高压水除鳞长度的方式来降低铸坯的表面温度。

[0011] 所述控制道次压下量的步骤应保证至少一个道次的压下率≥25％，且所述道次的变形区形状系数≥0.6，其他道次的压下量可根据实际要求进行任意调整。

[0012] 在本发明的一些实施例中，提供了一种控制方圆钢内部缺陷的方法，通过采用调整高压水水压和延长高压水除鳞长度的方式来降低铸坯的表面温度，使铸坯内外的温度梯度达到铸坯表面比心部温度低100℃～150℃。

[0013] 本发明和现有技术相比，可以使铸坯心部的焊合更加充分，从而能够提高生产效率、轧制产品成材率和产品的内外质量，并且能够有效地提高超声波探伤检验合格率。

[0014] 采用本发明的轧制方法，通过连铸工艺控制来提高铸坯质量所增加的生产成本和操作的控制难度，并且减少了轧制道次，降低了生产成本，并提高了生产效率。

附图说明

[0015] 图1为采用现有技术轧制的车轴钢探伤报警部位针孔缺陷图。

[0016] 图2为采用本发明的方法轧制的车轴钢的金相检验照片。

具体实施方式

[0017] 本发明涉及一种控制钢材内部缺陷的方法，以使钢材满足φ2超声波探伤检验的要求。根据本发明的控制钢材内部缺陷的方法通过将均热后的铸坯进行轧制，具体地讲，通过控制铸坯温度和道次压下量的方法来进行轧制，使钢材的内部缺陷在φ2mm以内，该方法包括如下步骤：

[0018] 1)控制铸坯的温度和铸坯内外的温度梯度；

[0019] 2)控制道次压下量，并对铸坯进行轧制。

[0020] 具体地讲，在本发明的控制钢材内部缺陷的方法中，要控制铸坯内外的温度梯度，即，要满足铸坯表面的温度比心部温度低100℃～150℃。这是因为钢材温度升高，降低了金属原子间的结合力，因此所有金属与合金的变形抗力都随变形温度的升高而降低，保证铸坯的心部温度与表面温度之间的温差，是为了让铸坯在相同的压下率和变形区形状系数的情况下，使轧制变形深入到轧件心部或进一步增大心部的变形程度，从而有利于钢材内部缺陷的焊合，并且有利于轧机负荷的控制。

[0021] 在本发明中，通过采用调整高压水除鳞参数来降低铸坯的表面温度，从而控制铸坯内外的温度梯度。具体地讲，与现有技术相比，在本发明中，对均热后的铸坯进行高压水除鳞时，采用8MPa至13MPa的水压除鳞，并适当延长除鳞长度，以保证更好的除鳞效果和铸坯内外温度梯度的控制。在这里，在本发明构思的教导下，本发明技术人员可以根据实际需要延长高压水除鳞长度。在一个实施例中，可以将高压水除鳞长度延长到5m，具体地讲，可以在前半段(例如，前3m)高压水除鳞时采用较高的水压进行除鳞，以保证除鳞效果，在后半段(例如，后2m)高压水除鳞时采用相对较低的水压进行除鳞，以使铸坯的表面温度迅速降低，从而达到控制铸坯内外温度梯度的要求。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以根据实际现场生产条件调整高压水水压并将高压水除鳞长度延长至合适的长度。

[0022] 本领域的技术人员应该清楚，由于受铸坯表面氧化铁皮的影响，若采用红外线测温仪进行测量，铸坯的表面温度将比实际温度要低，因此，温度的测量方式不宜采用红外线测温仪进行测量。因而，在本发明中，采用热电偶进行温度的测量，即在铸坯表面以下5mm和心部钻孔，插入热电偶进行测温。

[0023] 另外，在本发明的控制钢材内部缺陷的方法中，道次压下量应保证在轧制过程中至少一个道次的压下率≥25％，并且所述道次的变形区形状系数≥0.6，其他道次的压下量则可根据实际要求进行任意调整。具体地讲，在本发明中控制至少一个道次的压下率≥25％，且该道次的变形区形状系数≥0.6，主要是为了增大铸坯的心部变形程度，使铸坯心部缺陷得以充分焊合，以满足φ2标准超声波探伤检验的要求。此外，需要指出的是，因为钢材产品都有着尺寸精度控制要求，而尺寸精度必须经过最后两个道次来进行控制，所以如果最后两个道次采用大压下量轧制，则轧机弹跳、辊缝波动等较大，从而使产品的尺寸精度满足不了要求。因此，在本发明中，在轧制过程中，除了最后两个道次之外，可以将其他道次中的至少一个道次的压下率控制在25％以上并将其变形区形状系数控制在0.6以上。

[0024] 在本发明中，对于要轧制成方圆钢的情形，可以通过调整高压水水压、延长高压水除鳞长度和控制道次压下量以符合上文所述的各项技术参数，从而使方圆钢满足φ2超声波探伤检验要求。然而，本发明不限于此，本发明也可以应用于例如型钢等其它钢材。本领域技术人员可以理解，对于型钢的情形，由于轧制型钢比轧制方圆钢的工艺条件更为复杂，所以轧制型钢要满足本发明所要求的工艺参数难度比轧制方圆钢的要大，但是同样可根据本发明的方式来实现，从而使钢材满足φ2超声波探伤检验要求，提高超声波探伤检验合格率。

[0025] 在这里，需要注意的是，在本发明中所采用的铸坯可以是连铸铸坯，也可以是模铸铸坯。在本发明中，可以根据铸坯规格对铸坯均热足够的时间，以使铸坯的内外温度均匀。因为不同规格的铸坯的均热时间和均热温度有所不同，所以在本发明中对均热后的铸坯温度没有特别限制。此外，因为轧制过程时间比较短，所以在控制铸坯内外的温度梯度之后无需对轧制过程中的轧件温度进行控制。

[0026] 为了将铸坯的内部缺陷控制在φ2mm以下，使钢材产品满足φ2超声波探伤检验要求，在普通轧制工艺条件下，一般要求铸坯不得有缩孔、中心裂纹和不大于2.5级的中心疏松。在这里，对于方圆钢的情形，铸坯低倍评级的标准采用优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织缺陷评级图GB/T153-1999。该标准规定了优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方形(矩形)坯及圆坯的低倍组织缺陷形貌特征、产生原因和评级原则，适用于评定优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢等连铸坯的横截面酸蚀低倍组织缺陷。对于型钢的情形，与此类似，因此在此不再进行赘述。

[0027] 然而，根据本发明的轧制方法，降低了对铸坯的内部质量要求，在铸坯低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级时，经过本发明的方法的轧制均能将铸坯的内部缺陷控制在φ2mm以内而满足φ2标准超声波探伤检验的要求，由此降低了通过连铸工艺控制来提高铸坯质量所增加的生产成本和操作的控制难度。而且，通过下面的实施例可以明白，采用本发明的轧制方法可以减少轧制道次，降低生产成本，并且提高了生产效率。因此，与现有技术的轧制方法相比，本发明的轧制方法可以使铸坯心部焊合更加充分，从而提高了生产效率、成材率和产品的内外质量，有效地提高了超声波探伤检验合格率。

[0028] 以下将结合现有技术的对比例和本发明的实施例来详细说明本发明的实施方式。在这里，需要指出的是，下面的对比例和实施例均采用的是连铸坯，对从结晶器出来的连铸坯进行加热之后进行轧制，以将连铸坯轧制成方圆钢。

[0029] 对比例

[0030] 首先将360×450mm连铸方坯进行加热，总加热时间≥3.5小时(其中包含均热时间)，然后采用下面表1中示出的普通轧制工艺，将360×450mm铸坯轧制成250×250mm车轴钢。

[0031] 表1 普通轧制工艺

[0032]铸坯入口规格
道次 压下量/mm 压下率/％ 变形区形状系数
(H×B)/mm
1 450×360 50 11.1 0.34
2 400×370 50 12.2 0.37
3 380×350 60 15.8 0.46
4 320×365 30 9.4 0.37
5 370×290 35 9.5 0.35
6 335×295 40 11.9 0.41
7 305×305 30 9.8 0.39
8 275×310 15 5.5 0.30
9 310×260 30 9.7 0.39
10 280×265 35 12.5 0.48
11 270×245 20 7.4 0.36

[0033]

[0034] 注：对比例中最后两个道次的压下量可以根据需要的轧制规格产品尺寸精度进行适当调整。

[0035] 对采用对比例1的方法轧制的250×250mm车轴钢进行φ2标准超声波探伤检验时均出现了连续的报警现象。经检验表明，引起探伤报警的原因是由于铸坯的心部缺陷在轧制时没能得以完全焊合，仍然保留在方钢中呈针孔状缺陷，如图1所示。

[0036] 实施例1

[0037] 采用下面的方法将360×450mm连铸方坯轧制成250×250mm车轴钢：首先，在铸坯的加热过程中保证足够的均热时间(这里，均热时间根据铸坯规格而定，在本实施例中采用了≥1.5小时的均热时间)，使铸坯内外温度均匀；接着，出炉后调整高压水除鳞参数，使铸坯的表面温度迅速降低，控制铸坯表面温度比心部温度低100℃～150℃；然后，采用下面的表2的轧制工艺进行轧制。

[0038] 在实施例1中，调整高压水除鳞参数的步骤为：将高压水除鳞设备由3.2m增加到5m，前3m采用12Mpa的水压以保证除鳞效果，后2m则采用10Mpa的水压以控制铸坯表面温度比心部温度低100℃～150℃。在此，可根据不同的铸坯规格对高压水除鳞各参数进行调整，以控制铸坯表面比心部温度高100℃～150℃。在制定高压水处理参数时，测温方式采用的是在铸坯表面以下5mm和心部钻孔插热电偶进行测温，以掌握铸坯的真实温度。

[0039] 在表2中，首先，将原来的轧制工艺由11道次改为9道次，从而提高了生产效率；其次，对各道次的压下量进行调整，主要是加大了第六道次的压下量，该道次的压下率为
25.4％、变形区形状系数为0.65，从而增大了铸坯心部的变形程度，使铸坯心部缺陷得以充分焊合。

[0040] 表2 采用实施例1的方法轧制250×250mm车轴钢轧制工艺

[0041]铸坯入口规格
道次 压下量/mm 压下率/％ 变形区形状系数
(H×B)/mm
1 450×360 40 8.9 0.30
2 410×370 40 9.8 0.33
3 380×370 40 10.5 0.36
4 340×380 50 14.7 0.46
5 390×290 55 14.1 0.42
6 335×305 85 25.4 0.65
7 325×250 60 18.5 0.54
8 260×265 10 3.8 0.26
9 267×250 15 5.7 0.32

[0042]

[0043] 注：实施例1中最后两个道次的压下量可以根据需要的轧制规格产品尺寸精度进行适当调整。

[0044] 在铸坯质量与普通轧制工艺轧制时的铸坯质量相当的情况下(低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级)，对采用该实施例的方法轧制的250×250mm方钢进行φ2标准超声波探伤检验全部合格，进行金相检验在其心部未发现针孔缺陷，如图2所示。

[0045] 实施例2

[0046] 采用下面的方法将360×450mm铸坯轧制成260×260mm方钢：首先，在铸坯的加热过程中保证足够的均热时间(均热时间根据铸坯规格而定，在本实施例中采用了≥1.5小时的均热时间)，使铸坯内外温度均匀；接着，出炉后采用与实施例1的方法一样的方法调整高压水除鳞参数，使铸坯的表面温度迅速降低，控制心部比表面温度高100℃～150℃；然后，采用表3的轧制工艺进行轧制。在表3中，第六道次的压下率为25％、变形区形状系数为0.64。

[0047] 表3 采用实施例2的方法轧制260×260mm方钢轧制工艺

[0048]铸坯入口规格
道次 压下量/mm 压下率/％ 变形区形状系数
(H×B)/mm
1 450×360 40 8.9 0.30
2 410×370 40 9.8 0.33
3 380×370 50 13.2 0.41
4 330×385 60 18.2 0.53
5 400×270 60 15.0 0.43
6 340×280 85 25.0 0.64
7 295×255 20 6.8 0.32
8 275×260 15 5.5 0.30
9 265×260 5 1.9 0.18

[0049]

[0050] 注：实施例2中最后两个道次的压下量可以根据需要的轧制规格产品尺寸精度进行适当调整。

[0051] 与实施例1一样，在铸坯低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级时，采用实施例2的方法轧制的260×260mm方钢全部满足φ2标准超声波探伤检验要求。

[0052] 实施例3

[0053] 采用下面的方法将360×450mm铸坯轧制成230×230mm方钢：首先，在铸坯的加热过程中保证足够的均热时间(均热时间根据铸坯规格而定，在本实施例中采用了≥1.5小时的均热时间)，使铸坯内外温度均匀；接着，出炉后采用与实施例1的方法一样的方法调整高压水除鳞参数，使铸坯的表面温度迅速降低，控制心部比表面温度高100℃～150℃；然后，采用表4的轧制工艺进行轧制。在表4中，第六道次的压下率为25.4％、变形区形状系数为0.67；第七道次的压下率为25.0％、变形区形状系数为0.66。

[0054] 表4 采用实施例3的方法轧制230×230mm方钢轧制工艺

[0055]铸坯入口规格
道次 压下量/mm 压下率/％ 变形区形状系数
(H×B)/mm
1 450×360 40 8.9 0.30
2 410×370 40 9.8 0.33
3 380×370 40 10.5 0.36
4 340×380 50 14.7 0.46
5 390×290 75 19.2 0.52
6 315×305 80 25.4 0.67
7 320×235 80 25.0 0.66
8 250×250 23 9.2 0.42
9 253×227 23 9.1 0.42

[0056] 注：实施例3中最后两个道次的压下量可以根据需要的轧制规格产品尺寸精度进行适当调整。

[0057] 与实施例1一样，在铸坯低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级时，采用实施例3的方法轧制的230×230mm方钢全部满足φ2标准超声波探伤检验要求。

[0058] 实施例4

[0059] 采用下面的方法将380×280mm铸坯轧制成200×200mm方钢：首先，在铸坯的加热过程中保证足够的均热时间(均热时间根据铸坯规格而定，在本实施例中采用了≥1.0小时的均热时间)，使铸坯内外温度均匀；接着，出炉后采用进行高压水除鳞，前3m采用12Mpa的水压以保证除鳞效果，后2m则采用8Mpa的水压，使铸坯的表面温度迅速降低，控制心部比表面温度高100℃～150℃；然后，采用表5的轧制工艺进行轧制。在表5中，第二道次的压下率为25.0％、变形区形状系数为0.62；第四道次的压下率为25.5％、变形区形状系数为0.72；第六道次的压下率为25.5％、变形区形状系数为0.72。

[0060] 表5 采用实施例4的方法轧制200×200mm方钢轧制工艺

[0061]铸坯入口规格
道次 压下量/mm 压下率/％ 变形区形状系数
(H×B)/mm
1 380×280 20 5.3 0.25
2 360×283 90 25.0 0.62
3 305×270 30 9.8 0.39
4 275×275 70 25.5 0.72
5 295×205 20 6.8 0.32
6 275×208 70 25.5 0.72
7 225×205 27 12.0 0.51
8 198×208 0 0 0
9 208×198 8 3.8 0.29

[0062] 注：实施例4中最后两个道次的压下量可以根据需要的轧制规格产品尺寸精度进行适当调整。

[0063] 与实施例1一样，在铸坯低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级时，采用实施例4的方法轧制的200×200mm方钢全部满足φ2标准超声波探伤检验要求。

[0064] 实施例5

[0065] 采用下面的方法将360×450mm铸坯轧制成φ200mm圆钢：首先，按照实施例3的方法将铸坯轧制成230×230mm方钢，再通过圆钢孔型系统(箱一箱方一椭圆一圆孔型系统)将230×230mm方钢轧制成圆钢。

[0066] 与实施例1一样，在铸坯低倍评级缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、中心疏松≤3.0级时，采用实施例5的方法轧制的φ200mm圆钢全部满足φ2标准超声波探伤检验要求。

[0067] 将根据现有技术的对比例与根据本发明的实施例1至实施例5进行对比，可以发现，在本发明的轧制方法中，通过将至少一个道次的压下率控制在25％以上(包括25％)，并且该道次的变形区形状系数在0.6以上(包括0.6)，可以使铸坯心部缺陷充分焊合，从而将铸坯的内部缺陷控制在φ2mm以内，满足了φ2标准超声波探伤检验要求。因此，根据本发明的轧制方法，通过控制轧制过程中的铸坯温度和道次压下量，降低了仅仅通过连铸工艺控制来提高铸坯质量所增加的生产成本和操作的控制难度，并且还减少了轧制道次，从而降低了生成成本并提高了生产效率。

[0068] 在上面的实施例中，虽然只是列举了控制方圆钢内部缺陷的方法，用来使方圆钢满足φ2超声波探伤检验要求，但是，本发明不限于上述实施例。也就是说，在本发明的教导下，本发明也可以应用于例如型钢等其它钢材，从而使钢材满足φ2超声波探伤检验要求，提高超声波探伤检验合格率。

[0069] 然而，本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。