一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法

摘要

一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法，属于高线轧钢技术领域。工艺中控制的技术参数为：采用150mm×150mm或者160mm×160mm连铸小方坯进行高线轧制，出加热炉铸坯心部和表面温差控制在20-40℃；粗轧第一架轧制速度控制在0.15-0.17m/min，轧辊工作直径控制在550-580mm，等效应变控制在0.33-0.35；粗轧第二架轧制速度控制在0.2-0.22m/s，轧辊工作直径控制在530-550mm，等效应变控制在0.28-0.39；粗轧第三架轧制速度控制在0.28-0.3m/s，轧辊直径控制在600-620mm，等效应变控制在0.55-0.75，延伸系数控制在1.5-1.6。适合钢厂采用一火成材和连铸小方坯从事高碳钢线材品种的开发。优点在于，提高了高碳钢线材的综合力学性能和质量。

权利要求

1.一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法，其特征在于，工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下：(1)采用150mm×150mm或者160mm×160mm连铸小方坯进行高线轧制，出加热炉连铸小方坯心部和表面温差控制在20-40℃；

(2)粗轧第一架轧制速度控制在0.15-0.17m/s，轧辊工作直径控制在550-580mm，等效应变控制在0.33-0.35；

(3)粗轧第二架轧制速度控制在0.2-0.22m/s，轧辊工作直径控制在530-550mm，等效应变控制在0.28-0.39；

(4)粗轧第三架轧制速度控制在0.28-0.3m/s，轧辊工作直径控制在600-620mm，等效应变控制在0.55-0.75，延伸系数控制在1.5-1.6。

说明书

一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法

技术领域

[0001] 本发明属于高线轧钢技术领域，特别是提供了一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法，适用于高线车间开发大规格高碳钢盘条品种过程中的工艺优化。

背景技术

[0002] 连铸小方坯生产高碳钢盘条工艺已经成为冶金行业普遍推广的技术，其最大的优点就是生产效率高，连铸流程设备简单，省去开坯，用一火成材代替开坯和两火成材技术工艺。但一火成材的高碳钢盘条受控于压缩比的限制，在用户使用过程中经常出现由于心部形变量不够、晶粒粗化、偏析元素扩散不充分带来的盘条拉拔性能不佳。

[0003] 连铸坯心部组织的改善包含很多指标，晶粒度、缺陷、偏析等等，为改善铸坯心部组织，满足品种钢尤其是合金钢的质量要求。如果在随后的轧制过程中心部组织不能得到有效改善，就会导致盘条综合力学性能恶化、拉拔断裂等问题的出现。长期以来，科研人员对连铸小方坯中心偏析、等轴晶区的比例、疏松等进行了大量研究，钢厂也在不断的优化工艺技术来改善铸坯的质量：通过降低过热度，控制中心偏析和疏松，结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌等技术控制铸坯的等轴晶区比例等等，最近几年提出在连铸小方坯上面增加轻压下，来改善铸坯质量，但是这些手段的的取得的效果是明显的，但对工装设备的保证能力和工艺的稳定性提出了一定要求。

[0004] 对于改善心部组织，源头上应该是在连铸环节，具体措施有降低中间包过热度，减少柱状晶增加等轴晶，控制拉速降低坯壳的温度梯度抑制柱状晶生长，电磁搅拌打碎已生长的柱状晶增加等轴晶区，同时降低中心偏析指数；对铸坯施加外力，对铸坯液心位置进行挤压，控制中心偏析。在轧钢领域，科研人员也在研究如何通过优化轧制工艺来降低铸坯遗传下来的缺陷，某国内特殊钢棒材厂曾通过优化产线前几架轧机的轧制工艺来优化棒材质量，国外也有关于如何通过坯型改变和轧辊孔型、轧辊尺寸等方法来提高轧制过程的形变均匀性和形变向心部的渗透能力。某些国际知名的长材装备企业也在方面做了深入的研究，从品种钢开发的角度，对轧制过程轧辊设计、延伸系数设定、轧机配置等方面进行了改造，为长材品种钢的开发提供了设备保证能力。大冶特钢通过对特殊钢棒材多年生产经验的积累和研究，发现对于合金钢方坯连铸，必须根据连铸坯的致密性来考虑必要压缩比。一般情况下轧制压缩比为4时可以保证气孔焊合，而要得到稳定的机械性能，压缩比应为
7-12。石钢在对棒材心部轧合研究后发现，粗轧小变形不利于中心缺陷的焊合，同时指出，单道次变形越大，越靠前，对心部组织的细化效果越好。

[0005] 但对于国内高线生产技术和产品开发，连铸和一火成材的生产工艺已经非常普及，一方面是流程成熟、简单，另一方面就是低成本和高产能。随着最近几年深加工技术的进步，下游企业预应力钢绞线企业对高碳钢盘条质量提出了更加严格的要求，已经不再仅仅关注抗拉强度、面缩率等指标，更加关注深度拉拔能力、松弛性、扭转指标、盘条心部组织的均匀性等，这种情况下原来的连铸小方坯生产工艺的优势，已经发挥到极致，通过优化连铸工艺来提高铸坯的内部质量已经很难。首钢高线厂通过多年的实践经验，在前几年提出过通过加大除鳞机冷却能力，降低初轧坯表面温度，从而提高粗轧阶段形变向坯料心部的渗透能力，而且取得了很好的效果，但是这种方法一方面对除磷机的冷却能力提出了要求，另一方面初轧坯表面温度低，势必带来粗轧阶段铸坯角部变形的困难，影响金属的塑性流变和红坯表面质量，严重的会造成成品盘条表面质量问题，所以如何优化轧制工艺是目前解决这一问题的关键环节。

[0006] 改善心部组织的关键是如何保证坯料在高温阶段的心部变形能力，在坯型受限的情况下，如何优化粗轧各道次的形变参数非常关键。形变参数的设计一要考虑轧机的载荷，二要考虑料型的稳定。这就轧钢工艺研究和孔型设计必须要考虑的环节，通过连铸坯内部质量情况的跟踪、以及品种钢心部轧合能力的分析，结合轧机和产线的实际情况，制定适合的轧制工艺和孔型系统。目前初轧的延伸系数大多是指定在1.3-1.4，这样可以很好的保证料型，高温阶段如果改善组织的均匀性，宽展方向的变形的作用是至关重要的，这就和粗轧的孔型的设计有很大关系。

[0007] 本发明通过深入研究连铸小方坯一火成材高碳钢盘条的质量，对比了国内多家产线和盘条用户使用情况，提出了提高连铸小方坯生产高碳钢盘条的粗轧优化工艺制度，从粗轧孔型设计、延伸系数设定、料型保证、形变渗透等方面，进行了系统研究，提出了解决措施，收到了实际效果，丰富了连铸小方坯生产高碳钢盘条的生产技术。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种改善高碳钢线材心部组织的粗轧方法，解决了连铸小方坯生产高碳钢盘条过程如何改善轧材中心组织、细化心部组织，有效缓解连铸小方坯中心疏松遗传给大规格高碳钢线材的心部组织致密性差的问题，以及小方坯压缩比小对轧材性能提高的限制。提高了盘条的拉拔性能；适合钢厂采用一火成材和连铸小方坯从事高碳钢线材品种的开发。

[0009] 本发明的关键点在于通过粗轧工艺制度优化，从粗轧孔型、延伸系数、料型保证、形变渗透等方面，提出改善线材心部组织的方法，实现对线材心部组织细化的同时，通过形变轧合铸坯内部的缺陷，提高了高碳钢线材的综合力学性能，有利于高线厂高碳钢线材品种质量的提升。具体工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下：

[0010] （1）采用150mm×150mm或者160mm×160mm连铸小方坯进行高线轧制，出加热炉铸坯心部和表面温差控制在20-40℃；

[0011] 150mm或者160mm的连铸小方坯，不仅是目前国内典型的连铸小方坯的坯型，而且这种坯型能够保证轧材粗轧过程的变形量，对于目前国内摩根4代或者5代的高线轧机，轧制过程一般分为四个轧制阶段，粗轧-中轧-预精轧-精轧，在每个阶段设置有摆动剪或者飞剪，由于坯型的差异主要导致在粗轧阶段的轧制道次不同，进入中轧后基本上是相同的孔型设计和变形量，坯型大的粗轧变形量大，轧制道次多；坯型小的，轧制变形量小，变形道次少。150mm或者160mm的连铸小方坯的粗轧变形量正好满足组织细化和要求，在粗轧变形量的前三道次，能够满足心部组织的发生动态再结晶的临界变形量条件。

[0012] 铸坯的心表温差是铸坯加热固有的特点，但是良好的预热段、加热段、均热段工艺设计可以控制心表温差。如果铸坯的心表温差较大，会造成形变多积累在表面，而心部由于温度低，很难变形，造成形变无法向内渗透，而20-40℃的温差则能够保证形变向心部的渗透。加热炉的工艺设置如表1所示

[0013] 表1加热炉各段的加热分配

[0014]预热段 加热段 均热段
温度 800-870℃ 1000-1030℃ 1080-1100℃
时间 0.8-1小时 1-1.2小时 1-1.2小时

[0015] （2）粗轧第一架轧制速度控制在0.15-0.17m/min，轧辊工作直径控制在550-580mm，等效应变控制在0.33-0.35；

[0016] 粗轧第一架是水平轧机，轧制速率和变形量设定的前提是保证铸坯能够被轧机正常的咬入，同时保证不倒钢，方坯的角部得到扩张，得到良好的料型。其次，辊径的大小一方面涉及咬入条件，一方面是保证第一道轧制的均匀性，辊径越大，形变的越均匀。再次，第一架轧制的等效应变量是保证组织发生动态再结晶细化的先决条件。

[0017] （3）粗轧第二架轧制速度控制在0.2-0.22m/s，轧辊工作直径控制在530-550mm，等效应变控制在0.28-0.39；

[0018] 粗轧第二架是立式轧机，第二道的作用是能保证铸坯的侧向组织发生组织，进一步破碎铸坯的铸态组织，经过第一道的形变累积作用，组织已经发生细化，等效变形量可以设定的小些，一方面保证侧向组织发生再结晶细化，另一方面，第二架变形量不能过大，保证料型稳定性同时，为第三道的大变形提供足够尺寸的坯料。

[0019] （4）粗轧第三架轧制速度控制在0.28-0.3m/s，轧辊直径控制在600-620mm，等效应变控制在0.55-0.75，延伸系数控制在1.5-1.6。

[0020] 第三道次的形变是整个形变工艺设置的关键，只有在第三道次实施大变形，才能充分保证粗轧过程心部组织的改善。这一道次大变形保证了铸坯组织在前两道发生细化的基础上，再一次发生动态再结晶，而且能够造成心部组织发生反复再结晶，晶粒的细化以形核为主。另外，这一道次的变形，能够将铸坯内部由于连铸遗传的疏松缺陷在坯料的高温阶段轧合或者细化成更小的缺陷。这一道次的等效应变在0.5以上，延伸系数在1.5以上，只有足够的大的变形，才可以改善心部组织。

[0021] 表2各道次的坯料各部位的等效应变

[0022]芯部 上表面中心 侧表面中心
1# 0.335 0.357 0.331
2# 0.298 0.281 0.396
3# 0.557 0.642 0.753

附图说明

[0023] 图1为第三道次轧机的孔型。

[0024] 图2为粗轧完成后，空冷得到的坯料心部的组织。

[0025] 图3为成品盘条的心部组织。

具体实施方式

[0026] 实施例1

[0027] 本发明在首钢一线材开发12.5mm规格82B-1中得到应用，工艺过程如下：

[0028] （a）采用160mm×160mm连铸小方坯进行高线轧制，出加热炉铸坯心部和表面温差控制在30℃

[0029] （b）粗轧第一架轧制速度控制在0.15m/min，轧辊工作直径控制在580mm，等效应变控制在0.33

[0030] （c）粗轧第二架轧制速度控制在0.2m/s，轧辊工作直径控制在550mm，等效应变控制在0.39

[0031] （d）粗轧第三架轧制速度控制在0.28m/s，轧辊直径控制在620mm，等效应变控制在0.75延伸系数控制在1.6；

[0032] 通过采用该工艺方法，有效的细化了82B-1的心部组织，心部组织的晶粒度控制在8-9级，索氏体团等轴化达到90%，铸坯过热度高造成的心部偏析得到改善，心部偏析组织的宽度控制在10μm以内，铸坯的心部疏松等缺陷被轧合，没有出现由于心部疏松等缺陷带来的质量问题，盘条百吨钢断丝率在2次以内。