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CN112239803A - 减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法 - Google Patents

减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法 Download PDF

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CN112239803A
CN112239803A CN202011100963.0A CN202011100963A CN112239803A CN 112239803 A CN112239803 A CN 112239803A CN 202011100963 A CN202011100963 A CN 202011100963A CN 112239803 A CN112239803 A CN 112239803A
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wire rod
alloy steel
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rolling
martensite
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张盛华
苏振伟
彭磊
屠兴圹
周淼
高协清
左锦中
林俊
万文华
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Zenith Steel Group Co Ltd
Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Zenith Steel Group Co Ltd
Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
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Abstract

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法。钢坯加热后分别经过粗中、预精轧变形，调节水箱水流量，使钢坯到达精轧机的温度控制在750～800℃，实现低温控轧，轧后调节水箱流量，使吐丝温度控制在780～820℃，开启斯太尔摩风机使盘条温度快速降温，随后盘条立即进入保温罩中继续进行组织转变，斯太尔摩辊道速度设置为3～5m/min，延长贝氏体组织的转变时间，确保高合金钢热轧盘条显微组织中只含有极少量的马氏体组织，降低强度、提高塑性，保证高合金钢热轧盘条具有良好的拉拔性能。采用上述方法，得到的高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体含量在2％以下，拉拔性能极佳。

Description

减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，涉及一种高合金钢热轧盘条的显微组织优化方法，具体涉及一种减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法。
背景技术
高合金钢热轧盘条因添加较多的合金元素，强度、硬度高，奥氏体稳定性好，组织转变严重推迟，控制不好则极易产生马氏体，尤其对于高速线材生产线，因生产节奏快，不能提供充足的组织转变时间，因而生产难度很大，想要获得完全的铁素体+珠光体组织根本不可能。
CN107119231A一种五金工具用钢盘条及其生产方法，公开了五金工具用钢盘条的生产方法，包括炼钢、轧钢等步骤，但该发明获得的显微组织中含有较多的马氏体。
热轧盘条在经下游用户加工之前都需要进行一定减面率的拉拔，若高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体含量过高，则塑性严重降低，极易导致拉拔断裂，因此，高合金钢热轧盘条拉拔之前一般需要进行球化退火，之后再进行第二次球化退火和轻拉(即“两球两拉”工艺)。另一方面，尤其对于高碳高合金钢热轧盘条，若显微组织中马氏体含量过高，在盘条打捆和堆放过程中容易产生脆断而导致整卷盘条报废。
因此，对于高合金钢热轧盘条来说，亟待寻求一种减少甚至消除其显微组织中马氏体的控轧控冷方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，利用精轧机的低温控轧，在高应变速率下使钢的显微组织中产生大量位错和畸变，提供形核质点，降低奥氏体稳定性，促进组织转变；通过开启斯太尔摩风机使盘条快速降温至贝氏体转变温度区间，缩短组织转变时间，随后立即进入保温罩中进行缓慢冷却，通过设置极低的斯太尔摩辊道速度来保证充分的组织转变时间，使盘条在出保温罩时基本完成贝氏体转变，这样盘条出保温罩后只会产生极少量的马氏体甚至完全避免产生马氏体。
采用该控轧控冷工艺，可以使高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体含量在2％以下，拉拔性能极佳，单道拉拔减面率可达30％以上；可省去下游用户拉拔之前的一道球化退火，同时该组织更利于拉拔后的球化退火；另外对于高碳高合金钢热轧盘条，还可以避免盘条在打捆和堆放过程的脆断，从而减少盘条的废品率。
为了达到上述技术目的，本发明提供了一种减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，工艺包括：钢坯加热、控制轧制、吐丝成圈、轧后控冷，具体工艺步骤如下：
(1)钢坯在蓄热式加热炉700～1100℃的温度环境中加热100～150min；
其中，蓄热式加热炉的空燃比设置为0.4～0.5，钢坯在蓄热式加热炉加热一段700～800℃的温度环境中加热30～45min，加热二段900～1000℃的温度环境中加热30～45min，均热段1040～1100℃的温度环境中加热40～60min。
同时严格控制加热温度和加热时间，可有效抑制高合金钢坯脱碳。
(2)钢坯出加热炉之后，以900～1000℃分别经过粗中、预精轧变形，变形量达到总变形量的95％以上；
钢坯出加热炉后，通过开启18MPa的高压水除去钢坯表面氧化铁皮，钢坯的开轧温度为950～1000℃。
(3)调节水箱水流量，使钢坯到达精轧机的温度控制在750～800℃；
钢坯通过开启机架间冷却水，使精轧机的终轧温度不超过820℃，即利用精轧机的低温控轧，在高应变速率下使钢的显微组织中产生大量位错和畸变，提供形核质点，降低奥氏体稳定性，促进后续组织转变。
(4)轧后通过调节水箱流量，使吐丝温度控制在780～820℃；
低温吐丝为盘条在斯太尔摩辊道上组织转变做准备，但吐丝温度不能过低，因为高合金钢线材吐丝温度低于750℃会引起强度、硬度急剧升高，不利于吐丝成圈而卡吐丝管导致堆钢事故。
(5)通过开启斯太尔摩风机使盘条温度快速降至500～550℃，随后盘条立即进入保温罩中继续进行组织转变，斯太尔摩辊道速度设置极低为3～5m/min。
开启1台功率为2×105W的斯太尔摩风机，风量开度为50～100％，通过1#风机后，盘条温度可降至500～550℃，随后盘条立即进入保温罩中继续进行组织转变，因斯太尔摩辊道速度设置极低为3～5m/min，可延长贝氏体组织的转变时间，从而确保高合金钢热轧盘条显微组织中只含有极少量的马氏体组织，降低强度、提高塑性，保证高合金钢热轧盘条具有良好的拉拔性能。
本发明方法得到的盘条化学成分按照质量百分数计，配比为C：0.18～0.70％，Si：0.12～1.20％，Mn：0.40～1.20％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：0.20～0.80％，Ni：0.20～0.80％，Cu≤0.20％，Al：0.010～0.040％，Mo：0.15～0.50％，V：0.15～0.25％，Nb：0.15～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明通过精轧机低温控轧，在高应变速率下使钢的显微组织中产生大量位错和畸变，提供形核质点，降低奥氏体稳定性，促进组织转变；通过开启斯太尔摩风机使盘条快速降温至贝氏体转变温度区间，缩短组织转变时间，随后立即进入保温罩中进行缓慢冷却，通过设置极低的斯太尔摩辊道速度来保证充分的组织转变时间，使盘条在出保温罩时基本完成贝氏体转变，这样盘条出保温罩后只会产生极少量的马氏体甚至完全避免产生马氏体。
本发明在高合金钢热轧盘条生产过程中运用了一种控轧控冷的显微组织优化方法，可以使高合金钢热轧盘条显微组织以贝氏体为主(低碳高合金钢中含有少量铁素体)，马氏体含量在2％以下，获得极佳的拉拔性能，单道拉拔减面率可达30％以上；可省去下游用户拉拔之前的一道球化退火，同时该组织更利于拉拔后的球化退火；另外对于高碳高合金钢热轧盘条，还可以避免盘条在打捆和堆放过程的脆断，从而减少盘条的废品率。
附图说明
图1为实施例1生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图2为实施例2生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图3为对比例1生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图4为对比例2生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图5为对比例3生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图6为对比例4生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图7为对比例5生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图8为对比例6生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图9为对比例7生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图10为对比例8生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图11为对比例9生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
图12为对比例10生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织图。
具体实施方式
本发明下面结合高速线材控轧控冷技术，以低碳高合金钢、高碳高合金钢的二火开坯160×160mm2断面的轧坯，轧制为Φ10.0mm成品规格热轧盘条的生产实施进行说明。
实施例1
1、钢坯加热
轧坯成分C：0.21％，Si：0.28％，Mn：1.12％，P：0.008％，S：0.004％，Cr：0.66％，Ni：0.77％，Cu：0.02％，Al：0.034％，Mo：0.28％。
将160mm×160mm断面的钢坯在蓄热式加热炉加热一段700～800℃的温度环境中加热40min，加热二段900～1000℃的温度环境中加热40min，均热段1040～1100℃的温度环境中加热50min。
2、控制轧制
钢坯出加热炉之后，以900～1000℃分别经过粗中、预精轧变形，通过调节水箱水流量，使钢坯到达精轧机的温度控制在750～800℃，通过开启机架间冷却水，使精轧机的终轧温度不超过820℃。
3、吐丝成圈
终轧后通过调节水箱流量，使盘条的吐丝温度控制在780～820℃。
4、轧后控冷
吐丝成圈后，盘条在斯太尔摩辊道上，通过开启1台功率为2×105W的斯太尔摩风机，风量开度为65％，盘条温度可快速降至510～540℃，通过1#风机后随后盘条立即进入保温罩中缓慢冷却，斯太尔摩辊道速度设置极低为4m/min，继续进行组织转变。
图1为实施例1生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图1可以看出显微组织中包含“贝氏体+少量铁素体+极少量马氏体”，其中，贝氏体比例占90％，铁素体比例占8％，马氏体比例仅占2％。
实施例2
1、钢坯加热
轧坯成分C：0.66％，Si：1.12％，Mn：0.54％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：0.37％，Ni：0.28％，Cu：0.01％，Al：0.027％，Mo：0.46％，V：0.23％，Nb：0.15％。
将160mm×160mm断面的钢坯在蓄热式加热炉加热一段700～800℃的温度环境中加热40min，加热二段900～1000℃的温度环境中加热40min，均热段1040～1100℃的温度环境中加热50min。
2、控制轧制
钢坯出加热炉之后，以900～1000℃分别经过粗中、预精轧变形，通过调节水箱水流量，使钢坯到达精轧机的温度控制在750～800℃，通过开启机架间冷却水，使精轧机的终轧温度不超过820℃。
3、吐丝成圈
终轧后通过调节水箱流量，使盘条的吐丝温度控制在780～820℃。
4、轧后控冷
吐丝成圈后，盘条在斯太尔摩辊道上，通过开启1台功率为2×105W的斯太尔摩风机，风量开度为65％，盘条温度可快速降至510～540℃，通过1#风机后，随后盘条立即进入保温罩中缓慢冷却，斯太尔摩辊道速度设置极低为4m/min，继续进行组织转变。
图2为实施例2生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图2可以看出显微组织中包含“贝氏体+极少量马氏体”，其中，贝氏体比例占99％，马氏体比例仅占1％。
对比例1
对比例1与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤2钢坯到达精轧机的温度750～800℃替换为820～870℃，其他条件同实施例1。
图3为对比例1生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图3可以看出显微组织中包含“贝氏体+少量铁素体+少量马氏体”，其中，贝氏体比例占85％，铁素体比例占10％，马氏体比例占5％，马氏体的占比显然要高于实施例1。
对比例2
对比例2与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤2钢坯到达精轧机的温度750～800℃替换为880～930℃，其他条件同实施例1。
图4为对比例2生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图4可以看出显微组织中包含“贝氏体+少量铁素体+少量马氏体”，其中，贝氏体比例占80％，铁素体比例占12％，马氏体比例占8％，马氏体的占比显然要高于实施例1。
对比例3
对比例3与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤4的风量开度65％替换为30％，其他条件同实施例1。
图5为对比例3生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图5可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占25％，珠光体比例占5％，贝氏体比例占50％，马氏体比例占20％，马氏体的占比明显高于实施例1。
对比例4
对比例4与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤4的1台风机关闭并加盖保温罩，其他条件同实施例1。
图6为对比例4生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图6可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占45％，珠光体比例占5％，贝氏体比例占20％，马氏体比例占30％，马氏体的占比明显高于实施例1。
对比例5
对比例5与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤4的斯太尔摩辊道速度4m/min替换为10m/min，其他条件同实施例1。
图7为对比例5生产的低碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图7可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占30％，珠光体比例占10％，贝氏体比例占30％，马氏体比例占30％，马氏体的占比明显高于实施例1。
对比例6
对比例6与实施例2相比，主要区别在于：将实施例2步骤2钢坯到达精轧机的温度750～800℃替换为820～870℃，其他条件同实施例1。
图8为对比例6生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图8可以看出显微组织中包含“贝氏体+马氏体”，其中，贝氏体比例占80％，马氏体比例占20％，马氏体的占比明显高于实施例2。
对比例7
对比例7与实施例2相比，主要区别在于：将实施例2步骤2钢坯到达精轧机的温度750～800℃替换为880～930℃，其他条件同实施例1。
图9为对比例7生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图9可以看出显微组织中包含“贝氏体+马氏体”，其中，贝氏体比例占70％，马氏体比例占30％，马氏体的占比明显高于实施例2。
对比例8
对比例8与实施例2相比，主要区别在于：将实施例2步骤4的风量开度65％替换为30％，其他条件同实施例2。
图10为对比例8生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图10可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占15％，珠光体比例占10％，贝氏体比例占55％，马氏体比例占20％，马氏体的占比明显高于实施例2。
对比例9
对比例9与实施例2相比，主要区别在于：将实施例2步骤4的1台风机关闭并加盖保温罩，其他条件同实施例2。
图11为对比例9生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图11可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占15％，珠光体比例占20％，贝氏体比例占30％，马氏体比例占35％，马氏体的占比明显高于实施例2。
对比例10
对比例10与实施例2相比，主要区别在于：将实施例2步骤4的斯太尔摩辊道速度4m/min替换为10m/min，其他条件同实施例2。
图12为对比例10生产的高碳高合金钢热轧盘条的显微组织。由图12可以看出显微组织中包含“铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体”，其中，铁素体比例占15％，珠光体比例占10％，贝氏体比例占40％，马氏体比例占30％，马氏体的占比明显高于实施例2。
本发明实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6、对比例7、对比例8、对比例9、对比例10热轧盘条的显微组织中铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体占比、单道拉拔减面率、盘条脆断率的比较如表1。
表1
Figure BDA0002725355650000101
本发明得到的高合金钢热轧盘条显微组织以贝氏体为主，马氏体含量在2％以下，可获得极佳的拉拔性能，单道拉拔减面率可达30％以上；可省去下游用户拉拔之前的一道球化退火，同时该组织更利于拉拔后的球化退火；另外对于高碳高合金钢热轧盘条，还可以避免盘条在打捆和堆放过程的脆断，从而减少盘条的废品率。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：所述方法为：钢坯加热、控制轧制、吐丝成圈、轧后控冷，具体工艺步骤如下：
(1)钢坯在蓄热式加热炉700～1100℃的温度环境中加热100～150min；
(2)钢坯出加热炉后，以900～1000℃分别经过粗中、预精轧变形；
(3)调节水箱水流量，使钢坯到达精轧机的温度控制在750～800℃；
(4)轧后调节水箱流量，使吐丝温度控制在780～820℃；
(5)开启斯太尔摩风机使盘条温度快速降至500～550℃，随后盘条立即进入保温罩中继续进行组织转变，斯太尔摩辊道速度设置为3～5m/min。
2.根据权利要求1所述的减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：步骤(1)蓄热式加热炉的空燃比设置为0.4～0.5。
3.根据权利要求1所述的减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：步骤(1)钢坯在蓄热式加热炉加热一段700～800℃的温度环境中加热30～45min，加热二段900～1000℃的温度环境中加热30～45min，均热段1040～1100℃的温度环境中加热40～60min。
4.根据权利要求1所述的减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：步骤(2)钢坯出加热炉后，开轧温度为950～1000℃。
5.根据权利要求1所述的减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：步骤(3)钢坯通过精轧机的终轧温度不超过820℃。
6.根据权利要求1所述的减少高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体的控轧控冷方法，其特征在于：步骤(5)开启1台功率为2×105W的斯太尔摩风机，风量开度为50～100％使盘条温度快速降至500～550℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述方法得到的高合金钢热轧盘条，其特征在于：所述盘条化学成分按照质量百分数计，配比为C：0.18～0.70％，Si：0.12～1.20％，Mn：0.40～1.20％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：0.20～0.80％，Ni：0.20～0.80％，Cu≤0.20％，Al：0.010～0.040％，Mo：0.15～0.50％，V：0.15～0.25％，Nb：0.15～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。
8.根据权利要求7所述的高合金钢热轧盘条，其特征在于：所述高合金钢热轧盘条显微组织中马氏体含量在2％以下，单道拉拔减面率达30％以上。
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