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CN113817967A - 一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法 - Google Patents

一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法 Download PDF

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CN113817967A CN202111141560.5A CN202111141560A CN113817967A CN 113817967 A CN113817967 A CN 113817967A CN 202111141560 A CN202111141560 A CN 202111141560A CN 113817967 A CN113817967 A CN 113817967A
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雷三祥
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Lianfeng Steel Zhangjiagang Co Ltd
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Abstract

本发明属于钢铁轧钢生产技术领域，涉及一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法。步骤为：通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作得到连铸坯；然后利用保温车或保温输送滚道，将连铸坯热送热装；热装入加热炉后，连铸坯在加热炉内加热，所述预热和加热一段的温度为700‑980℃，总保持时间不大于90分钟；加热二段和均热段的温度为1180‑1220℃，总保持时间不低于120分钟，总在炉时间不低于200分钟；同时控制加热炉内空气与煤气的比值；加热后连铸坯出加热炉进行高压水除磷，除磷后再进行控轧控冷；通过本发明的方案处理可以有效利用连铸坯余热，减少煤气消耗，节省能耗，同时提高成材率，改善钢材性能。

Description

一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法
技术领域
本发明属于钢铁轧钢生产技术领域，具体涉及一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法。
背景技术
加热炉是钢铁行业热轧工序中的主要生产设备，同时也是主要能耗设备。其不仅影响圆钢的产量和性能质量，同时也影响轧机的寿命和能源消耗。传统意义上，轴承钢圆钢的生产是冷装后加热轧制，工艺是将出连铸机的连铸坯直接入保温坑缓冷或堆冷，待冷却到常温和精整检验合格后，再进行连铸坯的装炉加热和轧制过程。这一工艺的优点是：适应性广，生产安排灵活，产品质量保证性强。
但是，连铸坯的余热得不到有效利用，导致能源的浪费，碳排放的增加，同时连铸坯缓冷和加热过程，增加了连铸坯的氧化烧损和脱碳。因此，通过利用一种新的轴承钢圆钢生产方法，在保证碳化物均匀性的前提下，达到降低热轧圆钢脱碳层深度，同时满足节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其优势是：一是可以有效利用连铸坯余热，达到节能减排的目的；二是连铸坯氧化烧损小，提高成材率；三是减少预热段和加热一段煤气消耗，节省能耗；四是生产周期短，生产效率高；五是对关键性能指标改善，如碳化物均匀性、脱碳层。
为了实现以上目的，本发明首先提供一种轴承钢圆钢，由下列重量百分比的成分组成：C：0.96～1.03％，Mn：0.30～0.40％，Si：0.20～0.30％，Cr：1.42～1.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Ni≤0.10％，Cu：0.04-0.10％，Mo≤0.08％，Al：0.005-0.015％，Ti≤0.0030％，[O]≤0.0009％，Ca≤0.0010％，As≤0.04％，Pb≤0.002％，Sn≤0.03％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明还提供一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，包括以下步骤：
包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；然后热送热装、加热炉内加热、高压水除磷、控轧控冷、剪切、收集打包、精整和检验。
具体操作步骤和参数设定如下：
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯(220方)；
(2)基于步骤(1)得到的连铸坯，利用保温车或保温输送滚道，将连铸坯热送热装，保持一定的温度区间热装入加热炉；
(3)基于步骤(2)热装入加热炉后，连铸坯在加热炉内加热，同时控制加热炉内空气与煤气的比值控制在1.15-1.35间；所述加热炉内加热的具体程序为：预热段温度≤800℃，停留时间＜50分钟，关闭加热源，通过加热一段传热；加热一段温度900-1100℃，停留时间＜50分钟；加热二段温度1160-1230℃，停留时间＜80分钟；均热段温度1180-1250℃，停留时间＜80分钟，总在炉时间不低于200分钟；首先，快速通过脱碳敏感温度范围(预热+加热一段)，降低连铸坯表面的脱碳。其次，利用高温(加热二段+均热段)阶段，氧化大于脱碳的特征，再次降低脱碳层深度。同时，保证高温扩散效果，以控制碳化物均匀性。
(4)基于步骤(3)加热炉内加热后，连铸坯出加热炉，在20-26MPa间进行高压水除磷，以彻底去除连铸坯表面的氧化铁皮；
(5)基于步骤(4)高压水除磷后的连铸坯进行控轧控冷，具体条件为：开轧温度在1040-1120℃间，连铸坯按照1.2-4.2m/s的成品速度轧制，先后经过粗轧、中轧、(预)精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度控制在750-850℃间，上冷床温度控制在650-750℃间。通过控轧控冷，减少在轧制和冷却过程中脱碳层的增加和网状碳化物的产生。
(6)基于步骤(5)控轧控冷后，对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验。
优选的，步骤(2)中所述连铸坯的的温度区间为500-700℃。
优选的，步骤(3)中所述空气与煤气的比值控制在1.2-1.28。
优选的，步骤(3)中所述预热和加热一段记为低温段，低温段的温度区间为700-980℃，低温段的保持时间不大于90分钟。
优选的，步骤(3)中所述加热二段和均热段记为高温段，高温段的温度区间为1180-1220℃，高温段的保持时间不低于120分钟。
优选的，步骤(4)中所述高压水除磷的压力为22-25MPa。
优选的，步骤(5)中所述开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为785-835℃；上冷床温度为680-740℃。
优选的，步骤(5)中所述轧制速度为1.4-4m/s。
本发明的优点和技术效果是：
与目前常规控制方法的轴承钢圆钢指标相比，本发明优势如下：
(1)本发明跳过了连铸坯保温坑缓冷过程，生产周期减少了3天；同时提高了生产效率，降低了场地占用。
(2)在加热炉停留时间缩短了30分钟，燃料(煤气)消耗下降了12％多，吨钢生产能力提高了30％以上。并且在加热炉内快速通过脱碳敏感温度范围(预热+加热一段)，降低连铸坯表面的脱碳。其次，利用高温(加热二段+均热段)阶段，氧化大于脱碳的特征，再次降低脱碳层深度，保证高温扩散效果，以控制碳化物均匀性。
(3)利用热送热装控轧控冷技术，轴承钢热轧圆钢脱碳层深度得到降低，平均总脱碳层深度下降不低于0.03％公称直径。
(4)连铸坯表面氧化烧损减少，使得成品成材率提高了0.7％。
(5)轴承钢圆钢碳化物均匀性得到改善；热装状态下，碳化物带状不均匀性下降了0.5级。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
对比例1：
Ф70mm轴承钢圆钢轧制生产；
本发明成分：C：1.0％，Mn：0.36％，Si：0.25％，Cr：1.46％，P：0.008％，S：0.003％，Ni：0.02％，Cu：0.07％，Mo：0.01％，Al：0.011％，Ti：0.0013％，[O]：0.0005％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.003％；余量为Fe及不可避免杂质。
步骤：VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；缓冷、加热炉内加热、高压水除磷、控轧控冷、剪切、收集打包、精整和检验。
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到220方连铸坯。
(2)连铸坯直接入保温坑缓冷，缓冷72个小时，待连铸坯最高温度冷却到200℃以下后，将连铸坯运送到堆场，待装炉轧制。
(3)连铸坯冷装，在加热炉内加热，空气与煤气的比值为1.3；预热段温度800℃，停留时间80分钟，正常加热；加热一段温度980℃，停留时间80分钟；加热二段温度1210℃，停留时间90分钟；均热段温度1220℃，停留时间90分钟；
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力21MPa；
(5)开轧温度-1100℃，成品轧制速度3.0m/s，先后经过粗轧、中轧、(预)精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度850℃，上冷床温度750℃。
(6)对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验。
按照GB/T 18254-2016高碳铬轴承钢标准进行检验，合格率100％，总脱碳层和碳化物带状统计如表1。
表1冷装轧制脱碳层和带状
Figure BDA0003283937710000031
实施例1：
Ф40mm轴承钢圆钢热送热装轧制生产；
本发明成分：C：0.97％，Mn：0.35％，Si：0.24％，Cr：1.46％，P：0.012％，S：0.003％，Ni：0.02％，Cu：0.07％，Mo：0.01％，Al：0.012％，Ti：0.0012％，[O]：0.0005％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.003％；余量为Fe及不可避免杂质。本发明步骤：VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；然后热送热装、加热炉内加热、高压水除磷、控轧控冷、剪切、收集打包、精整和检验。
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到220方连铸坯。
(2)利用保温车，将温度550℃左右的220方连铸坯，热装入加热炉。
(3)连铸坯在加热炉内加热，空气与煤气的比值为1.2；预热段温度650℃，停留时间40分钟，关闭加热源，通过加热一段传热；加热一段温度980℃，停留时间45分钟；加热二段温度1180℃，停留时间65分钟；均热段温度1210℃，停留时间70分钟。总在炉时间在220分钟左右。
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力22MPa。
(5)开轧温度1100℃，成品轧制速度4.0m/s，先后经过粗轧、中轧、(预)精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度835℃，上冷床温度740℃。
(6)对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验。
按照GB/T 18254-2016高碳铬轴承钢标准进行检验，合格率100％，总脱碳层和碳化物带状统计如表2。
表2Ф40mm热送热装轧制脱碳层和带状
Figure BDA0003283937710000041
实施例2：
Ф60mm轴承钢圆钢热送热装轧制生产；
本发明成分：C：0.99％，Mn：0.34％，Si：0.25％，Cr：1.46％，P：0.014％，S：0.004％，Ni：0.02％，Cu：0.07％，Mo：0.01％，Al：0.012％，Ti：0.0014％，[O]：0.0006％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.003％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明步骤：VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；然后热送热装、加热炉内加热、高压水除磷、控轧控冷、剪切、收集打包、精整和检验。
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到220方连铸坯。
(2)利用保温车，将温度595℃左右的220方连铸坯，热装入加热炉。
(3)连铸坯在加热炉内加热，空气与煤气的比值为1.28；预热段温度700℃，停留时间40分钟，关闭加热源，通过加热一段传热；加热一段温度990℃，停留时间40分钟；加热二段温度1190℃，停留时间70分钟；均热段温度1200℃，停留时间75分钟。总在炉时间在225分钟左右。
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力24MPa。
(5)开轧温度1080℃，成品轧制速度1.8m/s，先后经过粗轧、中轧、(预)精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度800℃，上冷床温度710℃。
(6)对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验。
按照GB/T 18254-2016高碳铬轴承钢标准进行检验，合格率100％，总脱碳层和碳化物带状统计如表3。
表3Ф60mm热送热装轧制脱碳层和带状
Figure BDA0003283937710000051
实施例3：
Ф70mm轴承钢圆钢热送热装轧制生产；
本发明成分：C：1.0％，Mn：0.36％，Si：0.25％，Cr：1.46％，P：0.008％，S：0.003％，Ni：0.02％，Cu：0.07％，Mo：0.01％，Al：0.011％，Ti：0.0013％，[O]：0.0005％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.003％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明步骤：VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；然后热送热装、加热炉内加热、高压水除磷、控轧控冷、剪切、收集打包、精整和检验。
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到220方连铸坯。
(2)利用保温车，将温度645℃左右的220方连铸坯，热装入加热炉。
(3)连铸坯在加热炉内加热，空气与煤气的比值为1.25；预热段温度670℃，停留时间42分钟，关闭加热源，通过加热一段传热；加热一段温度1050℃，停留时间45分钟；加热二段温度1200℃，停留时间70分钟；均热段温度1220℃，停留时间70分钟。总在炉时间在227分钟左右。
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力25MPa。
(5)开轧温度1050℃，成品轧制速度1.4m/s，先后经过粗轧、中轧、(预)精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度785℃，上冷床温度680℃。
(6)对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验。
按照GB/T 18254-2016高碳铬轴承钢标准进行检验，合格率100％，总脱碳层和碳化物带状统计如表4。
表4Ф70mm热送热装轧制脱碳层和带状
Figure BDA0003283937710000061
本发明相对于冷装轧制轴承钢而言，缩短了在炉时间，减少了能源消耗，降低了生产周期和库存周转，达到了节支降本的效益。
本发明具备优异的性能，其平均总脱碳层深度下降了0.07％公称直径；同时碳化物带状下降了0.5级。通过表5可以看出，热送热装的平均脱碳层深度为0.24％公称直径，平均碳化物带状达到了2.0级。
表5冷装与热送热装比较
Figure BDA0003283937710000062
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；
(2)基于步骤(1)得到的连铸坯，利用保温车或保温输送滚道，将连铸坯热送热装，保持一定的温度区间热装入加热炉；
(3)基于步骤(2)热装入加热炉后，连铸坯在加热炉内加热，同时控制加热炉内空气与煤气的比值控制在1.15-1.35间；所述加热炉内加热的具体程序为：预热段温度≤800℃，停留时间＜50分钟，关闭加热源，通过加热一段传热；加热一段温度900-1100℃，停留时间＜50分钟；加热二段温度1160-1230℃，停留时间＜80分钟；均热段温度1180-1250℃，停留时间＜80分钟，总在炉时间不低于200分钟；
(4)基于步骤(3)加热炉内加热后，连铸坯出加热炉，在20-26MPa间进行高压水除磷；
(5)基于步骤(4)高压水除磷后的连铸坯进行控轧控冷，具体条件为：开轧温度在1040-1120℃间，连铸坯按照1.2-4.2m/s的成品速度轧制，先后经过粗轧、中轧、精轧、KOCKS轧机轧制，终轧温度控制在750-850℃，上冷床温度控制在650-750℃；
(6)基于步骤(5)控轧控冷后，对上冷床的圆钢进行表面质量检查、剪切、收集打包、精整和检验；
其中，所述轴承钢圆钢由下列重量百分比的成分组成：C：0.96～1.03％，Mn：0.30～0.40％，Si：0.20～0.30％，Cr：1.42～1.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Ni≤0.10％，Cu：0.04-0.10％，Mo≤0.08％，Al：0.005-0.015％，Ti≤0.0030％，[O]≤0.0009％，Ca≤0.0010％，As≤0.04％，Pb≤0.002％，Sn≤0.03％；余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述连铸坯的温度区间为500-700℃。
3.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述空气与煤气的比值控制在1.2-1.28。
4.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述预热和加热一段记为低温段，低温段的温度区间为700-980℃，低温段的保持时间不大于90分钟。
5.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述加热二段和均热段记为高温段，高温段的温度区间为1180-1220℃，高温段的保持时间不低于120分钟。
6.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(4)中所述高压水除磷的压力为22-25MPa。
7.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为785-835℃；上冷床温度为680-740℃。
8.根据权利要求1所述的一种降低轴承钢圆钢脱碳层深度的热送热装生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述轧制的速度为1.4-4m/s。
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