一种高碳易切削钢线材的轧制方法

文档序号：1959472 发布日期：2021-12-14 浏览：19次 >En<

阅读说明：本技术 一种高碳易切削钢线材的轧制方法 (Rolling method of high-carbon free-cutting steel wire ) 是由徐士新吕迺冰王翔周洁代锦刘珂邱智捷陈涛孙齐松罗洪金罗志俊于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明特别涉及一种高碳易切削钢线材的轧制方法,属于钢材轧制技术领域,方法包括：将高碳易切削钢的钢坯进行加热,所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段,其中,所述预热段的温度≤750℃,所述加热一段的温度为900℃-1000℃,所述加热二段的温度为1100℃-1200℃,所述均热段的温度为1100℃-1200℃；将加热后的所述钢坯进行除鳞；将除鳞后的所述钢坯进行轧制和吐丝,获得钢丝；将所述钢丝进行风冷；将风冷后的所述钢丝进行集卷,获得高碳易切削钢线材；通过设定较高的加热一段温度和加热二段温度,可快速将铸坯温度提高至能进行碳扩散的温度,减少铸坯因碳偏析造成的局部网状碳化物现象。(The invention particularly relates to a rolling method of a high-carbon free-cutting steel wire rod, belonging to the technical field of steel rolling, and the method comprises the following steps: heating a steel billet of high-carbon free-cutting steel, wherein the heating comprises a preheating section, a first heating section, a second heating section and a soaking section, the temperature of the preheating section is less than or equal to 750 ℃, the temperature of the first heating section is 900-1000 ℃, the temperature of the second heating section is 1100-1200 ℃, and the temperature of the soaking section is 1100-1200 ℃; descaling the heated steel billet; rolling and spinning the descaled steel billet to obtain a steel wire; air-cooling the steel wire; collecting and coiling the steel wire subjected to air cooling to obtain a high-carbon free-cutting steel wire rod; by setting higher first-stage heating temperature and second-stage heating temperature, the temperature of the casting blank can be quickly increased to the temperature capable of performing carbon diffusion, and the phenomenon of local net-shaped carbide of the casting blank caused by carbon segregation is reduced.)

一种高碳易切削钢线材的轧制方法

技术领域

本发明属于钢材轧制技术领域，特别涉及一种高碳易切削钢线材的轧制方法。

背景技术

近年来，随着汽车、通讯、精密仪器行业快速发展，合金结构钢的切削性能逐渐被开发应用，合金结构钢易切削化已成为未来合金结构钢和易切削钢的发展趋势。高碳系列合金结构钢在添加易切削元素(S、Pb等)后需要兼顾易切削性能与机械性能，特别是高碳钢生产过程中经常遇到的网状碳化物问题，易切削元素的添加对其控制措施带来了全新的影响。

特别地，下游用户在使用高碳易切削钢线材前一般对其进行多道次冷拉拔+球化退火处理，以避免网状碳化物引起的拉拔断丝，该拉拔工艺严重影响连续作业率，增加生产成本。当热轧线材中网状碳化物级别达到2.5级以上时，球化退火无法完全消除网状碳化物，且网状碳化物球化后的碳化颗粒尺寸远大于珠光体片层渗碳体球化后的碳化物颗粒，造成碳化物颗粒不均匀。因此，热轧盘条中网状碳化物的控制至关重要。

通常，高碳钢线材网状碳化物的控制采用低温轧制+轧后快速冷却的工艺，以防止轧后缓慢冷却过程中碳化物在奥氏体晶界处析出形成网状结构(特别是在盘条心部)，严重影响高碳钢线材的塑性。常规高碳钢线材轧制时，通常将终轧温度控制在小于900℃范围内，轧后快速冷却至600～700℃。例如，中国发明专利申请CN105648170B轴承钢网状碳化物和带状碳化物的控制方法以及轴承钢中，为控制轴承钢网状碳化物，其终轧温度控制在830～870℃范围内，随后在3～7s时间内冷却至600～650℃，使轴承钢中网状碳化物级别从3.0级以上降至2.0级或3.0级；中国发明专利申请CN106065452B一种能降低桥索钢网状碳化物级别的方法中，其精轧入口温度达到760～800℃，将桥索钢盘条中网状碳化物降至不超过0.5级；中国发明专利申请CN109680136A高碳轧材及其制备方法和应用中，为缓解碳化物分布不均匀，其终轧温度区间为850～900℃，轧后快速冷却至650～700℃，各实施例网状碳化物级别≤2.5级。

然而，当钢中加入S、Pb等易切削元素后，高碳钢的高温热塑性发生明显变化，如图1所示，其低塑性区间覆盖温度范围明显变宽，常规高碳钢线材网状碳化物控制手段已不再适用。

此外，较高的索氏体比例不仅使高碳钢线材具有优异的力学性能，而且有利于拉拔顺行。提高高碳钢索氏体比例的传统方法是对奥氏体化后的盘条在索氏体相变区间内对其进行等温淬火处理，该措施虽可大幅提高索氏体比例，但却增加了生产成本。目前，采用配备斯太尔摩风冷线的高速线材生产线在线生产高索氏体比例的高碳易切削钢线材尚存在一定难度。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高碳易切削钢线材的轧制方法。

本发明实施例提供了一种高碳易切削钢线材的轧制方法，所述方法包括：

将高碳易切削钢的钢坯进行加热，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述预热段的温度≤750℃，所述加热一段的温度为900℃-1000℃，所述加热二段的温度为1100℃-1200℃，所述均热段的温度为1100℃-1200℃；

将加热后的所述钢坯进行除鳞；

将除鳞后的所述钢坯进行轧制和吐丝，获得钢丝；

将所述钢丝进行风冷；

将风冷后的所述钢丝进行集卷，获得高碳易切削钢线材。

可选的，将高碳易切削钢的钢坯进行加热，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段中，所述钢坯的坯头和坯尾的温度差≤20℃，整个所述加热的时间控制在2h-3h，以体积分数计，所述加热的气氛中残氧比例控制在1.0％-3.0％。

可选的，所述将加热后的所述钢坯进行除鳞中，所述除鳞的除鳞水压力≥16Mpa，所述钢坯的坯头不进行除鳞。

可选的，所述将除鳞后的所述钢坯进行轧制和吐丝中，所述轧制的开轧温度控制在1050℃-1150℃，所述板坯在精轧机组进口的温度控制在1000℃-1050℃，所述板坯在入减定径机组的温度控制在950℃-1000℃，所述板坯在出减定径机组后降温至780℃-830℃。

可选的，所述将所述钢丝进行风冷中，所述风冷采用斯太尔摩风冷线。

可选的，所述将所述钢丝进行风冷中，根据所述钢丝的规格预设所述斯太尔摩风冷线的参数，使得所述钢丝冷却至碳化物析出区间及高温珠光体区间以下，并在进入索氏体区间后加盖保温罩实现所述钢丝充分索氏体化。

可选的，所述斯太尔摩风冷线的参数包括辊道速度参数、保温罩开启情况参数和风机开启情况参数；

所述钢丝的规格和所述辊道速度参数的对应关系如下：

所述钢丝的规格和所述保温罩开启情况参数的对应关系如下：

规格/mm	1#-3#	4#-14#	15#	16#-20#	21#-22#
						Φ5-Φ12	开	关	半开	关	开
Φ12-Φ18	开	关	半开	关	开
						Φ18-Φ25	开	关	半开	关	开

所述钢丝的规格和所述风机开启情况参数的对应关系如下：

规格/mm	1#	2#	3#	4#-22#
					Φ5-Φ12	25％-30％	10％-15％	0％-5％	关
Φ12-Φ18	30％-35％	15％-20％	5％-10％	关
					Φ18-Φ25	35％-40％	20％-25％	10％-15％	关

。

可选的，所述将风冷后的所述钢丝进行集卷中，所述集卷的温度为300℃-400℃。

可选的，所述高碳易切削钢包括硫系易切削钢和铅系易切削钢。

可选的，以重量分数计，所述硫系易切削钢的化学成分包括：C 0.70％-1.10％，Si0％-0.5％，Mn 0.50％-1.20％，S 0％-0.40％，P 0％-0.08％，余量为Fe及不可避免杂质；所述铅系易切削钢的化学成分包括：C 0.70％-1.10％，Si 0％-0.5％，Mn 0.50％-1.20％，S 0％-0.20％，P 0％-0.05％，Pb 0.15％-0.35％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的高碳易切削钢线材的轧制方法，所述方法包括：将高碳易切削钢的钢坯进行加热，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述预热段的温度≤750℃，所述加热一段的温度为900℃-1000℃，所述加热二段的温度为1100℃-1200℃，所述均热段的温度为1100℃-1200℃；将加热后的所述钢坯进行除鳞；将除鳞后的所述钢坯进行轧制和吐丝，获得钢丝；将所述钢丝进行风冷；将风冷后的所述钢丝进行集卷，获得高碳易切削钢线材；通过设定较高的加热一段温度和加热二段温度，可快速将铸坯温度提高至能进行碳扩散的温度，减少铸坯因碳偏析造成的局部网状碳化物现象。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的

具体实施方式

。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是背景技术提供的高碳钢添加易切削元素后高温热塑性变化规律图；

图2是本发明实施例1所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图；

图3是本发明实施例2所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图；

图4是本发明实施例3所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图；

图5是本发明实施例4所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图；

图6是本发明实施例5所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图；

图7是本发明对比例2所得高碳易切削钢线材心部光学金相组织图

图8是本发明实施例提供的方法的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高碳易切削钢线材的轧制方法，所述方法包括：

S1.将高碳易切削钢的钢坯进行加热，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，其中，所述预热段的温度≤750℃，所述加热一段的温度为900℃-1000℃，所述加热二段的温度为1100℃-1200℃，所述均热段的温度为1100℃-1200℃；

高碳易切削钢包括硫系易切削钢和铅系易切削钢；以重量分数计，所述硫系易切削钢的化学成分包括：C 0.70％-1.10％，Si 0％-0.5％，Mn 0.50％-1.20％，S 0％-0.40％，P 0％-0.08％，余量为Fe及不可避免杂质；所述铅系易切削钢的化学成分包括：C0.70％-1.10％，Si 0％-0.5％，Mn 0.50％-1.20％，S 0％-0.20％，P 0％-0.05％，Pb0.15％-0.35％，余量为Fe及不可避免杂质。

具体而言，钢坯入炉加热，严格控制加热炉各段的温度、时间，其中预热段温度≤750℃，加热一段温度为900～1000℃，加热二段温度为1100～1200℃，均热段温度为1100～1200℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在2～3h，加热炉气氛残氧比例(体积百分比)控制在1.0％～3.0％。

常规高碳钢铸坯加热的控制思路：为保证碳化物充分溶解、扩散，在1200℃以上的高温段进行长时间加热。此处区别于常规高碳钢铸坯加热的参数控制在于：通过设定较高的加热段温度，可快速将铸坯温度提高至能进行碳扩散的温度，减少铸坯因碳偏析造成的局部网状碳化物现象；较低的加热炉气氛残氧值及较短的驻炉时间，有利于减少由于长时间高温氧化产生较厚的氧化铁皮，同时可减少硫等易切削元素与Fe形成FeS-FeO的低熔点共晶体(高压水除鳞难以去除)，保证热轧产品表面质量。

S2.将加热后的所述钢坯进行除鳞；

具体而言，出加热炉后进行高压水除鳞，除鳞水压力≥16MPa，高压水延时启喷0.5～1.5s。

通过高压除鳞水的延时启喷，可减轻由于高压水除鳞造成的铸坯头部温度偏低，避免轧制过程中易切削钢铸坯头部咬入时因进入低塑性区引起的开裂现象。

S3.将除鳞后的所述钢坯进行轧制和吐丝，获得钢丝；

具体而言，轧制过程采用高温快轧工艺，开轧温度控制在1050～1150℃，精轧机组进口温度控制在1000～1050℃，入减定径机组温度控制在950～1000℃，出减定径机组后严格控制水箱水量，使吐丝温度控制在780～830℃。

整个轧制过程采用高温快轧控制思路，避免在高温低塑性区间轧制，轧后通过计算，根据线材规格设置减定径机组后水箱水量，进行超快冷却，实现稳定的吐丝温度。

S4.将所述钢丝进行风冷；

具体而言，吐丝后进入斯太尔摩风冷线，冷却过程采用控冷工艺，斯太尔摩风冷线控制参数根据线材规格大小而不同，具体如表1、2、3所示：

表1斯太尔摩风冷线辊道速度(m/min)

表2斯太尔摩风冷线保温罩开启情况

规格/mm	1#～3#	4#～14#	15#	16#～20#	21#～22#
						Φ5～Φ12	开	关	半开	关	开
Φ12～Φ18	开	关	半开	关	开
						Φ18～Φ25	开	关	半开	关	开

表3斯太尔摩风冷线风机开启情况(风机最大功率风量为20万m³/h)

规格/mm	1#	2#	3#	4#～22#
					Φ5～Φ12	25％～30％	10％～15％	0～5％	关
Φ12～Φ18	30％～35％	15％～20％	5％～10％	关
					Φ18～Φ25	35％～40％	20％～25％	10％～15％	关

斯太尔摩风冷线控制的主要技术思路是：吐丝后根据线材规格通过控制风机风量继续将钢材冷却至碳化物析出区间及高温珠光体区间以下，进入索氏体区间后加盖保温罩，使其充分索氏体化，达到80％～95％，减少硬相组织的存在，不仅有利于消除网状碳化物，而且有利于下游用户的拉拔顺行。

S5.将风冷后的所述钢丝进行集卷，获得高碳易切削钢线材；

具体而言，散卷出斯太尔摩风冷线时集卷温度为300～400℃，空冷至室温打包。

本发明适用于断面尺寸范围为(120～300)mm×(120～300)mm高碳易切削钢钢坯的轧制。

本发明适用于规格为Φ5mm～Φ25mm的高碳易切削钢线材的生产。

高碳易切削钢采用常规高碳钢线材轧制工艺时，劈头现象严重，轧制顺行特别困难，表面缺陷严重，且高碳易切削钢线材网状碳化物级别基本在1.5级以上；采用本发明轧制方法后，高碳易切削钢线材网状碳化物级别有效控制在1.0级以下，索氏体比例可达到80％～95％，且轧制顺行，表面缺陷率在1％以内，下游用户球化退火次数也随热轧盘条碳化物网状级别降低相应减少1～2次。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高碳易切削钢线材的轧制方法进行详细说明。

实施例1

一种高碳易切削钢线材的轧制方法，所述方法包括：

采用断面尺寸为120mm×120mm的高碳硫系易切削钢铸坯生产规格为Φ5mm的线材，其化学成分(质量百分比)为C 0.70％，Si 0.20％，Mn 1.20％，P 0.02％，S 0.40％，余量为Fe及不可避免杂质。盘条经高速线材轧机轧制成相应规格后吐丝散卷。生产过程具体控制参数为：钢坯预热段温度为700℃，加热I段温度为900℃，加热II段温度为1175℃，均热段温度为1150℃，钢坯头、尾温度偏差≤20℃，总驻炉时间控制在3h，加热炉气氛的残氧比例(体积分数)控制在2.0％。出加热炉进行高压水除鳞，高压水延时启喷1.5s，除鳞水压力为18MPa；开轧温度为1150℃，精轧机组进口温度为1050℃，入减定径机组温度为1000℃，吐丝温度为830℃；斯太尔摩风冷线参数辊道速度如下表所示：