一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法
阅读说明：本技术 一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法 (Cogging method for improving segregation of medium carbon alloy steel casting blank ) 是由 陈继林 杨成 孔令波 杨栋 马洪磊 刘维 薛正国 霍立伟 徐立刚 张旭 郑建 于 2020-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法,包括开坯加热、开坯轧制工序,其特征在于,所述开坯加热工序,采用蓄热式加热炉分三段进行加热,从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段,一加热段加热温度850～950℃,二加热段加热温度1050～1150℃,均热段加热温度1150～1250℃。本发明获得的小铸坯,中心偏析从2.5级降至1.0级以下,正常轧制的成品晶粒度可均匀控制在8级以上。(The cogging method for improving the medium carbon alloy steel casting blank segregation comprises the steps of cogging heating and cogging rolling and is characterized in that a heat accumulating type heating furnace is adopted for heating in three sections, a heating section and a soaking section are sequentially arranged from an inlet to an outlet of the heating furnace, the heating temperature of the heating section is 850-950 ℃, the heating temperature of the heating section is 1050-1150 ℃, and the heating temperature of the soaking section is 1150-1250 ℃. The center segregation of the small casting blank obtained by the invention is reduced from 2.5 grade to below 1.0 grade, and the grain size of the finished product which is normally rolled can be uniformly controlled to be above 8 grade.)
技术领域
本发明属于钢铁材料生产技术领域，尤其涉及一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法。
背景技术
中碳合金钢线材包括合金冷镦钢、弹簧钢等，主要用于制造汽车高强度螺栓、套筒、异形件、悬架簧等关键零部件。近年来，我国在汽车零部件用钢制备和替代进口方面取得了突出的成绩，但在高品质汽车零部件用钢的生产技术与应用方面与国外先进国家相比仍有较大差距，主要表现在我国的高品质汽车零部件用钢线材的生产技术成熟度和质量稳定性控制方面还有差距，如材料成型过程的开裂率，高强度螺栓和弹簧的疲劳寿命等。产品在应用过程中还不能够满足高疲劳、大变形、低波动、低成本、定制化的要求，其中材料组织均匀性和稳定性是影响疲劳等性能的主要因素，对于中碳合金钢最主要的是铸坯偏析问题，绿色发展助推新能源汽车的弯道超车，中国钢铁的高质量发展至关重要，所以关键性能亟待提升。
由于中碳合金钢主要用于强度在1000MPa以上的服役环境，疲劳寿命要求较严格，大部分依赖进口，影响疲劳寿命的主要因素就是偏析，目前国内关于降低铸坯偏析的专利鲜有报道：申请号201210174384.X的中国专利公开了“一种降低Cr、Mo钢轧材框形偏析的方法”，主要控制电磁搅拌强度、频率、二次冷却区总水量、比水量、过热和拉速，并通过轧制来降低框形偏析，但成本较高，效率低，且无法完全消除中心偏析等问题。申请号201911233884.4的中国专利公开针对“一种控制轴承钢铸坯中心碳偏析的工艺方法”，通过连铸过程中包温度控制，采用浸入式水口，电磁搅拌等技术方案促进了钢水夹杂物上浮,减少铸坯内部夹杂,提高铸坯中心等轴晶率,降低铸坯中心碳偏析指数，仅从炼钢连铸工序无法完全保证铸坯偏析质量，且多次试验发现中心偏析依然存在。申请号201910299087.X的的中国专利公开了一种改善大方坯连铸坯框型偏析的方法，通过调整连铸机工艺参数：拉速、结晶器电磁搅拌及二冷电磁搅拌位置等,以改善大方坯连铸坯的框型偏析，降低拉速影响生产效率，同样增加成本及生产周期，却无法有效改善铸坯偏析质量。
以上专利主要通过炼钢连铸工序的拉速及电磁搅拌等手段，增加成本及生产周期，且铸坯偏析无法大幅度有效解决。如何能够在炼钢工序的常规连铸参数下加以控制，利用钢坯两火成材工艺，现有生产设备，不单独进行扩散退火工艺，来实现铸坯偏析质量的有效保证，支撑我国中碳合金钢的高质量提升，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法，消除中碳合金钢的铸坯偏析问题，尤其是铸坯中心偏析。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种改善中碳合金钢铸坯偏析的开坯方法，包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度850～950℃,二加热段加热温度1050～1150℃，均热段加热温度1150～1250℃。
一般铸坯中易造成区域偏析，固溶体平衡结晶后产生显微偏析，包括胞状偏析、枝晶偏析、及晶界偏析，除了浇注过程采取一些措施外，可将铸坯加热至低于固相线100-200℃的温度，进行一定时间的保温，使偏析元素固溶后实现均匀扩散，有效消除铸坯在凝固过程中产生的枝晶偏析和区域偏析，实现成分的弥散分布。另外，考虑到中碳合金钢的第二脆性区温度(700-800℃)，在加热段应避开脆性区的停留，防止钢坯加热初期的脆性裂纹；
相对于常规工艺，本发明采用分段式加热，初期快速避开脆性区，在较低均匀的加热温度下，实现了偏析成分的弥散扩散，且保证了原始奥氏体晶粒，避免混晶。
进一步的，所述开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用50-60mm的压下量，中间的四道次采用20-30mm的压下量，最后一道次采用10-20mm的压下量。
采用足够大的开坯压下量，铸坯微观晶体经过位错滑移，打破各晶枝间相互的互封锁作用，使得凝固收缩过程中所形成的分散孤立的不规则缩松在开坯均匀压下过程中予以焊合，消除钢坯内部疏松，铸坯同时通过大压下量的均匀变形，将铸坯等轴晶及柱状晶进行均匀性重塑，以上原理实现了铸坯偏析质量的大大改善。
进一步的，所述开坯加热工序，加热总时间为5～6h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.5～2h。
为了避免铸坯内奥氏体晶粒的过度长大，应降低加热温度并缩短保温时间，所以将加热总时间设计为5～6h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间设计为1.5～2h。
进一步的，所述加热炉残氧量控制在4%以下。
考虑到加热过程对材铸坯脱碳的影响，应严格控制炉内残氧量，避免氧化反应，所以将加热炉残氧量控制在4%以下。
优选的，所述大方坯断面尺寸为280×280mm～325×325mm，小方坯断面尺寸为120×120mm～180×180mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明获得的小铸坯，中心偏析从2.5级降至1.0级以下，正常轧制的成品晶粒度可均匀控制在8级以上。通过本发明可有效改善中碳合金钢的铸坯偏析和组织均匀性，中碳合金钢制作的零部件无论在发动机还是悬架弹簧服役，在高速服役下，可满足原材料具备均匀的成分分布及组织状态。
附图说明
图1为实施例1中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图2为实施例2中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图3为实施例3中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图4为实施例4中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图5为实施例5中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图6为实施例6中碳合金钢开坯后的小方坯铸坯低倍组织照片
图7为实施例1中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片
图8为实施例2中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片
图9为实施例3中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片
图10为实施例4中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片
图11为实施例5中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片
图12为实施例6中碳合金钢轧制成线材的晶粒度照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为280×325mm，小方坯断面尺寸为160×160mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度850℃,二加热段加热温度1050℃，均热段加热温度1150℃，加热总时间为6h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为2h，加热炉残氧量为4%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用50mm的压下量，中间的四道次采用30mm的压下量，最后一道次采用10mm的压下量。
实施例2
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为280×325mm，小方坯断面尺寸为160×160mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度950℃,二加热段加热温度1150℃，均热段加热温度1250℃，加热总时间为5h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.5h，加热炉残氧量为3%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用60mm的压下量，中间的四道次采用20mm的压下量，最后一道次采用20mm的压下量。
实施例3
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为280×325mm，小方坯断面尺寸为160×160mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度900℃,二加热段加热温度1110℃，均热段加热温度1200℃，加热总时间为5.5h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.5h，加热炉残氧量为2%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用55mm的压下量，中间的四道次采用25mm的压下量，最后一道次采用20mm的压下量。
实施例4
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为280×325mm，小方坯断面尺寸为160×160mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度920℃,二加热段加热温度1150℃，均热段加热温度1180℃，加热总时间为5.2h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.6h，加热炉残氧量为1%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用56mm的压下量，中间的四道次采用24mm的压下量，最后一道次采用18mm的压下量。
实施例5
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为280×280mm，小方坯断面尺寸为120×120mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度871℃,二加热段加热温度1131℃，均热段加热温度1167℃，加热总时间为5.7h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.3h，加热炉残氧量为3.4%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用53mm的压下量，中间的四道次采用27mm的压下量，最后一道次采用13mm的压下量。
实施例6
将中碳合金钢铸坯大方坯进行开坯，大方坯断面断面尺寸为325×325mm，小方坯断面尺寸为180×180mm，开坯工艺包括开坯加热、开坯轧制工序，所述开坯加热工序，采用蓄热式加热炉分三段进行加热，从加热炉入口到出口依次为一加热段、二加热段、均热段，一加热段加热温度891℃,二加热段加热温度1141℃，均热段加热温度1231℃，加热总时间为5.9h，钢坯在≥1150℃温度段的保温时间为1.8h，加热炉残氧量为2.7%。开坯轧制工序，将大方坯轧制成小方坯，采用九道次轧制，前四道次采用58mm的压下量，中间的四道次采用29mm的压下量，最后一道次采用16mm的压下量。
对实施例1-6开坯后的小方坯按照国家检验标准进行低倍酸洗，然后进行中心偏析检验，检验结果如表1。附图1－6为实施例1－6小方坯酸洗后的铸坯低倍组织照片。将实施例1－6开坯后的小方坯轧制成线材，线材组织晶粒度如表1，附图7－12为实施例1－6小方坯轧制成线材的组织晶粒度照片。
表1
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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