[发明专利]一种非调质钢的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种非调质钢的生产工艺，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

目前，国内机械加工行业切削用棒材多数使用45、40Cr及42CrMo等普通调质钢，这些棒材在作为机加工切削用原料时需进行调质热处理，调质成本高，而且由于调质过程会增加能耗并污染环境，同时还有一些废品损耗，不符合现今的节能环保要求。因此，不需要调质处理的可直接切削用非调质钢必将逐步代替普通调质钢，成为未来发展趋势。非调质钢是指不经过调质处理就可以达到性能要求的机械结构钢，采用此类钢制造零件，可省去调质热处理工序，具有节省能源、材料、工艺简单等优点，可以减少环境污染、避免氧化、脱碳、变形、开裂。

国内生产易切削非调质钢传统工艺为:电炉冶炼-精炼-模铸-控轧控冷。该种工艺在生产中的难点为：铸坯低倍组织的控制。现有国内外生产厂家大多通过改善非调质钢的化学成分来达到对铸坯低倍组织的控制，然而，研究证明，单纯通过成分设计很难使得非调质钢达到性能上的要求。

为此，首钢总公司提出了一种新的非调质钢的生产工艺，主要包括：转炉冶炼、挡渣出钢、钢包脱氧合金化、LF钢包精炼、喂S线、钢包底吹氢全保护浇铸、铸坯控温、控冷以及轧制等步骤，其中，在轧制步骤中，加热温度1100-1180℃，开轧温度1020-1100 ℃，终轧温度850-920 ℃，相对变形量为15-35%，轧后控冷到600℃后缓慢冷却到室温。上述工艺生产的非调质钢，通过缓慢冷却方式在短时间内很难保证钢材芯部和表面的温度趋于一致，短时间内很容易导致钢材表面和芯部的强度、韧性波动很大，力学性能严重不均匀，采用上述工艺生产大尺寸非调质钢时（例如φ70-φ145棒材），棒材表面和棒材芯部力学性能不均匀的现象更加明显。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有非调质钢生产工艺生产出的钢材的表面力学性能和芯部力性能不均匀的缺陷，从而提供一种非调质钢的生产工艺，确保成品的表面力学性能和芯部力学性能的均匀性。

为此，本发明提供一种非调质钢的生产工艺，包括至少在精轧步骤后进行的冷却步骤，在所述冷却步骤中，采用强弱冷却交替的方式使所述钢材至少经过两段穿水冷却，以使得在特定时间内钢材的芯部温度与表面温度趋于一致。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述冷却步骤中，使所述钢材经过三段穿水冷却，其中，第一段穿水冷却采用强冷，第二段穿水冷却采用弱冷，第三段穿水冷却采用强冷。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述冷却步骤中，通过控制穿水冷却装置的阀门开启程度控制冷却的强弱。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述冷却步骤中，所述钢材经过穿水冷却后，在4-7秒内降低100℃～400℃，待钢材回温后再次降温50℃～200℃。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述冷却步骤中，控制第一段阀门开度为30%～40%，第二段阀门开度为20%，第三段阀门开度为30%～40%，以确保在4-7秒使所述钢材表面温度降低100℃～400℃。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述冷却步骤中，待钢材回温后采用喷雾冷却的方式对所述钢材进行降温冷却。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述降温冷却后，将所述钢材分散放置到冷床上进行10-12分钟的空冷。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述空冷后，将所述钢材叠放后进行罩冷。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，还包括位于冷却步骤前的精轧步骤，在所述精轧步骤中，控制所述钢材进入精轧步骤时的温度≤950℃，在钢材温度处于780℃～900℃条件下进行低温轧制。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，还包括位于精轧步骤之前的冶炼步骤，所述冶炼步骤包括依次进行的电炉冶炼步骤、钢包炉冶炼步骤以及精炼步骤。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述电炉冶炼中采用全铁水冶炼，终点磷含量≤0.015%，终点碳含量0.03%～0.10%，终点温度1620℃～1700℃。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述钢包炉冶炼步骤和/或所述精炼步骤中采用碳化硅、硅铁粉脱氧。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在所述钢包炉冶炼步骤和/或所述精炼步骤中，造白渣，并使得白渣保持时间不少于20分钟。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，在精炼步骤中，确保精炼时间不少于45分钟，将含氢量控制在1.5ppm以下。