专利名称：一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于钢板制造技术领域，特别涉及一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺。
背景技术：
中高碳钢、合金钢在火焰切割冷却到室温后容易产生裂纹，这种裂纹是由于热应力加组织应力之和大于该材料的破断强度所致。采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等测试方法，对钢板切割裂纹进行了分析，结果表明，钢板出现切割开裂，主要在在被氧气切割的过程中，就相当于把钢加热至临界点AC3(亚共析钢加热时，所有铁素体都转变为奥氏体的温度)以上，保温后以大于V临界冷却速度，那么这个过程实际上已经将钢材淬火了，切割断面将不会出现中间转变过程而得到马氏体、贝氏体，经过这种过程后钢材的脆性也就升高了，十分容易变形开裂，加上热轧厚板在切割熔融后重新凝固的组织粗大，局部组织过热，产生较大的内应力集中等综合因素所造成。随着钢板厚度和硬度的增加，切割边部出现裂纹倾向加大，故特厚的中、高碳钢及合金钢(例如:C含量> 0.30%的钢种:优质碳素结构钢35#、45#、50# ;合金结构钢40Cr、50Cr、塑料模具钢P20、S45C、S50C)在切割时必须防止钢板切割裂纹的产生。CN102528210 A公开了一种特厚钢板火焰切割工艺，其特征是:其采用火焰切割机对特厚钢板进行火焰切割；将待切割钢板放置到数控火焰切割机上，待切割钢板表面与数控火焰切割机的割咀垂直，割咀距离待切割钢板表面的高度为10 30_ ;设定切割速度、预热时间、预热氧压力、切割氧压力和丙烷压力，切割速度随待切割钢板厚度尺寸增大而减小，切割速度为200 60mm/min，预热时间为40s 80s，预热氧压力为0.3 0.6Mpa，切割氧压力为I 1.6Mpa，丙烷压力为0.1 0.16Mpa ;以待切割钢板表面与侧面成直角处作为起割点，调整割咀火焰强度，使二次火焰的长度达到待切割钢板底部，起割前在切割点预热，达到设定的预热时间后，打开切割氧，待熔渣沿边缘向下流淌时，向前移动割咀，当熔渣从底部排出时，加快割炬移动速度至正常切割作业。所述特厚钢板火焰切割工艺是一种传统火焰切割的一种比较先进的代表性工艺，但是所述工艺具有明显的缺陷是，所述火焰切割工艺切割后的钢板在冷却到室温过程中由于冷却比较迅速，必然容易产生裂纹，会导致次品率较高，故仍需提出一种新的火焰切割工艺，以实现控制整个火焰切割的流程，达到预期目的。
发明内容
本发明目的在于解决上述问题，提供一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，可以切割50 300mm的特厚的中、高碳钢及合金钢，并可以有效防止火焰切割过程中产生裂纹，提高钢材质量。本发明基于特厚中、高碳钢及合金钢火焰切割裂纹产生机理，提出对传统火焰切割流程进行优化的措施，采用的技术方案是:一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，采用小车式火焰切割机，其特征在于:先预热后切割、带温低速切割和切割后保温的工艺处理方式，防止火焰切割过程中产生裂纹，综合提高钢材质量。本发明采取的所述火焰切割流程如下:把小车式火焰切割机放置到待切割特厚中、高碳钢及合金钢钢板上，按照所述钢板厚度值设置切割参数，小车式火焰切割机的割咀与所述钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为20 30mm，所述预热温度控制在200 300°C，切割速度控制在250 40mm/min，所述钢板切割后进行堆垛缓冷或者高温回火处理。所述堆垛缓冷工艺要求是:当环境温度< 10°C时，钢板切割后割缝部位要用隔热毯或者石棉布包裹，包裹时间距离切割时间保持在5min以内。所述高温回火工艺要求是:钢板切割后在回火炉中进行高温回火处理，回火温度设置为530 570°C。作为本发明进一步优化，所述钢板厚度为50 120mm时，切割速度控制在250 200mm/mino作为本发明进一步优化，所述钢板厚度为120 180mm时，切割速度控制在200 145mm/min0作为本发明进一步优化，所述钢板厚度为180 250mm时，切割速度控制在145 85mm/min0作为本发明进一步优化，所述钢板厚度为250 300mm时，切割速度控制在85 40mm/mino作为本发明进一步优化，所述钢板厚度为280 300mm时，切割速度控制在65 40mm/mino本发明具体工艺流程各环节的具体工艺要求分析如下:
(I)钢板预热:根据钢板质量等级和板厚，预热方法采用火焰烧枪，主要是集中在被切割口附近进行预热，适用于面积不是很大的，可以实现均匀预热；电子加热垫或者加热炉加热，所述钢板预热过程中要求行走缓慢，使整个钢板界面均匀受热，以免接触热源的区域出现局部过热现象；为确定钢板预热效果，应在加热点被面测试所需温度。当气温彡15°C，切割时钢板温度> 100°C ;气温< 5°C，切割时钢板温度> 150°C ；5°C<气温彡15°C，切割时钢板温度> 120°C ;根据测试数据显示，若是达到理想预热效果，所述钢板可直接进行火焰切割。(2)带温低速切割:若是无法进行整板预热，则采用局部预热，然后使用所述低速切割方法防止切割裂纹，这里是指相比于同厚度其他类钢板而言的低速切割。火焰切割前先对切割带用火焰枪空跑几趟进行预热，预热温度达到200 300° C为宜；其最大切割速度取决于钢板等级和厚度。此步骤可以与(I)所述预热后切割的火焰切割方法结合使用，进一步降低切割裂纹的出现几率。(3)堆垛缓冷或高温回火:本工艺步骤核心是采取控制措施降低冷却速度，具体有如下两种形式:
a:堆垛缓冷，钢板切割后的缓冷会有效降低切割裂纹的风险。所述钢板被火焰切割后，立即将其在带有温热时进 行堆垛，采用方法是:使用隔热毯或者石棉布将其覆盖，堆垛缓冷要求冷却到室温，加了这个看似平常的技术方案，可以有效地降低冷却速度，很好地确保切割后的钢板在保温后以小于V临界冷却速度缓慢冷却至室温，避免将钢材淬火效应导致钢材脆性升高，很好地解决了特厚钢板在切割后的变形开裂问题。特别是当气温< 10°c的条件下，在钢板切割后必须5min以内把切割部位用隔热毯或者石棉布包裹，才可以起到减少裂纹产生的目的，否则减少裂纹的效果会不明显。b:高温回火，对于碳钢及合金钢的切割，钢板切割后在回火炉中进行高温回火处理，回火温度设置为530 570°C，可以有效消除切割产生的应力，从而预防切割裂纹。此工艺步骤一般只需从a:堆垛缓冷或者b:高温回火中选择其一进行操作既可有效提高效益。后期质量检验:钢板切割裂纹属于延迟性裂纹，钢板厚度和硬度越大，出现切割裂纹就越大，需要在火焰切割完成48小时后检验，可以采取光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等方法进行取样检测分析，本步骤主要是针对批量生产中进行抽检裂纹指数使用，确保验收合格率，对工艺过程进行效果反馈，并对后续工作具有指导意义。本发明的有益效果是:本发明通过控制火焰切割流程，采用先预热后切割、带温低速切割和切割后保温的工艺处理方式，改进了采用传统火焰切割的工艺方法，取得了非常显著的效果，彻底改变了采用传统火焰切割中高碳钢、合金钢后冷却到室温后容易产生裂纹的现状，特别是对于切割后工序的保温措施，避免钢材脆性升高而在切割后的变形开裂，提高了特厚中、高碳钢及合金钢的综合质量，经过现场试制和检验，极大地提高了批量生产验收合格率，更让人想不到的是，通过选择合理的切割工艺参数和保温措施，能够高质量地将50 300mm特厚钢板切断，确保切割面垂直度在2.6 4.8mm,粗糙度Ra甚至降至25微米，具有实质性的特点取得了显著的技术进步；采用本发明所述的技术方案，极大地减少了钢铁资源浪费，降低了工业生产成本，提高了国产钢铁加工技术的又一突破，能够产生巨大的经济和社会效益。本发明特厚中、高碳钢及合金钢的火焰切割工艺，实施难度小，成本较低，效益很好，具有普遍推广使用价值。
具体实施例方式具体实施例1
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为300mm、材质为45#的钢板，进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将45#厚度300mm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到300mm的45#钢板上，小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为20mm，设定切割速度为50 70mm/min，预热温度为250°C ;钢板割缝部位在切割后5min以内进行使用隔热毯将其覆盖，堆垛缓冷至室温；切割后放置48小时，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。本发明实施例的裂纹检测结果:未发现裂纹出现，验收合格率99.7%，切割面垂直度在4.6mm，粗糙度Ra达到25微米，实现了预期目标。具体实施例2
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为300mm、材质为45#的钢板，进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将45#厚度300mm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到300mm的45#钢板上，小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为26 28mm，预热温度为295°C左右；设定切割速度为55mm/min ;钢板切割后通过高温回火处理，回火温度设置为555°C ;保温时间按5min/mm ;切割后放置50小时，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。
本发明实施例的裂纹检测结果:未发现裂纹出现，验收合格率100%，切割面垂直度在3.2mm，粗糙度Ra达到24微米，实现了预期目标。具体实施例3
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为100mm、材质为45#的钢板，进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将45#厚度IOOmm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到IOOmm的45#钢板上，小车式火焰切割机切割起点上只用预热焰加热，所述小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为20 30mm，火焰白心尖端距钢板表面1.5 2.5mm，预热温度为260°C左右，设定切割速度为220mm/min ;钢板切割后通过高温回火处理，回火温度设置为560°C;保温时间按5min/mm ;切割后放置48小时后，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。本发明实施例的裂纹检测结果:未发现裂纹出现，验收合格率99.8%，切割面垂直度在4.8mm，粗糙度Ra达到25微米，实现了预期目标。具体实施例4
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为100mm、材质为45#的钢板，进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将45#厚度IOOmm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到IOOmm的45#钢板上，小车式火焰切割机切割起点上只用预热焰加热，所述小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为25mm左右，火焰白心尖端距钢板表面2.0mm左右，预热温度至3000C ;设定切割速度为240mm/min ;钢板割缝部位在切割后5min以内进行堆垛进行堆垛，使用隔热毯将其覆盖，堆垛缓冷至室温；切割后放置72小时，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。本发明实施例的裂纹检测结果:未发现裂纹出现，验收合格率100%，切割面垂直度在4.2mm，粗糙度Ra达到24.5微米，实现了预期目标。具体实施例5
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为250mm、材质为合金结构钢40Cr的钢板进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将40Cr厚度250mm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到250mm的合金结构钢40Cr钢板上，小车式火焰切割机切割起点上只用预热焰加热，所述小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为25mm，火焰白心尖端距钢板表面1.5 2.5mm，设定切割速度为120 200mm/min，钢板切割后立即将其在带有温热时使用隔热毯将其覆盖进行堆垛，堆垛缓冷至室温；切割后放置72小时，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。本发明实施例的裂纹检测结果:统计采样点有微小裂纹出现，后又补测多点，裂纹出现率达到1.5%，合格率97.5%。具体实施例6
本发明切割对象:切割钢板选用厚度为250mm、材质为合金结构钢40Cr的钢板进行切割。本发明采取的切割工艺流程如下:将40Cr厚度250mm这个参数作为小车式切割厚度，开始进行火焰切割，将小车式火焰切割机放置到250mm的合金结构钢40Cr钢板上，小车式火焰切割机切割起点上只用预热焰加热，所述小车式火焰切割机的割咀与被切钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为20mm，火焰白心尖端距钢板表面1.5 2.0mm，设定切割速度为85 100mm/min，预热温度至300°C ;钢板切割后4min内将其带有温热进行堆垛，使用隔热毯将其覆盖，堆垛缓冷至室温；切割后放置72小时，采用光学显微镜抽样检测裂纹指数。本发明实施例的裂纹检测结果:未发现裂纹出现，验收合格率100%，切割面垂直度在4.0mm，粗糙度Ra达到23.5微米，实现了预期目标。本发明通过控制火焰切割流程，采用先预热后切割、带温低速切割和切割后保温的工艺处理方式，改进了采用传统火焰切割的工艺方法，取得了非常显著的效果，彻底改变了采用传统火焰切割中高碳钢、合金钢后冷却到室温后容易产生裂纹的现状，特别是对于切割后工序的保温措施，避免钢材脆性升闻而在切割后的变形开裂，提闻了特厚中、闻碳钢及合金钢的综合质量，经过现场试制和检验，极大地提高了批量生产验收合格率，更让人想不到的是，通过选择合理的切割工艺参数和保温措施，能够高质量地将50 300mm特厚钢板切断，确保切割面垂直度在2.2 4.8mm,粗糙度Ra甚至降至25微米，具有实质性的特点取得了显著的技术进步；采用本发明所述的技术方案，极大地减少了钢铁资源浪费，降低了工业生产成本，提高了国产钢铁加工技术的又一突破，能够产生巨大的经济和社会效益。本发明特厚中、高碳钢及合金钢的火焰切割工艺，实施难度小，成本较低，效益很好，具有普遍推广使用价值。上面所述的实施仅用以说明而非限制本发明的技术方案，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中普通技术人员对本技术方案作出的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，采用小车式火焰切割机，其特征在于:先预热后切割、带温低速切割和切割后保温的工艺处理方式，把小车式火焰切割机放置到待切割特厚中、高碳钢及合金钢钢板上，按照所述钢板厚度值设置切割参数，小车式火焰切割机的割咀与所述钢板表面垂直，割咀距离钢板表面的高度设置为20 30mm，所述预热温度控制在200 300°C，切割速度控制在250 40mm/min，所述钢板切割后进行堆垛缓冷或者高温回火处理。
2.如权利要求1所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:当环境温度< 10°C时，钢板切割后割缝部位要用隔热毯或者石棉布包裹，包裹时间距离切割时间保持在5min以内。
3.如权利要求1所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:钢板切割后在回火炉中进行高温回火处理，回火温度设置为530 570°C。
4.如权利要求1一3任一所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:所述钢板厚度为50 120mm时，切割速度控制在250 200mm/min。
5.如权利要求1一3任一所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:所述钢板厚度为120 180_时，切割速度控制在200 145mm/min。
6.如权利要求1一3任一所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:所述钢板厚度为180 250mm时，切割速度控制在145 85mm/min。
7.如权利要求1一3任一所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:所述钢板厚度为250 300mm时，切割速度控制在85 40mm/min。
8.如权利要求1一3任一所述特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，其特征在于:所述钢板厚度为280 300mm时，切割速度控制在65 40mm/min。
全文摘要
本发明公开了一种特厚中、高碳钢及合金钢钢板的火焰切割工艺，采用小车式火焰切割机，通过控制带温低速火焰切割流程，采用先预热后切割、带温低速切割和切割后保温的工艺处理方式，防止火焰切割过程中产生裂纹，综合提高钢材质量，并就各个工艺环节具体提出了工艺要求。采取本发明所述工艺，改善了采用传统火焰切割中高碳钢、合金钢后冷却到室温后容易产生裂纹的现状，提高了特厚中、高碳钢及合金钢的综合质量，保障了批量生产验收合格率，减少了钢铁资源浪费，降低了工业生产成本，能够产生巨大的经济和社会效益。本发明实施难度小，成本较低，效益很好，具有普遍推广使用价值。
文档编号B23K7/00GK103170704SQ201310083780
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者唐郑磊, 朱书成, 许少普, 高照海, 康文举 申请人:南阳汉冶特钢有限公司