薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢的制造方法与流程

本发明涉及一种高表面质量中高碳钢，特别是指一种薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢的制造方法。

背景技术：

中高碳钢具有高强度、高硬度和高耐磨性的特点，主要用于制作各类切割刀具和特种工具，广泛应用于造纸、林业、橡胶、塑料、轻纺、电器、轻工机械等领域。

目前，多数中高碳钢产品的生产工艺流程为：炼钢→连铸→加热→热轧→酸洗→冷轧。中高碳钢进行冷轧之前，需要先将热轧带钢表面的氧化铁皮去除，然后进行下一步的深加工，一般采用酸洗作为氧化铁皮的去除方式。酸洗的效率受钢材表面氧化铁皮厚度和结构等因素的影响。在酸液的浓度、温度等酸洗条件相同的前提下，氧化铁皮的厚度越薄、氧化铁皮结构中的FeO含量越多越有利于酸洗，而氧化铁皮的厚度越厚、氧化铁皮结构中的Fe3O4含量越多越不利于酸洗，酸洗质量直接决定了成品的表面质量。

采用薄板坯连铸连轧技术生产的中高碳钢，由于入炉温度高，加热时间短，铁皮厚度较薄，且板坯温度波动小，铁皮结构较均匀，这些特点均有利于降低中高碳钢后续酸洗的难度，有利于提高成品的表面质量。

中国专利ZL201210435101.2公开了一种易酸洗钢板的制备方法：冶炼钢水并连铸成板坯；然后用高压水除鳞，将除鳞后的板坯进行粗轧，然后进行精轧，精轧后冷却至500～550℃时卷取，卷取后的冷却速率5～10℃/min，获得FeO的含量在25％以上的热轧态易酸洗钢种，精轧后冷却至650～700℃时卷取，卷取后的冷却速率1～5℃/min，获得氧化铁皮FeO的含量低于10％，结构均匀的冷轧态易酸洗钢种。该方法可以使得氧化铁皮厚度较传统工艺条件下减薄20％～30％，使得带钢的酸洗速度由传统工艺条件下的150～160m/min提高到180～200m/min，既保证了钢板酸洗质量，又有效地提高了酸洗效率。然而，该方法仅适用于常规热连轧产线生产的低碳钢，对于薄板坯连铸连轧生产的高表面质量中高碳钢并不适用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于碳的质量分数为0.30％～0.79％、产品厚度为1.4mm～7.0mm的薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢的制造方法。

为实现上述目的，本发明所提供的一种薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢的制造方法，用于生产碳质量分数为0.30％～0.79％、产品厚度为1.4～7.0mm的薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢，其包括如下步骤：

1)冶炼并连铸成坯，铸坯厚度为50～70mm；

2)在加热炉中对连铸坯进行加热，铸坯入炉温度为812～1053℃，出炉温度为1107～1182℃，铸坯在炉时间为26～41min，炉膛内氧气体积分数控制在1.1％～4.8％；入加热炉前、出加热炉后分别进行高压水除鳞；

3)进行至少六道次精轧轧制，精轧过程中，第一机架、第二机架轧制压下率控制在50％～60％，精轧第一机架与第二机架、第二机架与第三机架间分别进行高压水除鳞，精轧终轧温度为880～910℃；

4)冷却卷取得到成品钢卷。

优选地，步骤1)中，按如下重量百分比的化学成分进行冶炼：C：0.30％～0.79％，Si：0.15％～0.40％，Mn：0.40％～1.70％，Cr：0.15％～1.10％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，步骤1)中，按如下重量百分比的化学成分进行冶炼：C：0.30％～0.79％，Si：0.17％～0.40％，Mn：0.69％～1.63％，Cr：0.18％～1.10％，P：≤0.011％，S：≤0.005％，N：≤0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，步骤2)中，入炉前除鳞水压力为34～40MPa，出炉后除鳞水压力为24～38MPa。

优选地，步骤2)中，炉膛内氧气体积分数控制在3.2％～4.8％。氧气含量控制在此范围内能够进一步提高氧化铁皮中FeO的含量。

优选地，步骤3)中，机架间高压水除鳞的除鳞水压力为10～15MPa。

优选地，步骤3)中，控制精轧结束时带钢的出口速度为8～18m/s，控制精轧结束时带钢的凸度≤60μm。采用8～18m/s的轧制速度，有利于降低氧化铁皮厚度；控制精轧结束时的带钢凸度≤60μm有利于提高板面氧化铁皮均匀性。

优选地，步骤4)中，冷却卷取的具体方式为：进行层流冷却，以30～50℃/s的冷却速度水冷至550～700℃后进行卷取；卷取后以2～7℃/min的冷却速度风冷至400～450℃，随后空冷至室温。采用550～700℃的卷取温度并快速冷却400～450℃有利于控制氧化铁皮中FeO的含量，使其容易被酸洗，有利于成品的表面质量。

本发明的有益效果是：

1)连铸坯厚度仅为50～70mm，铸坯入炉温度为812～1053℃，出炉温度仅为1107～1182℃，铸坯在炉时间为26～41min，只需要短时低温补热就可以达到目标加热温度并实现温度的均匀化，因此可以大幅度降低加热过程产生的氧化铁皮；

2)炉膛内氧气含量控制范围为1.1％～4.8％，可以有效控制铸坯表面氧化铁皮层厚度和结构，降低了除鳞的难度；入加热炉前、出加热炉后以及精轧第一、二机架，第二、三机架间进行均采用了高压水除鳞，多次除鳞有效的保证了除鳞效果；采用880～910℃的终轧温度有利于进一步降低氧化铁皮厚度；

3)该方法所生产的薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢，其氧化铁皮厚度仅3.9～6.9μm，氧化铁皮结构中FeO的体积分数达51％～72％，大幅降低了酸洗难度，提高了成品的表面质量。

附图说明

图1是实施例4所生产的中高碳钢的热轧组织形貌图。

图2是实施例4所生产的中高碳钢的脱碳组织形貌图。

图3是实施例4所生产的中高碳钢氧化铁皮结构形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明薄板坯连铸连轧高表面质量中高碳钢的制造方法的主要工艺流程为：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→精炼→连铸→均热→七机架精轧→层流冷却→卷取→控制冷却，其中，冶炼过程，包括铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩和精炼为现有技术，本发明不做展开说明。

该方法的具体步骤如下：

1)进行冶炼，精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.30％～0.79％，Si：0.17％～0.40％，Mn：0.69％～1.63％，Cr：0.18％～1.10％，P：≤0.011％，S：≤0.005％，N：≤0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)连铸成坯，其中：连铸坯厚度为50～70mm；对连铸坯加热，铸坯入炉温度为812～1053℃，出炉温度为1107～1182℃，铸坯在炉时间为26～41min，炉膛内氧气含量控制范围为1.1％～4.8％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力为34～40MPa，出炉后除鳞水压力为24～38MPa；

3)进行七道次精轧轧制，精轧第一、二机架轧制压下率控制在50％～60％，终轧温度为880～910℃，精轧第七机架带钢的出口速度8～18m/s，控制精轧结束时的带钢凸度≤60μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力10～15MPa；

4)进行层流冷却，以30～50℃/s的冷却速度水冷至550～700℃后进行卷取，卷取后以2～7℃/min的冷却速度风冷至400～450℃，然后空冷至室温；

最终得到的热轧产品厚度为1.4～7.0mm，氧化铁皮厚度3.9～6.9μm，氧化铁皮结构中FeO的含量为51％～72％。

根据各步骤具体参数的不同，本发明提供了以下实施例：

实施例1

精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.30％，Si：0.17％，Mn：0.69％，Cr：0.93％，P：0.011％，S：0.004％，N：0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度为50mm；对铸坯进行加热，铸坯入炉温度为812℃，铸坯出炉温度为1107℃，铸坯在炉时间为41min，炉膛内氧气含量控制在3.2％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力40MPa，出炉后除鳞水压力24MPa；进行轧制，精轧第1机架轧制压下率控制在52％，精轧第2机架轧制压下率控制在60％，终轧温度为907℃，精轧第七机架带钢的出口速度为18m/s，带钢凸度为26μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力分别为15MPa和10MPa；进行层流冷却，以50℃/s的冷却速度水冷至550℃后进行卷取，卷取后以7℃/min的冷却速度风冷至450℃，然后空冷至室温。

实施例2

精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.41％，Si：0.40％，Mn：0.89％，Cr：1.10％，P：0.008％，S：0.003％，N：0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度为53mm；对铸坯进行加热，铸坯入炉温度为916℃，铸坯出炉温度为1143℃，铸坯在炉时间为39min，炉膛内氧气含量控制在2.5％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力35MPa，出炉后除鳞水压力38MPa；进行轧制，精轧第1机架轧制压下率控制在60％，精轧第2机架轧制压下率控制在52％，终轧温度为910℃，精轧第七机架带钢的出口速度为15m/s，带钢凸度为34μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力分别为13MPa和12MPa；进行层流冷却，以46℃/s的冷却速度水冷至591℃后进行卷取，卷取后以5℃/min的冷却速度风冷至432℃，然后空冷至室温。

实施例3

精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.54％，Si：0.29％，Mn：1.63％，Cr：0.18％，P：0.007％，S：0.005％，N：0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度为59mm；对铸坯进行加热，铸坯入炉温度为871℃，铸坯出炉温度为1129℃，铸坯在炉时间为34min，炉膛内氧气含量控制在4.8％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力39MPa，出炉后除鳞水压力31MPa；进行轧制，精轧第1机架轧制压下率控制在50％，精轧第2机架轧制压下率控制在57％，终轧温度为880℃，精轧第七机架带钢的出口速度为11m/s，带钢凸度为43μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力分别为13MPa和15MPa；进行层流冷却，以41℃/s的冷却速度水冷至632℃后进行卷取，卷取后以6℃/min的冷却速度风冷至400℃，然后空冷至室温。

实施例4

精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.66％，Si：0.23％，Mn：1.05％，P：0.007％，S：0.005％，N：0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度为66mm；对铸坯进行加热，铸坯入炉温度为1053℃，铸坯出炉温度为1182℃，铸坯在炉时间为26min，炉膛内氧气含量控制在4.1％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力34MPa，出炉后除鳞水压力29MPa；进行轧制，精轧第1机架轧制压下率控制在56％，精轧第2机架轧制压下率控制在50％，终轧温度为895℃，精轧第七机架带钢的出口速度为10m/s，带钢凸度为55μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力分别为10MPa和12MPa；进行层流冷却，以30℃/s的冷却速度水冷至687℃后进行卷取，卷取后以2℃/min的冷却速度风冷至421℃，然后空冷至室温。

实施例5

精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分范围为C：0.79％，Si：0.33％，Mn：0.71％，P：0.009％，S：0.003％，N：0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度为70mm；对铸坯进行加热，铸坯入炉温度为1005℃，铸坯出炉温度为1168℃，铸坯在炉时间为29min，炉膛内氧气含量控制在1.1％；入加热炉前、出加热炉后进行高压水除鳞，入炉前除鳞水压力37MPa，出炉后除鳞水压力37MPa；进行轧制，精轧第1机架轧制压下率控制在57％，精轧第2机架轧制压下率控制在56％，终轧温度为889℃，精轧第七机架带钢的出口速度为8m/s，带钢凸度为60μm，精轧第一、二机架，第二、三机架间进行高压水除鳞，除鳞水压力分别为11MPa和14MPa；进行层流冷却，以37℃/s的冷却速度水冷至700℃后进行卷取，卷取后以3℃/min的冷却速度风冷至441℃，然后空冷至室温。

产品检验

对各实施例热轧中高碳钢产品的各项力学性能和氧化铁皮进行检测，检测结果下表1所示。

表1各实施例产品力学性能和氧化铁皮检测表

对实施例4所生产的热轧中高碳钢产品的形貌进行测试，图1为热轧组织形貌，由图可见，轧后组织为片状珠光体+网状碳化物。图2为脱碳组织形貌，由图可见，单面脱碳层平均厚度为14μm，单面脱碳层比例为0.61％。图3为氧化铁皮结构形貌，由图可见，氧化铁皮结构主要由FeO和Fe3O4组成，氧化铁皮厚度范围为4.2～5.1μm，氧化铁皮结构中FeO的含量约为68％。