本發明屬于合金工具鋼生產技術領域，具體的說是一種大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法。

　　背景技術：

　　合金工具鋼線材用于制作工業流水線用螺絲批頭，六角扳手、十字起等手動工具，對質量，壽命、安全性和專業性要求都非常高，此工具鋼以添加cr、mo、v等合金元素為主，具有高硬度、高耐磨性，熱處理后硬度60hrc以上，克服了cr-v系工具鋼硬度不足，耐磨性較差，壽命較短的問題。工具鋼線材脫碳對表面硬度、疲勞壽命、耐延時斷裂等影響較大，故控制脫碳層厚度，避免出現全脫碳層為合金工具鋼線材主要的技術難點之一。

　　目前對合金工具鋼表面脫碳多集中于實驗室研究，工業化生產中控制脫碳層的手段不多，脫碳層控制水平不高。現國內外報道的主要是軸承鋼、彈簧鋼、冷鐓鋼和簾線鋼的脫碳層控制手段，通過優化工藝對控制合金工具鋼脫碳層的工藝方法鮮有報道。

　　專利cn105132657a公開了一種減輕高碳鉻軸承鋼線材表面脫碳層的方法，軸承鋼經大方坯開坯，坯料修磨，控制加熱爐溫度和控冷等手段控制脫碳，但對坯料的修磨量大且修磨范圍寬，鋼材損失率也較多。專利cn102899470a公開了一種中碳冷鐓鋼線材表層脫碳的控制方法，冷鐓鋼通過控制加熱爐溫度和氣氛，軋后控冷等手段控制脫碳，為150mm×150mm小方坯直接軋材，對坯料表面脫碳與缺陷沒有進行清理。專利cn102560046a公開了一種彈簧鋼線材表面脫碳的控制方法，55sicr彈簧鋼通過控制加熱爐溫度和時間，軋后控冷來減少脫碳層，為150mm×150mm小方坯直接軋材，沒有對連鑄坯表面脫碳和缺陷進行清理。專利cn103305675a公開了一種鋼簾線用熱軋盤條表面脫碳層的控制方法，簾線鋼通過控制預熱段、加熱段和均熱段的時間和溫度，軋后控冷等手段減少脫碳層厚度，通過150mm×150mm小方坯表面修磨后軋材，雖對加熱爐溫度進行可控制，但對加熱爐內氣氛以及不同位置的修磨量未采取控制。

　　以上發明大部分是針對小方坯的，同時在加熱、修磨過程中未精確測量脫碳層以及控制坯料不同位置的修磨量，生產方式不精細。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的在于提供一種大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法，采用合金工具鋼大方坯開坯軋制成中間坯，通過確定合金工具鋼中間坯合適的修磨量和較窄的修磨范圍，結合對加熱爐溫度，時間和氣氛等工藝的優化，可控制脫碳層厚度，減少鋼材損失率。

　　為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

　　一種大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法，包括開坯、修磨、軋制和斯太爾摩控冷，其中：

　　(1)開坯：合金工具鋼大方坯開坯，加熱爐均熱段溫度為1180-1200℃，在爐時間250-280min，預熱段和加熱段空燃比0.95-1.0，均熱段空燃比0.65-0.70；

　　(2)修磨：開坯后的中間坯，表面單邊修磨1.0-1.5mm，倒角修磨深度為2.0-2.5mm；

　　(3)軋制：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱段溫度為1040-1060℃，在爐時間60-70min，預熱段和加熱段空燃比0.95-1.0，均熱段空燃比0.6-0.65，精軋溫度910-925℃，吐絲溫度835-845℃；

　　(4)斯太爾摩控冷：以6-9℃/s冷速快速冷卻至660-700℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　進一步，所述的大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法中合金工具鋼大方坯為(280-320)mm×(380-420)mm，中間坯為(140-150)mm2。

　　進一步，所述的大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法中合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比計包括：c0.62-0.69％，si0.90-1.20％，mn0.40-0.60％，cr0.20-0.40％，v0.10-0.30％，ni0.10-0.30％，mo0.35-0.55％，nb0.01-0.035％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　更進一步，所述的大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法中大方坯合金工具鋼線材產品規格為φ5.5-φ14mm。

　　與現有技術相比較，本發明至少具有如下有益效果：

　　本發明通過大方坯加熱工藝優化，減少脫碳層厚度，可以減少中間坯修磨量；根據中間坯脫碳與缺陷實驗結果，確定表面和角部修磨深度，可工業化執行，去除脫碳層和缺陷的同時減少鋼材損失率；根據中間坯脫碳敏感溫度實驗結果，確定中間坯加熱和軋制工藝，有效降低加熱和冷卻過程脫碳。本發明在不增加設備的情況下，通過優化加熱工藝、修磨工藝、軋制工藝和冷卻工藝，降低了線材表面脫碳層，脫碳層厚度≤50μm，便于現場生產實施，提升修磨效率，減少鋼材損耗，保證質量穩定性。

　　附圖說明

　　圖1是本發明實施例1中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片；

　　圖2是本發明實施例2中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片；

　　圖3是本發明實施例3中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片；

　　圖4是本發明實施例4中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片；

　　圖5是本發明實施例5中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片；

　　圖6是本發明對比實施例中合金工具鋼線材表面脫碳組織照片。

　　具體實施方式

　　實施例1

　　本實施例中對斷面尺寸為291mm×395mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為142mm×145mm，軋制直徑為5.5mm的合金工具鋼線材，線材表面脫碳的控制方法具體為：

　　開坯工藝：合金工具鋼大方坯開坯加熱爐均熱溫度1192℃，在爐時間265min，預熱段和加熱段空燃比0.97，均熱段空燃比0.67。

　　修磨工藝：開坯后中間坯表面單邊修磨1.3mm，倒角修磨深度為2.2mm。

　　軋制工藝：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱溫度為1051℃，在爐時間68min，預熱段和加熱段空燃比0.98，均熱段空燃比0.64，精軋溫度923℃，吐絲溫度841℃。

　　斯太爾摩控冷工藝：軋后以7℃/s冷速快速冷卻至675℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.65％，si：1.07％，mn：0.52％，cr：0.31％，v：0.23％，ni：0.18％，mo：0.45％，nb：0.023％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　本實例通過對大方坯加熱爐溫度與氣氛控制，中間坯開坯修磨、中間坯加熱、軋制和冷卻工藝的控制，線材表面脫碳層厚度為14μm，無全脫碳層，如圖1所示。

　　實施例2

　　本實施例中對斷面尺寸為300mm×381mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為141mm×143mm，軋制直徑為8mm的合金工具鋼線材，線材表面脫碳的控制方法具體為：

　　開坯工藝：合金工具鋼大方坯開坯加熱爐均熱溫度1196℃，在爐時間274min，預熱段和加熱段空燃比0.96，均熱段空燃比0.68。

　　修磨工藝：開坯后中間坯表面單邊修磨1.1mm，倒角修磨深度為2.3mm。

　　軋制工藝：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱溫度為1047℃，在爐時間66min，預熱段和加熱段空燃比0.96，均熱段空燃比0.64，精軋溫度920℃，吐絲溫度839℃。

　　斯太爾摩控冷工藝：軋后以7℃/s冷速快速冷卻至675℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.64％，si：1.02％，mn：0.53％，cr：0.27％，v：0.20％，ni：0.21％，mo：0.44％，nb：0.025％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　本實例通過對大方坯加熱爐溫度與氣氛控制，中間坯開坯修磨、中間坯加熱、軋制和冷卻工藝的控制，線材表面脫碳層厚度為21μm，無全脫碳層，如圖2所示。

　　實施例3

　　本實施例中對斷面尺寸為315mm×393mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為144mm×148mm，軋制直徑為10mm的合金工具鋼線材，線材表面脫碳的控制方法具體為：

　　開坯工藝：合金工具鋼300mm×390mm大方坯開坯，加熱爐均熱段溫度1192℃，在爐時間271min，預熱段和加熱段空燃比0.95，均熱段空燃比0.67。

　　修磨工藝：開坯后為140mm×140mm中間坯，表面單邊修磨1.4mm，倒角修磨深度為2.2mm。

　　軋制工藝：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱段溫度為1055℃，在爐時間68min，預熱段和加熱段空燃比0.98，均熱段空燃比0.64，精軋溫度915℃，吐絲溫度839℃。

　　斯太爾摩控冷工藝：軋后以8℃/s冷速快速冷卻至670℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.66％，si：1.12％，mn：0.49％，cr：0.28％，v：0.21％，ni：0.20％，mo：0.46％，nb：0.022％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　本實例通過對大方坯加熱爐溫度與氣氛控制，中間坯開坯修磨、中間坯加熱、軋制和冷卻工藝的控制，線材表面脫碳層厚度為33μm，無全脫碳層，如圖3所示。

　　實施例4

　　本實施例中對斷面尺寸為294mm×402mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為146mm×147mm，軋制直徑為12mm的合金工具鋼線材，線材表面脫碳的控制方法具體為：

　　開坯工藝：合金工具鋼大方坯加熱爐均熱段溫度1193℃，在爐時間275min，預熱段和加熱段空燃比0.96，均熱段空燃比0.69。

　　修磨工藝：開坯后為中間坯表面單邊修磨1.2mm，倒角修磨深度為2.4mm。

　　軋制工藝：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱段溫度為1057℃，在爐時間67min，預熱段和加熱段空燃比0.98，均熱段空燃比0.64，精軋溫度915℃，吐絲溫度839℃。

　　斯太爾摩控冷工藝：軋后以8℃/s冷速快速冷卻至682℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.67％，si：1.01％，mn：0.54％，cr：0.29％，v：0.20％，ni：0.19％，mo：0.47％，nb：0.021％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　本實例通過對大方坯加熱爐溫度與氣氛控制，中間坯開坯修磨、中間坯加熱、軋制和冷卻工藝的控制，線材表面脫碳層厚度為37μm，無全脫碳層，如圖4所示。

　　實施例5

　　本實施例中對斷面尺寸為299mm×416mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為141mm×142mm，軋制直徑為14mm的合金工具鋼線材，線材表面脫碳的控制方法具體為：

　　開坯工藝：合金工具鋼大方坯開坯加熱爐均熱段溫度1191℃，在爐時間273min，預熱段和加熱段空燃比0.97，均熱段空燃比0.69。

　　修磨工藝：開坯后中間坯表面單邊修磨1.5mm，倒角修磨深度為2.4mm。

　　軋制工藝：修磨后的鋼坯軋制，加熱爐均熱段溫度為1050℃，在爐時間65min，預熱段和加熱段空燃比0.97，均熱段空燃比0.62，精軋溫度918℃，吐絲溫度841℃。

　　斯太爾摩控冷工藝：軋后以8℃/s冷速快速冷卻至675℃，隨后進入保溫罩緩冷。

　　制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.65％，si：1.10％，mn：0.51％，cr：0.33％，v：0.24％，ni：0.21％，mo：0.49％，nb：0.024％，余量為鐵及不可避免的雜質。

　　本實例通過對大方坯加熱爐溫度與氣氛控制，中間坯開坯修磨、中間坯加熱、軋制和冷卻工藝的控制，線材表面脫碳層厚度為43μm，無全脫碳層，如圖5所示。

　　除上述實例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或者等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。

　　對比實施例

　　本實施例中對斷面尺寸為312mm×496mm連鑄大方坯進行開坯，中間坯斷面尺寸為143mm×144mm，軋制直徑為8mm的合金工具鋼線材，未采用本發明的線材表面脫碳控制方法，制得的合金工具鋼線材的化學成分按重量百分比為：c：0.65％，si：1.10％，mn：0.51％，cr：0.33％，v：0.24％，ni：0.21％，

　　mo：0.49％，nb：0.024％，余量為鐵及不可避免的雜質。對比實施例的線材表面脫碳層厚度為78μm，如圖6所示。

　　除上述實例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或者等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開了一種大方坯合金工具鋼線材表面脫碳的控制方法。本發明中開坯軋制成中間坯，均熱段溫度1180?1200℃，在爐時間250?280min，預熱段和加熱段空燃比0.95?1.0，均熱段空燃比0.65?0.70；開坯后的中間坯進行表面和角部全修磨，表面單邊修磨1.0?1.5mm，倒角修磨深度為2.0?2.5mm；中間坯軋制，均熱段溫度1040?1060℃，在爐時間60?70min，預熱段和加熱段空燃比0.95?1.0，均熱段空燃比0.6?0.65；精軋溫度910?925℃，吐絲溫度835?845℃，以6?9℃/s冷速快速冷卻至660?700℃，隨后進入保溫罩緩冷。本發明通過優化加熱工藝、修磨工藝、軋制工藝和冷卻工藝，降低了線材表面脫碳層，脫碳層厚度≤50μm，便于現場生產實施，提升修磨效率，減少鋼材損耗，保證質量穩定性。

　　技術研發人員：張宇;苑陽陽;胡磊;麻晗

　　受保護的技術使用者：江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司

　　技術研發日：2017.11.28

　　技術公布日：2018.08.14