一种黑色金属冶炼压延品加工工艺

技术领域

本申请涉及黑色金属制造的技术领域，更具体地说，它涉及一种黑色金属冶炼压延品加工工艺。

背景技术

金属是指一种具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能的物质。金属主要分为黑色金属及有色金属两类，其中，黑色金属主要是指铁及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁，而黑色金属以外的金属统称为有色金属。

高碳铬马氏体不锈钢是一种具有极强耐磨性能的黑色金属，这类钢种主要通过增加钢材的含碳量来提高材料耐磨性能。但是当碳的含量过高时，在冶炼凝固中不可避免出现粗大的共晶碳化物，而这些共晶碳化物难以通过热处理进行消除或细化，进而导致应力集中而疲劳脱落，反而导致钢材的耐磨性能变差。

发明内容

为了改善钢材的耐磨性能，本申请提供一种黑色金属冶炼压延品加工工艺。

本申请提供的一种黑色金属冶炼压延品加工工艺，采用如下的技术方案：

一种黑色金属冶炼压延品加工工艺，包括以下步骤：

S1、将耐磨不锈钢的各原料进行混合熔融，随后底吹氮气，顶吹氧气，进行第一次脱磷冶炼8-12min，获得一次脱磷钢液；

S2、对一次脱磷钢液底吹氮气，同时顶吹氮气，进行二次脱磷冶炼1-2min，得到二次脱磷钢液；

S3、对二次脱磷钢液底吹氮气，同时顶吹氧气，进行脱碳冶炼7-15min，得到脱碳钢液；

S4、对脱碳钢液底吹氮气，进行增氮处理4-6min，得到高氮精炼钢液；

S5、对高氮精炼钢液进行连铸，得到高氮不锈钢钢坯；

S6、将高氮耐磨不锈钢钢坯在400-500℃下放入退火炉中，以80-90℃/h的速度升温至900-950℃，保温7-9h，之后以30-40℃/h的冷却速度冷却至730-760℃，保温5-6h，最后以30-40℃/h的冷却速度冷却至400-500℃，出炉空冷至室温，得到球化退火高氮不锈钢坯；

S7、将球化退火高氮不锈钢坯在300-400℃下放入淬火加热炉中，随后以90-100℃/h的速度升温至750-760℃，保温2-3h，而后继续以90-100℃/h的速度升温至1000-1100℃，保温40-60min，最后以30-40℃/h的冷却速度冷却至200-300℃，保温1-2h，最后出炉空冷至室温，得到高氮耐磨不锈钢坯；

S8、将高氮耐磨不锈钢坯进行五道次压延轧制，厚度工艺依次为1.42mm、1.25mm、0.9mm、0.7mm、0.55mm、0.5mm，最后收卷得到高氮耐磨不锈钢压延钢卷；

此时，碳占高氮耐磨不锈钢压延钢卷中的质量百分比为0.80％-1.20％，氮占高氮耐磨不锈钢压延钢卷中的质量百分比为0.20-0.60％。

当碳的含量介于0.8％-1.2％之间时，粗大的共晶碳化物的产生相对较少，而S1-S4的操作则可以向钢材内添加氮元素，氮元素能够像碳元素一样以间隙形式强化基体，但是不会像碳元素一样导致晶间碳化物析出，有效改善碳化物尺寸和分布，从而提高高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。

优选的，所述耐磨不锈钢由以下质量百分比的原料组成：C：1.20-1.40％；Ni：0.2-2.0％；Cr：14-16％；W：0.6-1.4％；V：0.10-0.14％；Mo：1.2-1.8％；Se：0.12-0.18％；Cu：0.3-0.6％；Ti：0.2-0.4％；其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的，Cr、W、V及C以混合固熔体的形式添加。

元素C可以与合金元素Cr、W、V相互作用，形成MC、M

另外，W与V进行混合使用时，W、V与C将形成高熔点、高稳定性的WC、VC碳化物，从而促使材料在高温环境下也具有优良的强度及韧性。另外，W在材料基体中的扩散速度缓慢，因此，在回火过程中部分排出于新生相并聚集于界面前沿控制粒子长大。V形成VC在回火过程中析出，形成弥散相，促进二次硬化产生，而W促进V的弥散硬化作用。

优选的，Mo与Se以混合固熔体的形式添加。

当Mo与Se进行混合时，将形成过渡金属硒化物MoSe

同时，Mo与V混合使用时，Mo、V系碳化物将进行二次硬化效应，从而将材料的晶粒尺寸进一步细化，而Ni的添加除了可以增强材料本身的力学性能之外，Ni还可以与Mo、V进行协配，进一步增强高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。

优选的，Cu与Ti以混合固熔体的形式添加。

通过采用上述技术方案，Cu能提高材料得到强度和韧性，但是在热加工过程中容易产生热脆，而当Cu与Ti一起添加时，Cu和Ti将形成Ti

优选的，所述耐磨不锈钢中，Ni的质量百分比为0.2-0.4％。

Ni的过量添加将显著降低氮的溶解性，而且Ni在热处理组织转变时会阻碍奥氏体向马氏体转变，导致残余奥氏体量增加，进而影响高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。因此，Ni的含量以0.2-0.4％为宜。

优选的，S1-S4采用计时阀门进行控制；所述计时阀门包括输气管组及控制件，所述输气管组包括支架、下氮气管、上氮气管及上氧气管，所述上氮气管及所述上氧气管架设于所述支架的上部，所述下氮气管架设于所述支架的下部，所述下氮气管、上氮气管及上氧气管上均设置有控制阀门，所述控制件驱使三个所述控制阀门依次开启。

优选的，所述控制件包括驱动电机、连接圆盘、上控制圆环及下控制圆环，所述驱动电机设置于所述支架内，所述连接圆盘可拆卸连接于所述驱动电机的输出端，所述上控制圆环固定连接于所述连接圆盘的上端面，所述下控制圆环设置于所述连接圆盘的下端面；所述下控制圆环包括下待机区及开启区，所述开启区用于控制所述下氮气管上的所述控制阀门开启；所述上控制圆环包括依次设置上待机区、一次脱磷区、二次脱磷区、脱碳区及增氮区，所述上待机区与所述下待机区的角度及位置相同，所述一次脱磷区用于在S1操作时开启所述上氧气管的所述控制阀门，所述二次脱磷区用于在S2操作时开启所述上氮气管的所述控制阀门，所述脱碳区用于在S3操作时开启所述上氧气管的所述控制阀门，所述增氮区用于在S4操作时关闭所述上氧气管的所述控制阀门及所述上氮气管的所述控制阀门。

优选的，所述控制阀门包括阀门座、盖板、压缩弹簧、滑移块及控制块，所述阀门座上开设有滑移槽，所述滑移槽的两个相对侧壁开设有管口，所述滑移块滑移连接于所述滑移槽内，所述滑移块的侧壁始终与所述滑移槽的槽壁抵接，所述管口的口径小于所述滑移块的宽度；

所述盖板固定连接于所述滑移槽的槽口，所述压缩弹簧容置于所述滑移槽内，所述压缩弹簧的一端与所述滑移块连接，所述压缩弹簧的另一端与所述盖板连接，所述压缩弹簧始终迫使所述滑移块对所述管口进行封堵；

所述控制块上设置有连接轴，所述连接轴穿设所述阀门座并与所述滑移块连接，所述控制块远离所述连接轴的一侧设置有导向面，所述上控制圆环或所述下控制圆环通过所述导向面驱使所述滑移块移动并解除对所述管口的封堵。

当需要进行S1-S4操作时，工作人员可以直接开启驱动电机，驱动电机首先驱使连接圆盘发生旋转，当下开启区与下氮气管上的控制阀门的导向面抵接时，下开启区通过导向面迫使控制块向下移动，而控制块则通过连接轴带动滑移块向下移动，从而促使滑移块解除对管口的封堵，而后，下氮气管便可以持续进行氮气输送操作。

与此同时，一次脱磷区首先与上氧气管上的导向面抵接，同上，上氧气管便可以持续进行氧气输送操作。而后，一次脱磷区脱离上氧气管上的导向面，压缩弹簧迫使滑移块复位并再次对管口进行封堵，二次脱磷区与上氮气管上的导向面抵接，此时，上氮气管便可以持续进行氮气输送操作，而上氧气管停止输气。再之后，二次脱磷区脱离上氮气管的导向面，压缩弹簧迫使滑移块复位并再次对管口进行封堵，脱碳区与上氧气管上的导向面抵接，此时，上氧气管便可以再次进行氧气输送，而上氮气管停止输气。最后，脱碳区脱离上氧气管的导向面，压缩弹簧迫使滑移块复位并再次对管口进行封堵，从而结束上氮气管及上氧气管的输气操作。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、氮元素能够像碳元素一样以间隙形式强化基体，但是不会像碳元素一样导致晶间碳化物析出，有效改善碳化物尺寸和分布，从而提高高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。

2、元素C可以与合金元素Cr、W、V相互作用，形成MC、M

3、当Mo与Se进行混合时，将形成过渡金属硒化物MoSe

4.S1-S4中，计时阀门的设置可以促使顶部底部的输气操作更为稳定精确，省去工作人员人工计时并输气的工序。

附图说明

图1是计时阀门的结构示意图；

图2是输气管组的结构示意图；

图3是控制件的结构示意图；

图4是控制阀门的爆炸示意图；

图5是控制阀门另一方向的爆炸示意图。

附图标记：1、输气管组；2、控制件；11、支架；12、下氮气管；13、上氮气管；14、上氧气管；15、控制阀门；21、驱动电机；22、连接圆盘；23、上控制圆环；24、下控制圆环；151、阀门座；152、盖板；153、压缩弹簧；154、滑移块；155、控制块；156、滑移槽；157、管口；158、插接槽；231、上待机区；232、一次脱磷区；233、二次脱磷区；234、脱碳区；235、增氮区；241、下待机区；242、开启区；1521、限位槽；1541、限位环；1551、连接轴；1552、导向面。

具体实施方式

以下结合附图1-5和实施例1-9对本申请作进一步详细说明。

原料

C CAS：7440-44-0；Ni CAS：14332-32-2；Cr CAS：7440-47-3；W CAS：7440-33-7；VCAS：7440-62-2；Mo CAS：7439-98-7；Se CAS：7782-49-2；Cu CAS：7440-50-8；Ti CAS：7440-32-6；Fe CAS：7439-89-6。

实施例

实施例1

一种黑色金属冶炼压延品加工工艺，包括以下步骤：

S1、将耐磨不锈钢的各原料在1900℃下进行混合熔融，随后以0.6Nm

其中，耐磨不锈钢由以下质量百分比的原料组成：C：1.30％；Ni：1.0％；Cr：15％；W：1.0％；V：0.12％；Mo：1.6％；Se：0.15％；Cu：0.45％；Ti：0.3％；其余为Fe及不可避免的杂质。

S2、对一次脱磷钢液以0.6Nm

S3、对二次脱磷钢液以0.6Nm

S4、对二次脱碳钢液以0.6Nm

S5、对高氮精炼钢液进行连铸，得到高氮不锈钢钢坯；

S6、将高氮耐磨不锈钢钢坯在450℃下放入退火炉中，以85℃/h的速度升温至930℃，保温8h，之后以35℃/h的冷却速度冷却至745℃，保温5.5h，最后以35℃/h的冷却速度冷却至450℃，出炉空冷至室温，得到球化退火高氮不锈钢坯；

S9、将球化退火高氮不锈钢坯在350℃下放入淬火加热炉中，随后以95℃/h的速度升温至755℃，保温2.5h，而后继续以95℃/h的速度升温至1050℃，保温50min，最后以35℃/h的冷却速度冷却至250℃，保温1.5h，最后出炉空冷至室温，得到高氮耐磨不锈钢坯；

S10、将高氮耐磨不锈钢坯进行五道次压延轧制，厚度工艺依次为1.42mm、1.25mm、0.9mm、0.7mm、0.55mm、0.5mm，最后收卷得到高氮耐磨不锈钢压延钢卷；

此时，碳占高氮耐磨不锈钢压延钢卷中的质量百分比为1％，氮占高氮耐磨不锈钢压延钢卷中的质量百分比为0.40％。

其中，S1-S4采用计时阀门进行控制，而计时阀门的具体结构如下：

参照图1和图2，计时阀门包括输气管组1及控制件2，其中，输气管组1包括支架11、下氮气管12、上氮气管13及上氧气管14，上氮气管13架设于支架11的上部，下氮气管12架设于支架11的下部，下氮气管12、上氮气管13及上氧气管14上均设置有控制阀门15，控制件2驱使三个控制阀门15依次开启。

参照图1和图3，控制件2包括驱动电机21、连接圆盘22、上控制圆环23及下控制圆环24，驱动电机21安装于支架11的内部，连接圆盘22可拆卸连接于驱动电机21的输出轴上。上控制圆环23固定连接于连接圆盘22的上端面，下控制圆环24固定连接于连接圆盘22的下端面。

下控制圆环24包括下待机区241及开启区242，开启区242用于控制下氮气管12上的控制阀门15开启。上控制圆环23包括依次设置的上待机区231、一次脱磷区232、二次脱磷区233、脱碳区234及增氮区235。上待机区231与下待机区241的角度及位置相同，一次脱磷区232用于在S1操作时开启上氧气管14的控制阀门15，二次脱磷区233用于在S2操作时开启上氮气管13的控制阀门15，脱碳区234用于在S3操作时开启上氧气管14的控制阀门15，增氮区235用于在S4操作时关闭上氧气管14的控制阀门15及上氮气管13的控制阀门15。需要说明的是，一次脱磷区232、二次脱磷区233、脱碳区234及增氮区235的角度可以根据输气时间进行任意设置。

参照图4和图5，控制阀门15包括阀门座151、盖板152、压缩弹簧153、滑移块154及控制块155，阀门座151的端面开设有滑移槽156，滑移槽156的两个相对槽壁开设有管口157，滑移块154滑移连接于滑移槽156内，滑移块154的侧壁始终与滑移槽156的槽壁抵接，管口157的口径小于滑移块154的宽度。

阀门座151的侧壁开设有插接槽158，插接槽158与滑移槽156相互连通，盖板152插接固定于插接槽158内。滑移块154靠近盖板152的一侧固定连接有限位环1541，盖板152靠近滑移块154的一侧开设有限位槽1521，压缩弹簧153容置于滑移槽156内，压缩弹簧153的一端嵌设于限位环1541内，压缩弹簧153的另一端嵌设于限位槽1521内，压缩弹簧153始终迫使滑移块154对管口157进行封堵。

控制块155的一侧固定连接有连接轴1551，连接轴1551穿设阀门座151并与滑移块154远离盖板152的一侧固定连接。控制块155远离连接轴1551的一侧设置有导向面1552，上控制圆环23或下控制圆环24通过导向面1552驱使滑移块154移动并接触对管口157的封堵。

当需要进行S1-S4操作时，工作人员可以直接开启驱动电机21，驱动电机21首先驱使连接圆盘22发生旋转，当下开启区242与下氮气管12上的控制阀门15的导向面1552抵接时，下开启区242通过导向面1552迫使控制块155向下移动，而控制块155则通过连接轴1551带动滑移块154向下移动，从而促使滑移块154解除对管口157的封堵，而后，下氮气管12便可以持续进行氮气输送操作。

与此同时，一次脱磷区232首先与上氧气管14上的导向面1552抵接，同上，上氧气管14便可以持续进行氧气输送操作。而后，一次脱磷区232脱离上氧气管14上的导向面1552，压缩弹簧153迫使滑移块154复位并再次对管口157进行封堵，二次脱磷区233与上氮气管13上的导向面1552抵接，此时，上氮气管13便可以持续进行氮气输送操作，而上氧气管14停止输气。再之后，二次脱磷区233脱离上氮气管13的导向面1552，压缩弹簧153迫使滑移块154复位并再次对管口157进行封堵，脱碳区234与上氧气管14上的导向面1552抵接，此时，上氧气管14便可以再次进行氧气输送，而上氮气管13停止输气。最后，脱碳区234脱离上氧气管14的导向面1552，压缩弹簧153迫使滑移块154复位并再次对管口157进行封堵，从而结束上氮气管13及上氧气管14的输气操作。

需要说明的是，在本实施例中，上述固定连接可以根据实际选用一体成型、焊接固定、螺纹连接等常规固定连接方式。上述可拆卸连接可以根据实际选用插接固定、螺纹连接等常规可拆卸连接方式。

实施例2-3

与实施例1的不同之处在于，耐磨不锈钢各原料的质量百分比有所不同，具体如表1所示。

表1实施例1-3中耐磨不锈钢各原料的质量百分比表

实施例1-3制备得到的碳及氮占高氮耐磨不锈钢压延钢卷中的质量百分比如表2所示。

表2实施例1-3中高氮耐磨不锈钢压延钢卷的碳氮含量表

实施例4

与实施例1的不同之处在于，Cr、W、V及C以混合固熔体的形式添加，混合熔融温度为1900℃。

实施例5

与实施例4的不同之处在于，Mo与Se以混合固熔体的形式添加，混合熔融温度为800℃。

实施例6

与实施例5的不同之处在于，Cu与Ti以混合固熔体的形式添加，混合熔炼温度为2000℃。

实施例7

与实施例6的不同之处在于，Ni的质量百分比为0.2％，缺少量以Fe补足。

实施例8

与实施例6的不同之处在于，Ni的质量百分比为2.0％，增加量以Fe替换。

对比例

对比例1

与实施例1的不同之处在于，不再进行S1-S5操作。

性能检测试验

一、耐磨性能测试

从实施例1-8及对比例1中分别取出三份样品，随后参照GB/T 34501-2017《硬质合金耐磨试验方法》将上述样品切割为指定尺寸并测量初始质量M0。之后进行耐磨试验，测试最终质量M

检测数据如表3所示。

表3实施例1-8及对比例1的耐磨性能表

参照实施例1-3及对比例1并结合表3可以看出，相对于对比例1来说，实施例1-3的磨损率显著降低，由此说明，氮元素的添加可以明显改善钢材的耐磨性能，究其原因在于，氮元素能够像碳元素一样以间隙形式强化基体，但是不会像碳元素一样导致晶间碳化物析出，有效改善碳化物尺寸和分布，从而增强高氮耐磨不锈钢压延钢卷钢材的耐磨性能。

而实施例1-3中，实施例1的耐磨性能相对突出，由此说明，耐磨不锈钢的各原料选用实施例1的质量配比时，制备得到的高氮耐磨不锈钢压延钢卷将具有更为优良的耐磨性能。

参照实施例1、实施例4-6并结合表3可以看出，相对于实施例1来说，实施例4的耐磨性能进一步提升，究其原因在于，元素C可以与合金元素Cr、W、V相互作用，形成MC、M

相对于实施例4来说，实施例5的耐磨性能进一步提升，究其原因在于，当Mo与Se进行混合时，将形成过渡金属硒化物MoSe

相对于实施例5来说，实施例6的耐磨性能进一步提升，究其原因在于，Cu能提高材料得到强度和韧性，但是在热加工过程中容易产生热脆，而当Cu与Ti一起添加时，Cu和Ti将形成Ti2Cu3、TiCu及Ti2Cu等化合物，上述化合物均具有较高的结晶点，可作为非自发形核，从而细化组织和晶粒，进一步增强高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。

参照实施例6-8并结合表3可以看出，相对于实施例6来说，实施例7-8的耐磨性能均明显变差，究其原因在于，Ni能固溶于铁合金中起固溶强化的作用，从而提高合金的强度及耐磨性能。但是Ni的过量添加将显著降低氮的溶解性，而且Ni在热处理组织转变时会阻碍奥氏体向马氏体转变，导致残余奥氏体量增加，进而影响高氮耐磨不锈钢压延钢卷的耐磨性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。