一种适配钢厂冶轧实验室的钢材冶炼轧制一体化中试实验方法与流程

本发明属于钢铁冶金轧制，尤其涉及一种适配钢厂冶轧实验室的钢材冶炼轧制一体化中试实验方法。

背景技术：

1、钢厂技术中心冶轧实验室承担着钢材新材料研发、现有生产工艺优化、产品质量缺陷分析、工业化生产模拟验证等核心工作，中试实验是衔接实验室小样研发与工业大生产的关键中间环节。目前国内多数钢厂冶轧实验室的冶炼设备与轧制设备相互独立，物料转运依靠人工辅助完成，存在诸多技术缺陷。其一，工序割裂严重，铸坯冶炼完成后长时间暴露在空气中转运，表面产生厚重氧化皮，同时内部温度散失不均匀，导致轧制过程中变形抗力波动较大，实验数据重复性差；其二，现有中试工艺参数设置粗放，升温速率、压下制度、冷却速率多参照工业生产参数直接套用，未适配实验室小批量试样的冶炼轧制特性，造成中试试样晶粒组织不均匀、成分偏析严重；其三，传统中试实验流程繁琐，各工序衔接无精准时间管控，物料损耗率高，单次实验原料浪费量超过15%，实验成本偏高；其四，常规中试方法未针对实验室检测需求优化试样后处理流程，试样平整度、光洁度不达标，后续金相检测、力学检测误差较大。

2、现有技术中部分一体化中试方案结构复杂，依赖专用连接工装与可视化辅助设备，制造成本高且维护难度大，不适用于中小型钢厂技术中心常规化、高频次的中试实验。因此，亟需研发一种适配钢厂冶轧实验室、无复杂辅助设备、工艺管控精准、复刻工业生产特性的冶炼轧制一体化中试实验方法，简化实验流程、降低实验损耗，提升实验数据精度，满足钢材研发与工艺优化需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适配钢厂冶轧实验室的钢材冶炼轧制一体化中试实验方法，解决现有中试实验工序脱节、温降失控、损耗偏高、数据重复性差的技术问题。本发明无需绘制图纸、无需定制专用连接工装，依靠纯工艺参数优化实现冶炼、精炼、浇铸、轧制、冷却一体化连续实验，适配实验室常规中试设备，适用范围广、操作简便、成本低廉。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种适配钢厂冶轧实验室的钢材冶炼轧制一体化中试实验方法，包括以下实验步骤：

4、（1）实验原料预处理：选取工业级生铁、废钢、合金添加剂作为中试实验原料，对原料进行表面除油、除锈、干燥处理，剔除原料表面氧化皮、杂质污染物，按照实验钢种成分要求精准配比称量原料，原料总质量控制在20kg-150kg，适配实验室中试熔炼炉装载量程；将配比完成后的原料进行分级堆放，高熔点合金单独放置，低熔点金属原料集中堆放，避免混料造成成分偏析；

5、（2）真空熔炼冶炼：将预处理后的原料送入真空感应熔炼炉，设定熔炼初始真空度为0.03mpa-0.08mpa，采用分段升温熔炼模式，第一阶段升温至950℃-1100℃，保温15min-25min，完成低熔点原料熔融；第二阶段升温至1550℃-1680℃，保温30min-50min，实现钢液完全熔融；熔融完成后，向钢液内部分批加入硅锰合金、铝锭进行脱氧合金化，脱氧处理时长控制在8min-15min，脱氧完成后进行渣系调整，去除钢液内部非金属夹杂物；

6、（3）钢液精炼浇铸：熔炼完成后保持真空环境不变，对钢液进行成分微调，采用直读光谱仪实时检测钢液化学成分，根据检测结果补充微量合金元素，成分偏差控制在±0.02%以内；成分达标后进行镇静处理，镇静时长10min-20min，随后采用模铸方式浇筑钢坯，浇筑温度维持在1520℃-1600℃，浇筑完成后自然缓冷至室温，获得致密中试钢铸坯；

7、（4）铸坯均热保温：将冷却后的铸坯送入实验室中试加热炉，采用阶梯式升温制度，初始升温速率5℃/min-8℃/min，升温至1180℃-1250℃后恒温保温40min-70min，保证铸坯内部组织均匀化，消除铸坯内部缩孔、疏松缺陷；保温完成后微调炉温，将轧制初始温度控制在1050℃-1150℃，规避高温轧制造成的晶粒粗大问题；

8、（5）分段可控轧制：将保温完成的铸坯直接移送至中试轧机，全程缩短转运间隔，转运时长不超过2min，控制铸坯表面温降不超过30℃；采用多道次可逆轧制工艺，轧制道次设置为6-12道次，首道次压下率控制在15%-22%，中间道次压下率控制在10%-18%，末道次压下率控制在5%-10%，终轧温度管控在820℃-900℃，轧制完成后获得目标厚度的钢板试样；

9、（6）控温冷却与后处理：轧制完成后采用空冷+喷雾复合冷却方式，前期空冷降温至720℃-780℃，后期采用低压喷雾冷却，冷却速率控制在2℃/s-5℃/s；冷却至室温后对钢板试样进行切割、打磨、抛光处理，去除边缘氧化层与毛刺，制备力学性能检测试样、金相组织检测试样。

10、进一步的，步骤（2）中，熔炼炉内部采用惰性气体保护。

11、进一步的，通入高纯氩气作为保护气。

12、进一步的，氩气通入流量为8l/min-15l/min，抑制钢液高温氧化。

13、进一步的，步骤（5）中，轧机轧制过程中实时记录轧制力、轧制扭矩、辊缝间隙参数，每道次轧制完成后采集试样表面温度，形成全过程工艺数据台账。

14、进一步的，具体的：选用低合金高强钢作为实验钢种，原料总质量80kg，原料包含工业生铁55kg、低硫废钢20kg、锰铁合金3kg、硅铁合金2kg；原料预处理阶段人工打磨去除表面氧化皮，烘干温度120℃，烘干时长20min；真空熔炼阶段，初始真空度0.05mpa，第一阶段升温至1020℃保温20min，第二阶段升温至1620℃保温40min，氩气通入流量12l/min；脱氧阶段加入铝锭0.4kg，脱氧时长12min；精炼浇铸阶段，光谱检测成分，微调锰、硅元素含量，成分偏差控制在0.02%以内，镇静时长15min，浇筑温度1560℃；铸坯均热阶段，升温速率6℃/min，升温至1220℃保温55min，轧制初始温度1100℃；轧制阶段设置9道次轧制，首道次压下率19%，中间道次压下率14%，末道次压下率7%，终轧温度860℃；冷却阶段先空冷至750℃，再采用喷雾冷却，冷却速率3.5℃/s；试样处理阶段切割打磨后，制备拉伸试样、冲击试样、金相试样。

15、进一步的，制备的中试钢板成分均匀，无明显偏析，氧化皮厚度小于0.15mm，力学性能检测数据波动误差小于3%，金相组织晶粒细小均匀，完全满足实验室中试检测标准。

16、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

17、1.本发明整合冶炼、轧制全工序，缩短工序转运间隔，精准管控全过程温度，解决传统实验温降失控、氧化严重的问题，试样质量大幅提升，实验数据重复性显著增强。

18、2.本发明无需复杂设备、无需图纸工装，依托钢厂冶轧实验室现有熔炼炉、轧机、加热炉即可完成实验，适配中小型钢厂技术中心使用，改造投入低、通用性强。

19、3.本发明优化原料配比、熔炼、轧制参数，降低物料损耗，单次实验损耗率可控制在7%以内，大幅缩减中试实验原材料成本，适合高频次、多批次研发实验。

20、4.本发明复刻工业生产温度制度与压下制度，中试试样组织结构、力学性能与工业化产品一致性高，可精准预判工业生产效果，为钢厂工艺优化、新品研发提供可靠实验依据。