專利名稱：一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼板制造技術領域，特別涉及一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝。
背景技術：
中高碳鋼、合金鋼在火焰切割冷卻到室溫后容易產生裂紋，這種裂紋是由于熱應力加組織應力之和大于該材料的破斷強度所致。采用光學顯微鏡、掃描電鏡及能譜分析等測試方法，對鋼板切割裂紋進行了分析，結果表明，鋼板出現切割開裂，主要在在被氧氣切割的過程中，就相當于把鋼加熱至臨界點AC3(亞共析鋼加熱時，所有鐵素體都轉變?yōu)閵W氏體的溫度)以上，保溫后以大于V臨界冷卻速度，那么這個過程實際上已經將鋼材淬火了，切割斷面將不會出現中間轉變過程而得到馬氏體、貝氏體，經過這種過程后鋼材的脆性也就升高了，十分容易變形開裂，加上熱軋厚板在切割熔融后重新凝固的組織粗大，局部組織過熱，產生較大的內應力集中等綜合因素所造成。隨著鋼板厚度和硬度的增加，切割邊部出現裂紋傾向加大，故特厚的中、高碳鋼及合金鋼(例如:C含量> 0.30%的鋼種:優(yōu)質碳素結構鋼35#、45#、50# ;合金結構鋼40Cr、50Cr、塑料模具鋼P20、S45C、S50C)在切割時必須防止鋼板切割裂紋的產生。CN102528210 A公開了一種特厚鋼板火焰切割工藝，其特征是:其采用火焰切割機對特厚鋼板進行火焰切割；將待切割鋼板放置到數控火焰切割機上，待切割鋼板表面與數控火焰切割機的割咀垂直，割咀距離待切割鋼板表面的高度為10 30_ ;設定切割速度、預熱時間、預熱氧壓力、切割氧壓力和丙烷壓力，切割速度隨待切割鋼板厚度尺寸增大而減小，切割速度為200 60mm/min，預熱時間為40s 80s，預熱氧壓力為0.3 0.6Mpa，切割氧壓力為I 1.6Mpa，丙烷壓力為0.1 0.16Mpa ;以待切割鋼板表面與側面成直角處作為起割點，調整割咀火焰強度，使二次火焰的長度達到待切割鋼板底部，起割前在切割點預熱，達到設定的預熱時間后，打開切割氧，待熔渣沿邊緣向下流淌時，向前移動割咀，當熔渣從底部排出時，加快割炬移動速度至正常切割作業(yè)。所述特厚鋼板火焰切割工藝是一種傳統(tǒng)火焰切割的一種比較先進的代表性工藝，但是所述工藝具有明顯的缺陷是，所述火焰切割工藝切割后的鋼板在冷卻到室溫過程中由于冷卻比較迅速，必然容易產生裂紋，會導致次品率較高，故仍需提出一種新的火焰切割工藝，以實現控制整個火焰切割的流程，達到預期目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于解決上述問題，提供一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，可以切割50 300mm的特厚的中、高碳鋼及合金鋼，并可以有效防止火焰切割過程中產生裂紋，提高鋼材質量。本發(fā)明基于特厚中、高碳鋼及合金鋼火焰切割裂紋產生機理，提出對傳統(tǒng)火焰切割流程進行優(yōu)化的措施，采用的技術方案是:一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，采用小車式火焰切割機，其特征在于:先預熱后切割、帶溫低速切割和切割后保溫的工藝處理方式，防止火焰切割過程中產生裂紋，綜合提高鋼材質量。本發(fā)明采取的所述火焰切割流程如下:把小車式火焰切割機放置到待切割特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板上，按照所述鋼板厚度值設置切割參數，小車式火焰切割機的割咀與所述鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為20 30mm，所述預熱溫度控制在200 300°C，切割速度控制在250 40mm/min，所述鋼板切割后進行堆垛緩冷或者高溫回火處理。所述堆垛緩冷工藝要求是:當環(huán)境溫度< 10°C時，鋼板切割后割縫部位要用隔熱毯或者石棉布包裹，包裹時間距離切割時間保持在5min以內。所述高溫回火工藝要求是:鋼板切割后在回火爐中進行高溫回火處理，回火溫度設置為530 570°C。作為本發(fā)明進一步優(yōu)化，所述鋼板厚度為50 120mm時，切割速度控制在250 200mm/mino作為本發(fā)明進一步優(yōu)化，所述鋼板厚度為120 180mm時，切割速度控制在200 145mm/min0作為本發(fā)明進一步優(yōu)化，所述鋼板厚度為180 250mm時，切割速度控制在145 85mm/min0作為本發(fā)明進一步優(yōu)化，所述鋼板厚度為250 300mm時，切割速度控制在85 40mm/mino作為本發(fā)明進一步優(yōu)化，所述鋼板厚度為280 300mm時，切割速度控制在65 40mm/mino本發(fā)明具體工藝流程各環(huán)節(jié)的具體工藝要求分析如下:
(I)鋼板預熱:根據鋼板質量等級和板厚，預熱方法采用火焰燒槍，主要是集中在被切割口附近進行預熱，適用于面積不是很大的，可以實現均勻預熱；電子加熱墊或者加熱爐加熱，所述鋼板預熱過程中要求行走緩慢，使整個鋼板界面均勻受熱，以免接觸熱源的區(qū)域出現局部過熱現象；為確定鋼板預熱效果，應在加熱點被面測試所需溫度。當氣溫彡15°C，切割時鋼板溫度> 100°C ;氣溫< 5°C，切割時鋼板溫度> 150°C ；5°C<氣溫彡15°C，切割時鋼板溫度> 120°C ;根據測試數據顯示，若是達到理想預熱效果，所述鋼板可直接進行火焰切割。(2)帶溫低速切割:若是無法進行整板預熱，則采用局部預熱，然后使用所述低速切割方法防止切割裂紋，這里是指相比于同厚度其他類鋼板而言的低速切割。火焰切割前先對切割帶用火焰槍空跑幾趟進行預熱，預熱溫度達到200 300° C為宜；其最大切割速度取決于鋼板等級和厚度。此步驟可以與(I)所述預熱后切割的火焰切割方法結合使用，進一步降低切割裂紋的出現幾率。(3)堆垛緩冷或高溫回火:本工藝步驟核心是采取控制措施降低冷卻速度，具體有如下兩種形式:
a:堆垛緩冷，鋼板切割后的緩冷會有效降低切割裂紋的風險。所述鋼板被火焰切割后，立即將其在帶有溫熱時進 行堆垛，采用方法是:使用隔熱毯或者石棉布將其覆蓋，堆垛緩冷要求冷卻到室溫，加了這個看似平常的技術方案，可以有效地降低冷卻速度，很好地確保切割后的鋼板在保溫后以小于V臨界冷卻速度緩慢冷卻至室溫，避免將鋼材淬火效應導致鋼材脆性升高，很好地解決了特厚鋼板在切割后的變形開裂問題。特別是當氣溫< 10°c的條件下，在鋼板切割后必須5min以內把切割部位用隔熱毯或者石棉布包裹，才可以起到減少裂紋產生的目的，否則減少裂紋的效果會不明顯。b:高溫回火，對于碳鋼及合金鋼的切割，鋼板切割后在回火爐中進行高溫回火處理，回火溫度設置為530 570°C，可以有效消除切割產生的應力，從而預防切割裂紋。此工藝步驟一般只需從a:堆垛緩冷或者b:高溫回火中選擇其一進行操作既可有效提高效益。后期質量檢驗:鋼板切割裂紋屬于延遲性裂紋，鋼板厚度和硬度越大，出現切割裂紋就越大，需要在火焰切割完成48小時后檢驗，可以采取光學顯微鏡、掃描電鏡及能譜分析等方法進行取樣檢測分析，本步驟主要是針對批量生產中進行抽檢裂紋指數使用，確保驗收合格率，對工藝過程進行效果反饋，并對后續(xù)工作具有指導意義。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過控制火焰切割流程，采用先預熱后切割、帶溫低速切割和切割后保溫的工藝處理方式，改進了采用傳統(tǒng)火焰切割的工藝方法，取得了非常顯著的效果，徹底改變了采用傳統(tǒng)火焰切割中高碳鋼、合金鋼后冷卻到室溫后容易產生裂紋的現狀，特別是對于切割后工序的保溫措施，避免鋼材脆性升高而在切割后的變形開裂，提高了特厚中、高碳鋼及合金鋼的綜合質量，經過現場試制和檢驗，極大地提高了批量生產驗收合格率，更讓人想不到的是，通過選擇合理的切割工藝參數和保溫措施，能夠高質量地將50 300mm特厚鋼板切斷，確保切割面垂直度在2.6 4.8mm,粗糙度Ra甚至降至25微米，具有實質性的特點取得了顯著的技術進步；采用本發(fā)明所述的技術方案，極大地減少了鋼鐵資源浪費，降低了工業(yè)生產成本，提高了國產鋼鐵加工技術的又一突破，能夠產生巨大的經濟和社會效益。本發(fā)明特厚中、高碳鋼及合金鋼的火焰切割工藝，實施難度小，成本較低，效益很好，具有普遍推廣使用價值。
具體實施例方式具體實施例1
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為300mm、材質為45#的鋼板，進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將45#厚度300mm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到300mm的45#鋼板上，小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為20mm，設定切割速度為50 70mm/min，預熱溫度為250°C ;鋼板割縫部位在切割后5min以內進行使用隔熱毯將其覆蓋，堆垛緩冷至室溫；切割后放置48小時，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:未發(fā)現裂紋出現，驗收合格率99.7%，切割面垂直度在4.6mm，粗糙度Ra達到25微米，實現了預期目標。具體實施例2
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為300mm、材質為45#的鋼板，進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將45#厚度300mm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到300mm的45#鋼板上，小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為26 28mm，預熱溫度為295°C左右；設定切割速度為55mm/min ;鋼板切割后通過高溫回火處理，回火溫度設置為555°C ;保溫時間按5min/mm ;切割后放置50小時，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。
本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:未發(fā)現裂紋出現，驗收合格率100%，切割面垂直度在3.2mm，粗糙度Ra達到24微米，實現了預期目標。具體實施例3
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為100mm、材質為45#的鋼板，進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將45#厚度IOOmm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到IOOmm的45#鋼板上，小車式火焰切割機切割起點上只用預熱焰加熱，所述小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為20 30mm，火焰白心尖端距鋼板表面1.5 2.5mm，預熱溫度為260°C左右，設定切割速度為220mm/min ;鋼板切割后通過高溫回火處理，回火溫度設置為560°C;保溫時間按5min/mm ;切割后放置48小時后，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:未發(fā)現裂紋出現，驗收合格率99.8%，切割面垂直度在4.8mm，粗糙度Ra達到25微米，實現了預期目標。具體實施例4
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為100mm、材質為45#的鋼板，進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將45#厚度IOOmm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到IOOmm的45#鋼板上，小車式火焰切割機切割起點上只用預熱焰加熱，所述小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為25mm左右，火焰白心尖端距鋼板表面2.0mm左右，預熱溫度至3000C ;設定切割速度為240mm/min ;鋼板割縫部位在切割后5min以內進行堆垛進行堆垛，使用隔熱毯將其覆蓋，堆垛緩冷至室溫；切割后放置72小時，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:未發(fā)現裂紋出現，驗收合格率100%，切割面垂直度在4.2mm，粗糙度Ra達到24.5微米，實現了預期目標。具體實施例5
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為250mm、材質為合金結構鋼40Cr的鋼板進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將40Cr厚度250mm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到250mm的合金結構鋼40Cr鋼板上，小車式火焰切割機切割起點上只用預熱焰加熱，所述小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為25mm，火焰白心尖端距鋼板表面1.5 2.5mm，設定切割速度為120 200mm/min，鋼板切割后立即將其在帶有溫熱時使用隔熱毯將其覆蓋進行堆垛，堆垛緩冷至室溫；切割后放置72小時，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:統(tǒng)計采樣點有微小裂紋出現，后又補測多點，裂紋出現率達到1.5%，合格率97.5%。具體實施例6
本發(fā)明切割對象:切割鋼板選用厚度為250mm、材質為合金結構鋼40Cr的鋼板進行切割。本發(fā)明采取的切割工藝流程如下:將40Cr厚度250mm這個參數作為小車式切割厚度，開始進行火焰切割，將小車式火焰切割機放置到250mm的合金結構鋼40Cr鋼板上，小車式火焰切割機切割起點上只用預熱焰加熱，所述小車式火焰切割機的割咀與被切鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為20mm，火焰白心尖端距鋼板表面1.5 2.0mm，設定切割速度為85 100mm/min，預熱溫度至300°C ;鋼板切割后4min內將其帶有溫熱進行堆垛，使用隔熱毯將其覆蓋，堆垛緩冷至室溫；切割后放置72小時，采用光學顯微鏡抽樣檢測裂紋指數。本發(fā)明實施例的裂紋檢測結果:未發(fā)現裂紋出現，驗收合格率100%，切割面垂直度在4.0mm，粗糙度Ra達到23.5微米，實現了預期目標。本發(fā)明通過控制火焰切割流程，采用先預熱后切割、帶溫低速切割和切割后保溫的工藝處理方式，改進了采用傳統(tǒng)火焰切割的工藝方法，取得了非常顯著的效果，徹底改變了采用傳統(tǒng)火焰切割中高碳鋼、合金鋼后冷卻到室溫后容易產生裂紋的現狀，特別是對于切割后工序的保溫措施，避免鋼材脆性升聞而在切割后的變形開裂，提聞了特厚中、聞碳鋼及合金鋼的綜合質量，經過現場試制和檢驗，極大地提高了批量生產驗收合格率，更讓人想不到的是，通過選擇合理的切割工藝參數和保溫措施，能夠高質量地將50 300mm特厚鋼板切斷，確保切割面垂直度在2.2 4.8mm,粗糙度Ra甚至降至25微米，具有實質性的特點取得了顯著的技術進步；采用本發(fā)明所述的技術方案，極大地減少了鋼鐵資源浪費，降低了工業(yè)生產成本，提高了國產鋼鐵加工技術的又一突破，能夠產生巨大的經濟和社會效益。本發(fā)明特厚中、高碳鋼及合金鋼的火焰切割工藝，實施難度小，成本較低，效益很好，具有普遍推廣使用價值。上面所述的實施僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，在不脫離本發(fā)明設計思想的前提下，本領域中普通技術人員對本技術方案作出的任何修改或局部替換，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，采用小車式火焰切割機，其特征在于:先預熱后切割、帶溫低速切割和切割后保溫的工藝處理方式，把小車式火焰切割機放置到待切割特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板上，按照所述鋼板厚度值設置切割參數，小車式火焰切割機的割咀與所述鋼板表面垂直，割咀距離鋼板表面的高度設置為20 30mm，所述預熱溫度控制在200 300°C，切割速度控制在250 40mm/min，所述鋼板切割后進行堆垛緩冷或者高溫回火處理。
2.如權利要求1所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:當環(huán)境溫度< 10°C時，鋼板切割后割縫部位要用隔熱毯或者石棉布包裹，包裹時間距離切割時間保持在5min以內。
3.如權利要求1所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:鋼板切割后在回火爐中進行高溫回火處理，回火溫度設置為530 570°C。
4.如權利要求1一3任一所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:所述鋼板厚度為50 120mm時，切割速度控制在250 200mm/min。
5.如權利要求1一3任一所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:所述鋼板厚度為120 180_時，切割速度控制在200 145mm/min。
6.如權利要求1一3任一所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:所述鋼板厚度為180 250mm時，切割速度控制在145 85mm/min。
7.如權利要求1一3任一所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:所述鋼板厚度為250 300mm時，切割速度控制在85 40mm/min。
8.如權利要求1一3任一所述特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，其特征在于:所述鋼板厚度為280 300mm時，切割速度控制在65 40mm/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特厚中、高碳鋼及合金鋼鋼板的火焰切割工藝，采用小車式火焰切割機，通過控制帶溫低速火焰切割流程，采用先預熱后切割、帶溫低速切割和切割后保溫的工藝處理方式，防止火焰切割過程中產生裂紋，綜合提高鋼材質量，并就各個工藝環(huán)節(jié)具體提出了工藝要求。采取本發(fā)明所述工藝，改善了采用傳統(tǒng)火焰切割中高碳鋼、合金鋼后冷卻到室溫后容易產生裂紋的現狀，提高了特厚中、高碳鋼及合金鋼的綜合質量，保障了批量生產驗收合格率，減少了鋼鐵資源浪費，降低了工業(yè)生產成本，能夠產生巨大的經濟和社會效益。本發(fā)明實施難度小，成本較低，效益很好，具有普遍推廣使用價值。
文檔編號B23K7/00GK103170704SQ201310083780
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月16日 優(yōu)先權日2013年3月16日
發(fā)明者唐鄭磊, 朱書成, 許少普, 高照海, 康文舉 申請人:南陽漢冶特鋼有限公司