CN103194580B - 低带状组织齿轮钢的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：1）钢坯在三段式加热炉内加热；2）加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧；3）精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却；4）冷却后的圆钢经过剪切后缓慢冷却到200℃以下。本发明克服了传统的轧制工艺难以降低高端淬透性渗碳齿轮钢带状组织级别的生产工艺难点，使齿轮钢的带状组织的级别从传统轧制工艺的3.0级降低到1.0级以下，从而达到提高齿轮疲劳寿命的目的，本发明还具有工艺线路简单，生产成本低，可操作性强等特点。
Description
技术领域
本发明属于冶金制造技术领域，具体涉及一种低带状组织齿轮钢的轧制方法。
背景技术
齿轮钢是重要的机械零部件，齿轮钢在冶炼凝固过程中由于选分结晶的作用，在钢坯凝固横向及纵向上都会造成成分的不均匀性，在轧制后的冷却过程中由于成分偏析会形成组织（铁素体与珠光体）的层状分布即带状组织，带状组织的存在使钢的组织不均匀，并影响钢材性能，形成各向异性，降低钢的塑性、冲击韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲击废品率高。严重的带状组织在齿轮热处理后不但增加变形，而且齿轮在渗碳处理后使齿轮各部位的显微硬度造成差异，影响齿轮的疲劳寿命。
申请号为200810223796.1的中国发明专利公开了一种齿轮钢带状组织控制方法，该方法采用铁水预处理→转炉初炼→钢包精炼炉精炼或钢包精炼炉+真空脱气炉精炼→连铸工艺流程生产齿轮钢连铸坯，将钢坯加热后经20架短应力线高刚度封闭式红圈轧机连续轧制，分别控制不同的终轧温度生产出热轧圆钢棒材，可使钢材铁素体珠光体带状组织级别≤2.5级。
申请号为200810015870.0的中国发明专利公开了一种CrMnTi系窄淬透性带齿轮钢及其制造方法，该方法控制中间包过热度为10~30℃、拉速为0.50~0.85m/min；轧制加热温度为1130~1280℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度850~980℃，生产规格Φ30~160mm的齿轮钢圆钢。通过采取窄成分的钢种设计及电炉炉料结构优化、电炉终点控制、细晶及带状组织控制等合理的工艺措施，有效地实现了窄淬透性等目标。
文献《SCM822H齿轮钢棒材带状组织控制研究》重点分析了SCM822H齿轮钢棒材带状组织形成的原因及其危害，并就如何控制齿轮钢棒材带状组织从连铸工艺、轧钢工艺进行了分析讨论。通过不断试验总结，将SCM822H铸坯加热温度由原来的1150℃左右调整为1200~1220℃左右，将铸坯加热、保温时间由原来的140min调整为180min，并根据铸坯低倍情况适当延长保温时间，确保铸坯组织均匀化。通过对终轧温度参数的不断试验总结，最终将终轧温度控制在900~950℃。
文献《热处理工艺对SAE8620H低碳齿轮钢带状组织的影响》试验了SAE8620H齿轮钢轧材在热轧、完全退火以及等温退火3种状态下的带状组织。结果表明，完全退火后轧材带状级别较热轧态高；因930~650℃快冷抑制先共析铁素体的析出，等温退火轧材带状级别较热轧态低1~1.5，显著改善了钢的带状组织。
以上技术是通过控制连铸中包过热度和拉速，减少连铸坯的凝固偏析了来降低带状组织级别；或通过控制轧制或热处理来降低带状组织级别，其带状组织的级别控制在1.5~2.5级，不能充分满足高端淬透性渗碳齿轮钢各部位显微硬度的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，采用该方法轧制的齿轮钢其带状组织可降低到1.0级以下，从而满足高端淬透性渗碳齿轮钢的要求。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：750~850℃；加热段：1250~1280℃；均热段：1240~1260℃，加热时间为2.5~3小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，所述穿水冷却后的圆钢温度为750~800℃，所述风冷冷却后的圆钢温度为 650~750℃；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经过剪切后缓慢冷却到200℃以下。
优选地，步骤2）中，所述粗轧的温度为1120~1160℃；所述中轧的温度为1050~1100℃；所述精轧的温度为920~970℃；所述穿水冷却后钢坯的温度降低150~250℃。
优选地，步骤2）中，所述穿水冷却的冷却水压为0.6~2MPa。
优选地，步骤3）中，所述穿水冷却的冷却水压为0.5~1.8MPa。
优选地，步骤4）中，采用缓冷坑将圆钢缓慢冷却到200℃以下。
本发明克服了传统的轧制工艺难以降低高端淬透性渗碳齿轮钢带状组织级别的生产工艺难点，通过钢坯加热-粗轧-中轧-穿水冷却-精轧-穿水冷却-风冷-剪切-缓慢冷却的工序以及适当的工艺参数控制，使齿轮钢的带状组织的级别从传统轧制工艺的3.0级降低到现在的1.0级以下，从而达到提高齿轮疲劳寿命的目的，本发明还具有工艺线路简单，生产成本低，可操作性强等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：850℃；加热段：1280℃；均热段：1260℃，加热时间为2.5小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进入粗轧机组、中轧机组、穿水冷却机组、精轧机组进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧。粗轧的温度为1160℃；中轧的温度为1100℃；精轧的温度为970℃；穿水冷却后钢坯的温度降低250℃，穿水冷却的冷却水压为1MPa；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，调节冷却水压为1MPa，使其温度冷却200℃，穿水冷却后的圆钢温度为800℃，风冷冷却后的圆钢温度为750；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经剪切后采用缓冷坑将温度缓慢冷却到200℃以下。
本实施例轧制的圆钢的规格为Ф25mm，化学成分为：0.25%C, 0.10%Si，1.00%Mn，1.00%Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
实施例2
一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：780℃；加热段：1270℃；均热段：1250℃，加热时间为3小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进入粗轧机组、中轧机组、穿水冷却机组、精轧机组进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧。粗轧的温度为1150℃；中轧的温度为1050℃；精轧的温度为950℃；穿水冷却后钢坯的温度降低220℃，穿水冷却的冷却水压为1.2MPa；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，调节冷却水压为1MPa，使其温度冷却180℃，穿水冷却后的圆钢温度为780℃，风冷冷却后的圆钢温度为720；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经剪切后采用缓冷坑将温度缓慢冷却到200℃以下。
本实施例轧制的圆钢的规格为Ф40mm，化学成分为： 0.28%C, 0.250%Si，1.20%Mn，1.20%Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
实施例3
一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：800℃；加热段：1260℃；均热段：1250℃，加热时间为2.8小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进入粗轧机组、中轧机组、穿水冷却机组、精轧机组进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧。粗轧的温度为1140℃；中轧的温度为1070℃；精轧的温度为940℃；穿水冷却后钢坯的温度降低200℃，穿水冷却的冷却水压为1.3MPa；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，调节冷却水压为1.5MPa，使其温度冷却180℃，穿水冷却后的圆钢温度为770℃，风冷冷却后的圆钢温度为700℃；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经剪切后采用缓冷坑将温度缓慢冷却到200℃以下。
本实施例轧制的圆钢的规格为Ф50mm，化学成分为：0.30%C, 0.35%Si，1.40%Mn，1.40%Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
实施例4
一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，它包括以下步骤：
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：760℃；加热段：1260℃；均热段：1250℃，加热时间为3小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进入粗轧机组、中轧机组、穿水冷却机组、精轧机组进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧。粗轧的温度为1130℃；中轧的温度为1080℃；精轧的温度为950℃；穿水冷却后钢坯的温度降低200℃，穿水冷却的冷却水压为1MPa；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，调节冷却水压为1.5MPa，使其温度冷却180℃，穿水冷却后的圆钢温度为780℃，风冷冷却后的圆钢温度为710；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经剪切后采用缓冷坑将温度缓慢冷却到200℃以下。
本实施例轧制的圆钢的规格为Ф60mm，化学成分为：0.325%C, 0.40%Si，1.50%Mn，1.50%Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
实施例5
1）钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：750℃；加热段：1250℃；均热段：1240℃，加热时间为3小时；
2）钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进入粗轧机组、中轧机组、穿水冷却机组、精轧机组进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧。粗轧的温度为1120℃；中轧的温度为1065℃；精轧的温度为920℃；穿水冷却后钢坯的温度降低250℃，穿水冷却的冷却水压为2MPa；
3）轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，调节冷却水压为1.8MPa，使其温度冷却200℃，穿水冷却后的圆钢温度为750℃，风冷冷却后的圆钢温度为650℃；
4）缓慢冷却：冷却后的圆钢经剪切后采用缓冷坑将温度缓慢冷却到200℃以下。
本实施例轧制的圆钢的规格为Ф80mm，化学成分为：0.35%C, 0.50%Si， 2.00%Mn， 2.00%Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
以上实施例获得的齿轮钢的带状组织级别为：
| 实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 带状组织（级） | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Claims (1)
1.一种低带状组织齿轮钢的轧制方法，其特征在于包括以下步骤：
1)钢坯加热：钢坯在三段式加热炉内加热，三段的温度分别是：预热段：750～850℃；加热段：1250～1280℃；均热段：1240～1260℃，加热时间为2.5～3小时；
2)钢坯轧制：加热后的钢坯经过高压水除磷后依次进行粗轧，中轧，穿水冷却和精轧；
3)轧后冷却：精轧后的钢坯依次进行穿水冷却和风冷冷却，所述穿水冷却后的圆钢温度为750～800℃，所述风冷冷却后的圆钢温度为650～750℃；
4)缓慢冷却：冷却后的圆钢经过剪切后缓慢冷却到200℃以下，
步骤2)中，所述粗轧的温度为1120～1160℃；所述中轧的温度为1050～1100℃；所述精轧的温度为920～970℃；所述穿水冷却后钢坯的温度降低150～250℃；
步骤2)中，所述穿水冷却的冷却水压为0.6～2MPa；
步骤3)中，所述穿水冷却的冷却水压为0.5～1.8MPa；
步骤4)中，采用缓冷坑将圆钢缓慢冷却到200℃以下，所述圆钢的化学成分为：0.25％C，0.1％Si，1％Mn，1％Cr或0.28％C，0.25％Si，1.2％Mn，1.2％Cr或0.3％C，0.35％Si，1.4％Mn，1.4％Cr或0.325％C，0.4％Si，1.5％Mn，1.5％Cr或0.35％C，0.5％Si，2％Mn，2％Cr，其余为平衡Fe及不可避免的杂质，热轧态组织为铁素体和珠光体。
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Address after: No. 215, Wuchang Avenue, Hubei, Ezhou, Hubei Patentee after: Baowu group Echeng Iron and Steel Co., Ltd Address before: No. 215, Wuchang Avenue, Hubei, Ezhou, Hubei Patentee before: WUHAN IRON AND STEEL GROUP ECHENG IRON AND STEEL Co.,Ltd. |