CN103350116B - 一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺，按照以下步骤进行：将连铸后的钢坯进行开坯，轧制，吐丝，随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃左右集卷，得到Cr、Mo钢轧材。本发明通过开坯加热控制、轧钢温度控制以及轧后冷却控制，改善1/2R处偏析和中心偏析，细化晶粒，避免异常晶粒的生长。同时，控制大型块状铁素体及珠光体的生成，马氏体控制在35%以下，形成以贝氏体为主的组织，使其碳化物较均匀的分布在基体上。另外，使用该工艺生产出的产品，极大地缩减了球化退火的时间，简化退火工艺，并使球化渗碳体更加弥散、细小的分布。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺。
背景技术
在钢中添加金属元素Cr能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，添加金属元素Mo能起到细化钢的晶粒，提高淬透性及热强性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力的效果。因此，含有Cr、Mo元素的钢具有较好的淬透性、低温冲击韧性及较强的疲劳强度和抗冲击能力，一般采用其生产工模具、齿轮、轴承等高端钢材产品，如采用35CrMo、42CrMo等可生产12.9级汽车发动机用高强度螺栓。由于汽车运行过程中发动机缸盖及连杆螺栓受高频交变载荷的作用，因此对其内在性能要求十分苛刻，属于汽车安全件中档次最高的零件，是高端冷镦产品的典型代表。
由于球化退火的效果与质量对成品螺栓有着重大的影响，因此需要一种优异的前期组织状态，以便易于球化退火且提高球化退火效果。由于珠光体在球化退火中需要长时间保温，粗片状珠光体即使长时间的保温，珠光体也很难完全球化；对于细片状珠光体，球化退火后，仍会残留少量的短棒状或小片状渗碳体，即使使用超重载减定径生成的退化珠光体，渗碳体也很难细小弥散分布。而铁素体经球化退火后，在组织中的碳化物分布也往往极不均匀，尤其当存在大块状铁素体时，碳很难扩散进铁素体晶粒中来进行重新的集聚球化。而马氏体在高温回火时将使碳化物析出聚集长大形成球化碳化物，这种状态下，球化速率较快，且球化组织均匀。贝氏体也容易获得均匀细小的球状碳化物，特别是下贝氏体与粒状贝氏体。但是过高的马氏体导致硬度较高，导致降低了裂纹萌生的临界值，易于开裂，不便于打包及运输，所以要控制马氏体的过多生成。细化奥氏体晶粒有助于改善组织的均匀与细化程度，且对淬火后的马氏体影响巨大，因此奥氏体应当尽量细化与均匀化。
目前对于球化退火领域，研究较多的为轧后退火的控制技术，如CN201210248907.0号专利，公开了一种轴承的热处理方法；CN201110372225.6号专利，公开了一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺；CN201210166325.8号专利，公开了关于中碳钢球化方法；CN201110437183.X号专利，公开了一种GCr15轴承钢球化退火工艺。另外，关于轧制工艺的控制技术，公布较多的为非调质钢的一些生产工艺，如CN201210179243.7号专利，公开了一种免球化退火优质高强冷镦钢的制造方法；CN201110311073.9号专利，公开了10.9级含硼免球化退火冷镦钢盘条及其制造方法；CN201110411594.1号专利，公开了一种免退火处理热轧S50C板带的生产方法。
由于本发明研究的内容为有利于球化退火的轧制工艺，与轧后热处理的控制工艺相比，控制手段、方法及研究对象都不一样；与非调质钢的轧制控制工艺相比，控制手段、方法及控制目标也不一样。综上所述，对于Cr、Mo钢材产品，有利于球化退火的轧制工艺的控制技术方面上未有公开的研究报道。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种有利于球化退火的轧制工艺的控制方法，本发明的一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺，按照以下步骤进行：
（1）将连铸后的钢坯进行开坯，开坯过程中加热温度为1100~1130℃，加热时间为5~7h；
（2）将开坯后的钢坯进行轧制，轧制过程中开轧温度为1050~1080℃，终轧温度为875~895℃，吐丝温度为800~815℃；
（3）钢坯轧制后以5~15℃/s的冷却速率快速冷却至550~600℃，随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃左右集卷，得到Cr、Mo钢轧材。
其中，对于轧钢过程的开坯处，其原理是通过改变开坯处的加热温度与加热时间实现了对1/2R处偏析及中心偏析的有效控制，开坯时将加热温度提高到1100~1130℃，并延长加热时间至5~7h，使形成枝晶偏析的元素(如：Mn等)、残余碳化物扩散均匀，达到奥氏体均匀化，实际对比如图1所示；
对于线材轧制处，其原理是通过控制开轧温度、终轧温度及吐丝温度，控制奥氏体晶粒尺寸及长大，避免异常晶粒的出现，为确保搭接处与非搭接处组织的均匀性，将辊道速度控制在0.35~0.45m/s；
步骤（3）中制得的Cr、Mo钢轧材碳化物较均匀的分布在基体上，球化退火时间缩短6~8h，有利于Cr、Mo钢球化退火。
本发明通过开坯加热控制、轧钢温度控制以及轧后冷却控制，改善1/2R处偏析和中心偏析，细化晶粒，避免异常晶粒的生长。同时，控制大型块状铁素体及珠光体的生成，马氏体控制在35%以下，形成以贝氏体为主的组织。另外，极大地缩减了球化退火的时间，简化退火工艺，并使球化渗碳体更加弥散、细小的分布，如在原工艺下，770~785℃保温，使用一共10~14小时的两次球化退火及两次拉拔工艺，其退火组织如图2（a）所示；而用本发明工艺制得的产品，780℃保温5小时，然后炉冷到580℃后空冷，退火组织如图2（b）所示。
附图说明
图1为本发明开坯样低倍照片：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图2为本发明球化退火组织对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图3为本发明实施例1中轧制后奥氏体晶粒对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图4为本发明实施例1中钢轧材金相组织对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图5为本发明实施例2中轧制后奥氏体晶粒对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图6为本发明实施例2中钢轧材金相组织对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图7为本发明实施例3中轧制后奥氏体晶粒对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后；
图8为本发明实施例3中钢轧材金相组织对比图：（a）为技术实施前，（b）为技术实施后。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例中拍摄金相照片的金相显微镜为Axio Imager.M2m(德国蔡司公司)正置全自动材料显微镜(北京普瑞赛司仪器有限公司代理)。
实施例1
某钢厂采用325mm×280mm大方坯连铸-开坯-线材轧制工艺流程生产高强螺栓用Φ13mm盘条，钢种牌号及成分如表1所示。
表1 钢种牌号及成分
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
| SCM435 | 0.35 | 0.2 | 0.65 | 0.013 | 0.007 | 0.95 | 0.2 |
（1）将连铸后的钢坯进行开坯，开坯过程中加热温度为1100℃，加热时间为7h；
（2）将开坯后的钢坯进行轧制，轧制过程中开轧温度为1050℃，终轧温度为875℃，吐丝温度为800℃；850℃保温1h，淬火后腐蚀，得到奥氏体晶粒的对比如图3所示，由图看出，图3（b）中奥氏体颗粒更加细化均匀化；
（3）钢坯轧制后以5℃/s的冷却速率快速冷却至550℃，随后在辊道冷却线上一直保温到350℃左右集卷，辊道速度为0.45m/s，得到Cr、Mo钢轧材。该厂Φ13mm规格的辊道冷却设定如表2所示，风机打开处保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。金相组织的实际对比如图4所示。
表2辊道冷却设定
| 规格 | 1#风机 | 2#风机 | 3#风机 | 4#风机以后 |
| Φ13 | 100% | 100% | 100% | 关闭 |
通过以上综合控制，改善框形偏析和中心偏析，细化晶粒，避免异常晶粒的生长。同时，控制大型块状形貌的铁素体及珠光体的生成，马氏体控制在35%以下，形成以贝氏体为主的组织。经检测，球化退火时间也极大地缩减。
实施例2
某钢厂采用325mm×280mm大方坯连铸-开坯-线材轧制工艺流程生产高强螺栓用Φ10mm盘条，钢种牌号及成分如表1所示。
（1）将连铸后的钢坯进行开坯，开坯过程中加热温度为1130℃，加热时间为5h；
（2）将开坯后的钢坯进行轧制，轧制过程中开轧温度为1080℃，终轧温度为895℃，吐丝温度为815℃；850℃保温1h，淬火后腐蚀，得到奥氏体晶粒的对比如图5所示，由图看出，图5（b）中奥氏体颗粒更加细化均匀化；
（3）钢坯轧制后以10℃/s的冷却速率快速冷却至600℃，随后在辊道冷却线上一直保温到300℃左右集卷，辊道速度为0.4m/s，得到Cr、Mo钢轧材。该厂Φ10mm规格的辊道冷却设定如表3所示，风机打开处保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。金相组织的实际对比如图6所示。
表3辊道冷却设定
| 规格 | 1#风机 | 2#风机 | 3#风机 | 4#风机以后 |
| Φ10 | 100% | 100% | 关闭 | 关闭 |
若使用原工艺下制得的钢轧材，需在770~785℃保温，使用一共10~14小时的两次球化退火及两次拉拔工艺，其退火组织如图2（a）所示；而用本发明工艺制得的钢轧材，780℃保温5小时，然后炉冷到580℃后空冷，退火组织如图2（b）所示。可见，图2（b）中组织分布更加弥散均匀。
通过以上综合控制，控制了大型块状形貌的铁素体及珠光体的生成，马氏体控制在35%以下，形成以贝氏体为主的组织，同时极大地缩减了球化退火的时间，简化退火工艺，并使球化渗碳体更加弥散、细小的分布。
实施例3
某钢厂采用325mm×280mm大方坯连铸-开坯-线材轧制工艺流程生产高强螺栓用Φ8mm盘条，钢种牌号及成分如表1所示。
（1）将连铸后的钢坯进行开坯，开坯过程中加热温度为1110℃，加热时间为6h；
（2）将开坯后的钢坯进行轧制，轧制过程中开轧温度为1070℃，终轧温度为885℃，吐丝温度为810℃；850℃保温1h，淬火后腐蚀，得到奥氏体晶粒的对比如图7所示，由图看出，图7（b）中奥氏体颗粒更加细化均匀化；
（3）钢坯轧制后以15℃/s的冷却速率快速冷却至570℃，随后在辊道冷却线上一直保温到330℃左右集卷，辊道速度为0.35m/s，得到Cr、Mo钢轧材。该厂Φ8mm规格的辊道冷却设定如表4所示，风机打开处保温罩打开，风机关闭处保温罩关闭。金相组织的实际对比如图8所示。
表4辊道冷却设定
| 规格 | 1#风机 | 2#风机 | 3#风机 | 4#风机以后 |
| Φ8 | 100% | 关闭 | 关闭 | 关闭 |
通过以上综合控制，改善框形偏析和中心偏析，细化晶粒，避免异常晶粒的生长。同时，控制大型块状形貌的铁素体及珠光体的生成，马氏体控制在35%以下，形成以贝氏体为主的组织。经检测，球化退火时间也极大地缩减。
Claims (1)
1.一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）将连铸后的钢坯进行开坯，开坯过程中加热温度为1100~1130℃，加热时间为5~7h；钢种牌号为SCM435，成分按重量百分比含C 0.35%，Si 0.2%，Mn 0.65%，P 0.013%，S 0.007%，Cr 0.95%，Mo 0.2%；
（2）将开坯后的钢坯进行轧制，轧制过程中开轧温度为1050~1080℃，终轧温度为875~895℃，吐丝温度为800~815℃；为确保搭接处与非搭接处组织的均匀性，将辊道速度控制在0.35~0.45m/s；
（3）钢坯轧制后以5~15℃/s的冷却速率快速冷却至550~600℃，随后在辊道冷却线上一直保温到300~350℃集卷，得到Cr、Mo钢轧材。
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