CN104060179B - 一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法 - Google Patents

Abstract

一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法，具体地说，是一种改善含锡20CrMnTi钢热塑性的方法。它是向含锡20CrMnTi钢中加入微量的硼，改善其热塑性。其特征是钢的主要化学成分（以重量百分比计）为：C：0.17~0.23%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.8~1.1%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：1.0~1.3%，Ti：0.04~0.1%，Sn：0.01~0.1%，余量为Fe及其他不可避免的微量元素，在此基础上，钢中加入重量百分比为0.001~0.01%的B。本发明能够显著改善和提高含锡20CrMnTi钢的热塑性，从而避免其在连铸和轧制过程中产生裂纹及表面缺陷等问题。

Description

一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法。

背景技术

从青藏地区、甘肃和新疆地区、宁夏和内蒙地区的铁矿资源来看，都有共同的、明显的特点，就是铁矿中大部分都伴生Sn等残余元素，同时，也使该些地区的民用和工业的废生铁、废钢中都含有较高的残余元素。

废钢的大量积累和再循环使用，使钢中含有的Sn、Cu、As、Sb等残余有害元素不断增加，在钢中的含量越来越高。对钢的性能，特别是连铸坯的性能有着不良的影响。在连铸过程中，当钢坯从高温连续冷却时，Sn、As、Sb等元素在钢坯表面及内部晶界上发生非平衡晶界偏聚，降低表面及晶界内聚力，近而在连铸弯道拉伸、平道矫直、热轧延展时出现表面和内部裂纹，影响连铸坯的质量和成材率。同时Sn还能够降低Cu在奥氏体中的溶解度和富Cu相的熔点，热轧过程中导致表面热脆的产生，显著恶化轧材表面质量。

文献1（钢铁，2001，36(12)：70）报道，关于钢中残余元素的危害，目前工业生产中主要采用配料稀释法（如高炉炼铁时，合理配矿以减少铁水中残余元素含量，电炉炼钢中用直接还原铁（DRI）、热压块铁（HBI）、碳化铁、高炉铁水等废钢替代品来稀释钢液）来改善残余元素的危害。然而此法要求足够量的优质铁矿资源、清洁铁源等，并且易导致残余元素的循环富集，治标不治本。文献2（J. Rare. Earth.，2007，25(suppl.)：278）报道，稀土La能与钢中残余元素反应，可一定程度上改善残余元素的危害，然而炼钢过程中稀土的收得率较低，同时稀土活性较强，将优先与钢中的氧、硫等元素反应，这将进一步使稀土的使用量增加，导致生产成本增加，同时大量的使用稀土易造成水口结瘤，影响生产的顺行。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法，改善和提高含残余有害元素齿轮钢的热塑性，避免其在连铸和轧制过程中产生裂纹及表面缺陷等问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种含残余有害元素齿轮钢，具体地说，是含Sn的20CrMnTi钢，主要成分重量百分比为：C：0.17~0.23%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.8~1.1%，P ≤ 0.025%，S ≤ 0.025%，Cr：1.0~1.3%，Ti：0.04~0.1%，Sn：0.01~0.1%，余量为Fe及其他不可避免的微量元素，在此基础上，钢中加入重量百分比为0.001~0.01%的B。

进一步地，钢中的Ti和N重量百分比的关系满足如下关系式：Ti/N≥6。

进一步地，钢中的残余有害元素的重量百分比：Sn 0.01~0.1%。

上述方案详述如下：在含Sn的20CrMnTi钢中，成分如上述所述，残余有害元素Sn能够显著恶化20CrMnTi钢的热塑性，从而导致其在连铸和轧制过程中产生裂纹及表面缺陷等问题。本发明在保证Ti/N≥6的条件下，向含锡20CrMnTi钢中加入微量B，改善和提高含残余有害元素的钢的热塑性，解决钢在连铸和轧制过程中产生裂纹及表面缺陷等问题。本发明所涉及的Sn、B以及Ti/N≥6的作用如下：钢中的残余有害元素Sn，易于晶界偏聚，降低晶界表面能，弱化晶间聚合力，加速晶界微孔的形成和长大，阻碍晶界的迁移和动态再结晶的发生，进而恶化钢的热塑性；B为间隙原子，在钢中的晶界偏聚倾向非常强烈，可优先于有害偏聚元素Sn占据晶界偏聚位置，从而减弱甚至消除有害元素在晶界的偏聚，进而能有效减轻甚至消除Sn晶界偏聚对热塑性的危害，同时B的晶界偏聚能增加晶间聚合力，抑制晶界微孔的形成，降低微孔的长大速率，同时能够阻碍奥氏体-铁素体转变，避免奥氏体晶界处铁素体膜的形成，增加晶界滑移阻力；钢中B还能促进晶内铁素体的形成，增强奥氏体的变形能力；加快动态再结晶的发生，从而能够改善和提高含锡20CrMnTi钢的热塑性，然而当B以BN形式于晶界网状析出时，会降低晶间聚合力，增加晶界微孔的形成和长大，进而恶化钢的热塑性，为此，控制钢中的N含量，保证Ti/N≥6即可优先固定钢中N，从而能够抑制BN的形成和晶界网状析出。

本发明能够解决残余有害元素Sn恶化20CrMnTi钢热塑性的问题，改善含锡20CrMnTi钢的热塑性，有效减少其在连铸和轧制过程中裂纹及表面缺陷的产生，显著提高产品质量和生产效率，降低生产成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

冶炼所需成分的试验用钢，化学成分如表1所示，通过Gleeble热力模拟试验机对各试验用钢的热塑性进行研究，以试样的断面收缩率作为热塑性的评价指标。各试验用钢在不同温度下的断面收缩率如表2所示。

热塑性试验具体参数：1)将冶炼得到的试验用钢，加热到1150℃，并在加热炉中保温2.5h，随后锻成直径为15mm的圆棒并空冷至室温，备用；2)将锻好的圆棒加工成φ10mm×120mm的Gleeble高温拉伸样，备用；3)在Gleeble试验机上，以10℃/s的速度将试样加热到1350℃并保温5min，然后以3℃/s的速度冷却至各试验温度（试验温度区间为650~1000℃，间隔50℃）保温2min后以10^-2s^-1的应变速率进行拉伸直至断裂，断裂后立即喷水冷却至室温，备用；4）测定并计算各试样的断面收缩率。

由实施例1~3可知：含残余有害元素Sn的20CrMnTi钢的热塑性明显得到改善，温度区间为800~1000℃时，断面收缩率均高于70%，同时脆性区变窄并向低温区移动，塑性谷底变浅，而比较例1中的热塑性相对较差，在很宽的温度范围内，热塑性均低于60%。

本发明在含锡20CrMnTi钢中加入B的重量百分比为0.001~0.01%，有效解决了添加过少的B元素对含锡20CrMnTi钢热塑性改善无效果或效果不明显，添加过多的B元素，则会增加钢中BN的析出，恶化钢的热塑性，同时增加生产成本的问题。

表1各试验用钢的化学成分（wt%）

表2各试验用钢不同温度下的断面收缩率（%）

Claims (1)

1.一种改善含残余有害元素齿轮钢热塑性的方法，所述含残余有害元素齿轮钢是含Sn的20CrMnTi钢，其特征在于：向成分为C：0.17～0.23％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.8～1.1％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：1.0～1.3％，Ti：0.04～0.1％，Sn：0.01～0.1％，余量为Fe及其他不可避免的微量元素的20CrMnTi钢中加入重量百分比为0.001～0.01％的B；

所述，加B钢中的Ti和N重量百分比的关系满足如下关系式：Ti/N≥6；

所述Ti/N≥6即可优先固定钢中N，从而抑制BN的形成和晶界网状析出。