CN105671281A - 一种硬度低于200hbw合金钢棒材的生产方法 - Google Patents

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孙齐松
陈京生
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马跃
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    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
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Abstract

一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法，属于特殊钢生产技术领域。根据钢种的性能要求设计成分，并按照中下限控制钢材的化学成分；轧钢时，开轧温度控制为950-1050℃；终轧温度控制为850℃-1000℃；穿水后钢材表面温度控制为700℃-800℃；快速下冷床和快速进入保温坑，入坑温度为200℃-300℃。优点在于：有利于下游用户的使用；基于现有棒材生产装备，不需要对现有设备改造。

Description

一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法
技术领域
本发明属于特殊钢生产技术领域，特别涉及一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法。适用于规格范围为Φ18mm-Φ35mm的合金钢棒材。
背景技术
热轧合金钢棒材加工的第一道工序为冷剪下料或者拉拔。当钢材热轧硬度偏高时，剪切下料和拉拔都造成一定困难。所以对于冷剪下料，用户要求轧材硬度＜229HBW，对于拉拔则要求硬度＜200HBW。国标GB/T3077规定了钢材退火或者高温回火供应状态的布氏硬度的上限值在200HBW左右。合金钢的淬透性越好，热轧棒材硬度越容易超过国标规定的硬度值。对于规格范围Φ18mm-Φ35mm的棒材，冷床冷速达到1-2℃/s的冷速，因此热轧棒材硬度更容易超标。因此，为了降低硬度采用退火或者高温回火。但是退火交货吨钢成本增加300元左右。由于钢铁行业不景气，为降低生产成本取消退火势在必行。
由于棒材生产线条件限制，冷速难以控制，受棒材的规格和气候的影响较大。因此众多文献提出，通过采用热锯后快速下线、冷床增加保温罩等措施，使该钢缓冷后奥氏体全部转变为珠光体，避免了产生硬度较高的贝氏体转变，满足用户对钢硬度的要求。一方面，该方法要求对现有生产设备进行一定程度的改造，如有目前的剪切改为热锯，增加冷床保温罩等。另一方面，由于小规格冷速快，就算是增加快速下线等措施，当棒材到达缓冷坑时，温度也很低，无法达到上述效果。
综上所述，目前尚没有一种基于现有棒材生产装备，实现小规格合金钢棒材硬度低于200HBW的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法，解决了小规格合金钢棒材热轧强度高的问题。适用于规格范围为Φ18mm-Φ35mm的合金钢棒材。
一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法，具体步骤及参数如下：
1)根据钢种的性能要求设计成分，并按照中下限控制钢材的化学成分；
用户对于合金钢棒材有淬透性或者热处理性能的要求。根据神经网络模拟，按照中下限设计钢材的化学成分，有利降低轧材的硬度。
2)轧钢时，开轧温度控制为950-1050℃；
根据终轧温度的要求，同时避免较大的心表温差，根据轧钢时的温降和穿水情况，设定合理的开轧温度。终轧前穿水越少，心表温差也越小。因此建议开轧温度1000℃。
3)终轧温度控制为850℃-1000℃；
根据大量的试验，我们得出了轧材硬度和终轧温度、轧后穿水以及冷床冷速的关系，如图1所示。从图中可以看出，在轧后不穿水的情况下，轧材的硬度随着终轧温度的升高而升高，随着冷速的升高而升高；在轧后穿水的情况下，终轧温度对硬度的影响不大，冷速增大，硬度增加，但增加幅度小于不穿水的情况。因此要实现轧材硬度小于200HBW，单独控制终轧温度不能奏效。而且将终轧温度降低850℃以下，必然大幅度提高轧材的变形抗力，对精轧机的功率要求较高。因此我们提出，对终轧温度控制在850℃-1000℃。
4)穿水后钢材表面温度控制为700℃-800℃；
对于Φ18mm-Φ35mm合金钢棒材，终轧轧速范围为6m/s-16m/s。当终轧温度控制在850℃-1000℃时，轧制升温比较明显，温度越低轧制温升越大。轧制温升和轧制变形能的综合作用导致轧材的奥氏体晶粒迅速长大，不利于硬度的降低。因此必须采用轧后穿水来抑制晶粒长大。将穿水后的钢材表面温度控制在小于800℃有利于抑制晶粒长大。当进一步降低穿水后钢材温度时，必须考虑两个问题：贝氏体相变区和穿水的不均匀性。贝氏体相变发生在550℃以下。但当穿水不均匀时，可能导致局部到达贝氏体相变区。根据大量的试验，我们建议穿水下限为700℃。因此穿水后钢材表面温度控制范围为700℃-850℃。
5)快速下冷床和快速进入保温坑，入坑温度为200℃-300℃；合理控制轧制节奏，快速下冷床，快速进入保温坑缓冷，入坑温度大于200℃，消除应力。
本发明的优点在于：将热轧材硬度降低到200HBW以下，有利于下游用户的使用；基于现有棒材生产装备，不需要对现有设备改造。
附图说明
图1为轧材硬度与终轧温度、冷床冷速以及轧后穿水的关系图。
具体实施方式
实施例1
该方法在首钢通钢开发20CrMnTiH齿轮钢中得到了应用，具体步骤为：
1)根据用户对淬透性的要求，将20CrMnTiH齿轮钢的主要化学成分C、Mn、Cr设定为0.19％、1.00％和1.06％；
2)如表1所示，将开轧温度控制在1010℃和1000℃。
3)将终轧温度控制在850℃-1000℃。1号和5号试验钢没有开启第二段水冷段，其终轧温度高分别为990℃和1000℃。其他试验钢的第二段水冷开启，终轧温度控制范围为850℃-950℃。
4)4号和7号试验钢开启了第三段水冷段，将穿水后轧材表面温度分别控制为795℃和750℃。其他试验钢第三段水冷段没有开启。
5)快速通过冷床和快速入坑。冷床冷速和规格有关，规格越小冷速越快。入坑温度为200℃-300℃。
不同轧钢工艺条件下，轧材硬度如表1所示。从图中可以看出1、5号试验钢的轧材硬度最高。2、3、6号试验钢降低了终轧温度，因此轧材硬度降低，但是其硬度基本在220HBW-230HBW。只有4、7号钢通过轧后穿水到795℃和750℃，成功将轧材硬度降至180HBW和185HBW。
表1齿轮钢20CrMnTiH的轧制工艺和轧材硬度的关系。
编号 规格/mm 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 穿水后钢材表面温度/℃ 冷床冷速/℃s-1 轧材硬度/HBW
1 35 1010 990 1000 0.8 315
2 35 1010 920 930 0.8 220
3 28 1000 925 933 1.2 232
4 28 1000 925 795 1.2 180
5 20 1010 1000 1000 1.8 340
6 20 1010 850 860 1.8 230
7 20 1010 950 750 1.8 185
实施例2
该方法在首钢通钢开发拉拔用20CrMo钢中得到了应用，具体步骤为：
1)根据用户对力学性能的要求，将20CrMo钢的主要化学成分C、Mn、Cr和Mo设定为0.20％、0.50％、0.85％和0.15％；
2)如表1所示，将开轧温度控制在1000℃。
3)将终轧温度控制在930℃和950℃。试验钢都开启第二段水冷段，其终轧温度高分别为930℃和950℃。
4)2号和4号试验钢开启了第三段水冷段，将穿水后轧材表面温度分别控制为800℃和780℃。其他试验钢第三段水冷段没有开启。
5)快速通过冷床和快速入坑。冷床冷速和规格有关，规格越小冷速越快。入坑温度为200℃-300℃。
轧钢工艺和轧材硬度的对应关系如表1所示。从图中可以看出1、3号试验钢的轧材硬度较高，分别为240HBW和230HBW。2、4号试验钢通过轧后穿水到800℃和780℃，成功将轧材硬度降至164HBW和180HBW。用户反馈表明，该钢材拉拔性能良好。
表220CrMo钢的轧制工艺和轧材硬度的关系。
编号 规格/mm 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 穿水后钢材表面温度/℃ 冷床冷速/℃s-1 轧材硬度/HBW
1 26 1000 930 930 1 240
2 26 1000 930 800 1 164
3 22 1000 950 900 1.5 232
4 22 1000 950 780 1.5 180

Claims (1)

1.一种硬度低于200HBW合金钢棒材的生产方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)根据钢种的性能要求设计成分，并按照中下限控制钢材的化学成分；
2)轧钢时，开轧温度控制为950-1050℃；
3)终轧温度控制为850℃-1000℃；
4)穿水后钢材表面温度控制为700℃-800℃；
5)快速下冷床和快速进入保温坑，入坑温度为200℃-300℃。
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