CN107746910A - 一种CrNiMo合金圆钢的生产方法 - Google Patents

一种CrNiMo合金圆钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，采用工艺路线为冶炼—连铸—加热—轧制—冷却，钢的组成重量百分比为：C=0.37~0.44，Si=0.17～0.37，Mn=0.50～0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.60~0.90，Ni=1.25～1.65，Al=0.005～0.025，Mo=0.15~0.25，其余为Fe和不可避免的杂质；本发明自创复合水除鳞方式及合理、高效的冷却方式，生产经过调质处理后,抗拉强度980Mpa以上,断面收缩率在55%以上，常温冲击AKv在60J以上的CrNiMo合金圆钢。同时保证该钢种具有极高的淬透性及强韧性，满足高端市场对轴类、紧固件类及齿轮类用钢的需求。

Description

一种CrNiMo合金圆钢的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种CrNiMo合金圆钢的生产方法。
背景技术
随着设备制造行业的进步，机械设备能力对制造材料要求进一步的增加，机械加工行业其中一些关键零部件，如轴类、齿轮类零件，要求更高的强度、韧性，更好的淬透性和过热稳定性，一般的高强度合金圆钢已满足不了使用要求。近年来，国际上CrNiMo出现高合金、高质、优化、低级钢强化和扩充材料领域的趋向。
目前相继开发的新型CrNiMo合金钢包括高淬透性特大型锻压模具钢，如国际标准ISO当中的40CrNiMoV7等高热强性模具钢，如美国的H10A、日本日立金属公司的YHD3等高温热作模具钢，如美国的T2M、T2C，日本的Nimowal等。新型CrNiMo合金钢的发展趋势主要有以下几个方面：易切削性、抛光性好，如美国的412、M-300，瑞典的STAVAX-13等；预硬化性能，如美国的P20、445,德国的MOVTREX-A（2312）等；整体淬透性能，如美国的A2、D3、和H13等；耐腐蚀性能，如ISO110CrMo17等。
CrNiMo合金钢日益向品种多样化、精细化、制品化的方向迅速发展，随着制品零件工作条件的日益苛刻，对钢的纯净度、等向性提出了更高的要求。因此，国际炉外精炼的工艺生产高纯净度的CrNiMo合金钢，对于部分要求更加高的CrNiMo合金钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析，一次质量有了较大的提高。
发明内容
本发明旨在提供一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，其代表钢种40CrNiMo最大规格为100mm，最小规格为50mm，调质处理后抗拉强度在980MPa以上，屈服强度在835MPa以上，断面收缩率在55%以上，常温冲击AKv在60J以上，能够很好的满足各种机械用轴类、齿轮及紧固件使用需求。
发明的技术方案：
一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，采用工艺路线为冶炼—连铸—加热—轧制—冷却，钢的组成重量百分比为C=0.37~0.44，Si=0.17～0.37，Mn=0.50～0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.60~0.90，Ni=1.25～1.65， Al=0.005～0.025， Mo=0.15~0.25，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06%，P≤0.015%；高拉补吹后吹次数≯2次，出钢1/4时往钢包中加入合金；
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求；钢水出站前喂Ca线150~300米/炉。
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按 [H]≤2.0ppm控制；钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20～30℃。
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15℃～25℃；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃，150 mm×150mm方坯均热时间≥40min，240 mm×240mm方坯均热时间≥60min。
轧制：采用两阶段轧制，第一阶段开坯轧制采用小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在980～1020℃。
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃时入缓冷坑保温，保温时间不低于24h。
发明原理：
本发明在成分设计上以提高圆钢的强韧性及、淬透性为主，再通过适当的冷却速率和缓冷坑缓冷，从而在增加圆钢强度的同时保证其韧性及H元素的释放。
在要求高强度和良好韧性的同时应具有低碳当量和低Pcm值。组织设计则是以贝氏体+珠光体的韧性组织，添加了多种细化晶粒和提高淬透性的元素。
Ni对提高圆钢的性能尤为关键，可有效提高圆钢淬透性并改善低温韧性。当含量大于0.2%时，可有效抑制裂纹的扩展，提高圆钢质量及性能；但Ni价格昂贵，过多添加会增加制造成本。
钢中进行微Ti处理，添加0.008以上的Ti有利于加热温度在1180℃～1220℃之间时形成TiN钉扎晶界，抑制奥氏体晶粒过分长大，并且在轧制过程中细化晶粒。
本发明的有益效果：本发明采用的低道次量小压下方式进行第一阶段的轧制配合适当水压的高压水除鳞及加热时间、加热温度的控制，对圆钢表面氧化铁皮的去除效果较佳；本发明利用钢厂现有设备和工艺条件，既不增加投资和生产成本，又提高了生产效率，节能减耗；本发明的产品其代表钢种40CrNiMo最大规格为100mm，最小规格为50mm，调质处理后抗拉强度在980MPa以上，屈服强度在835MPa以上，断面收缩率在55%以上，常温冲击AKv在60J以上，能够很好的满足各种机械用轴类、齿轮及紧固件使用需求，可广泛应用于各类CrNiMo钢种中，包括一些含Ni量较高的钢种中。
附图说明
图1为本发明实施例的代表钢种40CrNiMo的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：
实施例1：
一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，钢的组成重量百分比为：C=0.40，Si=0.25，Mn=0.63，P=0.010，S=0.003，Cr=0.74，Ni=1.32， Al=0.005， Mo=0.17，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06，P≤0.015；高拉补吹后吹次数≯2次；
出钢1/4时往钢包中加入合金，
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求, 适当考虑VD、连铸工序Al元素的烧损和C元素的增涨；钢水出站前喂Ca线150~300m/炉。
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按目标值[H]≤2.0ppm控制；
钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度：开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20-30℃。
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15～25℃，铸坯尺寸240 mm×240mm×6m；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃之间，均热时间70min；
轧制：采用两阶段轧制，第一阶开坯轧制，采用适量的小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮便于在后道轧制过程中脱落，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在1010℃；
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃之间时入缓冷坑保温，保温时间27h。
圆钢力学性能见表1所示。
实施例2：
一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，钢的组成重量百分比为：C=0.40，Si=0.23，Mn=0.64，P=0.015，S=0.004，Cr=0.74，Ni=1.34， Al=0.005， Mo=0.17，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06%，P≤0.015%；高拉补吹后吹次数≯2次，出钢1/4时往钢包中加入合金。
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求, 适当考虑VD、连铸工序Al元素的烧损和C元素的增涨；钢水出站前喂Ca线150~300m/炉。
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按目标值[H]≤2.0ppm控制；
钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度：开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20～30℃。
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15～25℃，铸坯尺寸：240 mm×240mm×6m；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃之间，均热时间=68min；
轧制：采用两阶段轧制，第一阶开坯轧制，采用适量的小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮便于在后道轧制过程中脱落，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在980～1020℃；
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃之间时入缓冷坑保温，保温时间29h。
圆钢力学性能见表1所示。
实施例3：
一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，钢的组成重量百分比为：C=0.39，Si=0.24，Mn=0.65，P=0.017，S=0.005，Cr=0.75，Ni=1.36，Al=0.005，Mo=0.18，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06，P≤0.015；高拉补吹后吹次数≯2次；出钢1/4时往钢包中加入合金。
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求, 适当考虑VD、连铸工序Al元素的烧损和C元素的增涨；钢水出站前喂Ca线150~300m/炉。
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按目标值[H]≤2.0ppm控制；
钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度：开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20-30℃。
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15℃～25℃，铸坯尺寸： 240 mm×240mm×6m；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃之间，均热时间根据铸坯尺寸不同， 240 mm×240mm方坯均热时间62min；
轧制：采用两阶段轧制，第一阶开坯轧制，采用适量的小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮便于在后道轧制过程中脱落，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在980～1020℃；
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃之间时入缓冷坑保温，保温时间不低于34h。
圆钢力学性能见表1所示。
实施例4：
一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，其特征在于：钢的组成重量百分比为：C=0.41，Si=0.23，Mn=0.65，P=0.011，S=0.004，Cr=0.75，Ni=1.37， Al=0.005， Mo=0.17，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06，P≤0.01%；高拉补吹后吹次数≯2次；
出钢1/4时往钢包中加入合金，
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求, 适当考虑VD、连铸工序Al元素的烧损和C元素的增涨；钢水出站前喂Ca线150~300m/炉。
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按目标值[H]≤2.0ppm控制；
钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度：开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20-30℃。
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15～25℃，铸坯尺寸240 mm×240mm×6m；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃之间，方坯均热时间75min；
轧制：采用两阶段轧制，第一阶开坯轧制，采用适量的小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮便于在后道轧制过程中脱落，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在980～1020℃；
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃之间时入缓冷坑保温，保温时间不低于28h。
圆钢力学性能见表1所示。
表1 实施例中圆钢的力学性能
从表1测试结果可见，采用本发明的方法生产的圆钢，经调质处理后,抗拉强度能达到980Mpa以上，常温冲击AKv能达到60J以上，断面收缩率和延伸率水平很高，各项指标均能够符合各种高标准的轴类、齿轮类、紧固件类制品零件的使用要求。

Claims (1)

1.一种CrNiMo合金圆钢的生产方法，采用工艺路线为冶炼—连铸—加热—轧制—冷却，其特征在于：钢的组成重量百分比为C=0.37~0.44，Si=0.17～0.37，Mn=0.50～0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.60~0.90，Ni=1.25～1.65， Al=0.005～0.025， Mo=0.15~0.25，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：
冶炼：控制终点C≥0.06%，P≤0.015%；高拉补吹后吹次数≯2次，出钢1/4时往钢包中加入合金；
LF炉：钢水在LF炉通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，精炼造白渣脱氧去夹杂；过程成分按目标值调整，钢水出站成分满足内控要求；钢水出站前喂Ca线150~300米/炉；
VD炉：在VD炉总吹氩时间≥40分钟；抽真空目标0.5tor以下，保真空时间≥15min，破空后软吹氩时间≥15min；钢水出站每浇次定氢不少于1炉，按 [H]≤2.0ppm控制；钢水出站上连铸台温度按中包过热度目标值连浇炉≤35℃，开浇炉≤40℃控制；中包钢水过热度开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃；中包典拉过热度20～30℃；
连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15℃～25℃；
加热：铸坯加热温度1180～1220℃，150 mm×150mm方坯均热时间≥40min，240 mm×240mm方坯均热时间≥60min；
轧制：采用两阶段轧制，第一阶段开坯轧制采用小压下量道次充分破碎钢坯表面氧化铁皮，第二阶段连轧机组轧出成品，终轧温度控制在980～1020℃；
冷却：轧后直接冷床冷却，直至冷却温度到400～500℃时入缓冷坑保温，保温时间不低于24h。
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