CN107746911A - 一种锻造余热淬火钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车用锻造余热淬火钢的生产方法，钢的组成重量百分比为碳=0.48~0.55%，硅=0.17~0.37%，锰=0.60%~0.90%，磷≤0.025%，硫=0.015~0.035%，钛=0.02~0.05%，铝=0.02%~0.04%，硼=0.005~0.015%，氮=0.006~0.012%，铬≤0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质。采用窄成分控制、转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、轧制、缓冷的生产工艺流程，可生产成品为φ85mm~φ150mm规格圆钢，其产品末端淬透性J5为40HRC~58HRC、J9≤36HRC，热轧硬度适中，夹杂物物及全氧含量低，产品经用户锻造余热淬火后晶粒组织均匀细小，综合机械性能优良，工艺性能稳定性较好，能够很好地满足汽车前轴等锻件的使用需求。

Description

一种锻造余热淬火钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种锻造余热淬火钢的生产方法。

背景技术

调质钢热锻件常规热处理是在锻件冷却到室温或较低温度发生过奥氏体相变后，按工艺规程再加热重新奥氏体化，然后淬火、高温回火的处理工艺。而开发的锻造余热淬火钢则是利用热锻件锻造成形后的剩余温度直接淬火。相比而言，锻造用余热淬火钢热处理工艺免去了锻件重新奥氏体化的再加热过程，不但充分利用锻造余热，显著节约能源，而且简化了锻件处理工艺，缩短炉生产周期。

锻造余热淬火钢是以现用调质为基础进行开发，且与现用调质钢力学性能无明显差异，因此在材料成本增加很少的前提下显著提升零件盈利空间，为锻造厂创造更多的价值。开发成功后，余热淬火钢可以应用到所有涉及调质处理的零件上，在洗车等机械行业具有广阔的应用空间。采用锻造余热淬火工艺后，在提高产品质量的前提下，减少了传统淬火工艺中的一次加热过程，节约了大量的能源消耗。由于便于实现流水线生产，不仅使生产周期大大缩短，生产效率得到显著提高，而且大幅度减轻工人的劳动强度，获得显著的经济效益。生产实践表明，这项技术极具推广价值。锻造余热淬火既适于少批量生产，又适于大批量生产，所以对各种需热锻的零件应进行性能研究、检测及验证。

发明内容

本发明旨在提供一种锻造余热淬火钢的生产方法，可生产成品为φ85mm~φ150mm规格圆钢，其产品末端淬透性J5为40HRC~58HRC、J9≤36HRC，热轧硬度适中，夹杂物物及全氧含量低，产品经用户锻造余热淬火后晶粒组织均匀细小，综合机械性能优良，工艺性能稳定性较好，能够很好的满足汽车前轴等锻件的使用需求。

发明的技术方案：

一种锻造余热淬火钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为碳=0.48~0.55%，硅=0.17~0.37%，锰=0.60%~0.90%，磷≤0.025%，硫=0.015~0.035%，钛=0.02~0.05%，铝=0.02%~0.04%，硼=0.005~0.015%，氮=0.006~0.012%，铬≤0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢[P]≤0.012%，[C]≥0.08%，采用LF炉+真空处理精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥20min，精炼渣碱度CaO/SiO₂≥4.5；精炼按Al-Ti-B-N-S的顺序调整微量元素含量，VD真空脱气处理，在真空度67Pa以下，真空保持时间10~15min，出站前软吹氩气时间15~25min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15~25℃，连铸二次冷却比水量为0.27L/min，结晶器电磁搅拌电流200A、频率2.5HZ，铸坯断面300 mm×430mm；

（3）加热：铸坯加热温度1180~1220℃，均热时间≥80min；

（4）轧制：采用粗轧开坯加8道次连轧轧制，粗轧开坯温度≥1050℃，粗轧一、二道次压下量分别不小于65mm、60mm，连轧终轧温度950～1000℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度≥720℃，出保温罩后快速下冷床入坑缓冷，入坑温度≥400℃，缓冷时间≥24h。

本发明化学成分设计对其细化高温奥氏体晶粒度重点考虑，拓展其许用淬火温度范围，从而提升锻造余热淬火锻件的性能及质量稳定性，添加了多种细化晶粒和提高淬透性的元素。

为了确保汽车用钢的疲劳寿命，钢水必须具有较高的纯净度，但必须具有优良的加工性能。P为有害杂质元素，通过控制转炉出钢时[P]≤0.012%，同时控制0.015~0.035%的硫含量确保其具有较好的机械加工性能，并通过LF+VD复合精炼工艺，白渣保持时间≥20min，精炼渣碱度CaO/SiO₂≥4.5，VD炉保真空时间10~15min等手段控制，使终点磷含量≤0.015%，并降低钢水中全氧含量及其他杂质和有害气体含量。

为了提高汽车用锻造余热淬火钢的综合机械性能，在C-Mn钢固溶强化的基础上，复合添加Cr、B、Ti、Al等合金元素，充分发挥细化奥氏体晶粒、沉淀强化、提高淬透性等作用以达到拓展其许用淬火温度范围，从而提升锻造余热淬火锻件的性能及质量稳定性的目的。

钢中进行微Ti处理，并加入适量的N有利于钢在锻造加热温度在1180℃~1220℃之间时形成TiN钉扎晶界，抑制奥氏体晶粒过分长大，并且在锻造过程中细化晶粒，改善钢的热处理性能；

N是很强的形成和稳定奥氏体元素，N与Ti、Nb和V等元素有很强的亲和力，可形成极稳定的间隙相。氮化物与碳化物可互相溶解，形成碳氮化物，氮化物之间也可互相溶解，形成复合氮化物。这些化合物常以细小质点存在，产生弥散强化效果，提高钢的强度。N和钢种的Al化合形成AlN，AlN以及TiN以及NbN等都可有效阻止奥氏体晶粒粗化，得到细小的铁素体晶粒，有利于提高钢的韧性。

本发明可生产成品为φ85mm~φ150mm规格的热轧圆钢，其产品末端淬透性J5为40HRC~58HRC、J9≤36HRC，热轧硬度适中，夹杂物物及全氧含量低，产品经用户锻造余热淬火后晶粒组织均匀细小，综合机械性能优良，工艺性能稳定性较好，能够很好的满足汽车前轴锻件的使用需求。

本发明的有益效果：本发明自创B-Ti-Al等多元复合微合金化成分设计体系，利用微合金氮化物细化其高温奥氏体晶粒度，并采用LF+真空处理复合精炼及特殊的精炼成分微调技术，严格控制P含量和钢水的纯净度，加入适量的S含量，并采用大压下、缓冷技术，成功开发的锻造余热淬火钢，可广泛应用于汽车及工程机械等多个领域，可大量替代现有加工生产浪费能源且生产加工效率低下的调质钢品种。本发明产品加工利用锻造余热淬火，替代传统的调质热处理工艺，在保证产品质量的同时，减少产品加工工序和生产成本，推进节约型低碳环保钢材新品种的研发进程。.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。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1：

一种汽车用锻造余热淬火钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为：碳=0.52%，硅=0.28%，锰=0.80 %，磷=0.012%，硫=0.021%，铬=0.22%，钛=0.027%，铝=0.024%，硼=0.001%，氮=0.0.0092%，其余为Fe和不可避免的杂质。

（1）冶炼：转炉出钢[P]0.010%，[C]=0.09%，采用LF炉+真空处理精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间23min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=5.2，LF炉微调成分，按Al、Ti、B的顺序加入微量元素，Al含量考虑VD及后期烧损，Ti、B含量按目标值控制；VD炉真空脱气处理，在真空度67Pa以下，真空保持时间15min，VD炉破空后先喂N线300m软吹2min后再喂入340m硫线，喂线后软吹氩气时间23min。

（2）连铸：连铸采用全程保护浇铸，中包过热度22℃，二冷比水量0.27L/min，结晶器电磁搅拌参数:200A、2.5HZ,铸坯断面300mm×430mm；

（3）加热：铸坯加热温度1195~1205℃，均热时间85min；

（4）轧制：初轧开坯第1、第2道次压下量为65、60mm，连轧终轧温度在980~1000℃；

（5）缓冷：进冷床采用双排不停齿进保温罩缓冷工艺，进罩温度720~740℃，入坑温度410~430℃。热轧圆钢产品主要特性指标如表1、表2所示。

实施例2：

一种汽车用锻造余热淬火钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为：碳=0.53%，硅=0.27%，锰=0.79 %，磷=0.012%，硫=0.020%，铬=0.23%，钛=0.025%，铝=0.022%，硼=0.0012%，氮=0.0.0098%，其余为Fe和不可避免的杂质。

冶炼：转炉出钢[P]0.011%，[C]=0.12%，采用LF炉+真空处理精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间25min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=5.0，LF炉微调成分，按Al、Ti、B的顺序加入微量元素，Al含量考虑VD及后期烧损，Ti、B含量按目标值控制；VD炉真空脱气处理，在真空度67Pa以下，真空保持时间15min，VD炉破空后先喂N线300m软吹2min后再喂入350m硫线，喂线后软吹氩气时间25min。

连铸：连铸采用全程保护浇铸，中包过热度24℃，二冷比水量0.27L/min，结晶器电磁搅拌参数:200A、2.5HZ，铸坯断面300mm×430mm；

加热：铸坯加热温度1190~1200℃，均热时间87min；

轧制：初轧开坯第1、第2道次压下量为65、60mm，连轧终轧温度在990~1020℃；

缓冷：进冷床采用双排不停齿进保温罩缓冷工艺，进罩温度730~740℃，入坑温度420~430℃。热轧圆钢产品主要特性指标如表1、表2所示。

实施例3：

一种汽车用锻造余热淬火钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为：碳=0.53%，硅=0.26%，锰=0.79 %，磷=0.013%，硫=0.021%，铬=0.22%，钛=0.026%，铝=0.023%，硼=0.0011%，氮=0.0.0096%，其余为Fe和不可避免的杂质。

冶炼：转炉出钢[P]0.011%，[C]=0.11%，采用LF炉+真空处理精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间23min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=5.1，LF炉微调成分，按Al、Ti、B的顺序加入微量元素，Al含量考虑VD及后期烧损，Ti、B含量按目标值控制；VD炉真空脱气处理，在真空度67Pa以下，真空保持时间15min，VD炉破空后先喂N线310m软吹2min后再喂入350m硫线，喂线后软吹氩气时间23min。

连铸：连铸采用全程保护浇铸，中包过热度23℃，二冷比水量0.27L/min，结晶器电磁搅拌参数:200A、2.5HZ,铸坯断面300mm×430mm；

加热：铸坯加热温度1190~1205℃，均热时间89min；

轧制：初轧开坯第1、第2道次压下量分别为65mm、60mm，连轧终轧温度在995~1030℃；

缓冷：进冷床采用双排不停齿进保温罩缓冷工艺，进罩温度730~740℃，入坑温度425~440℃。热轧圆钢产品主要特性指标如表1、表2所示。

表1 高温奥氏体晶粒度

表2 物理性能

从表1、表2测试结果可见，采用本发明设计成分及生产方法生产的圆钢，其高温奥氏体晶粒及物理性能均达到汽车用锻造余热淬火钢的指标要求，产品经东风工艺研究所检验测试合格。

Claims (1)

1.一种锻造余热淬火钢的生产方法，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为碳=0.48~0.55%，硅=0.17~0.37%，锰=0.60%~0.90%，磷≤0.025%，硫=0.015~0.035%，钛=0.02~0.05%，铝=0.02%~0.04%，硼=0.005~0.015%，氮=0.006~0.012%，铬≤0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢[P]≤0.012%，[C]≥0.08%，采用LF炉+真空处理精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥20min，精炼渣碱度CaO/SiO₂≥4.5；精炼按Al-Ti-B-N-S的顺序调整微量元素含量，VD真空脱气处理，在真空度67Pa以下，真空保持时间10~15min，出站前软吹氩气时间15~25min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15~25℃，连铸二次冷却比水量为0.27L/min，结晶器电磁搅拌电流200A、频率2.5HZ，铸坯断面300 mm×430mm；

（3）加热：铸坯加热温度1180~1220℃，均热时间≥80min；

（4）轧制：采用粗轧开坯加8道次连轧轧制，粗轧开坯温度≥1050℃，粗轧一、二道次压下量分别不小于65mm、60mm，连轧终轧温度950～1000℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度≥720℃，出保温罩后快速下冷床入坑缓冷，入坑温度≥400℃，缓冷时间≥24h。