CN108746206A - 用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法：1)保证轧制比≥8；2)热装时，连续式加热炉预热段680‑780℃，第1加热段1000‑1100℃，第2加热段1200‑1260℃，均热段1200‑1250℃；加热时间：预热段≥240mim×k，第2加热段+均热段≥360mim×k，k＝圆坯公称直径mm/380；冷装时也对连续式加热炉的4段温度进行控制，并相应控制加热时间；3)圆坯出炉后表面冷却至900‑1030℃开轧；4)轧后≥500℃入坑缓冷，冷至≤150℃出坑空冷。与现有技术相比，本发明解决了圆坯加热时易开裂、制成的活塞杆中心组织致密性差、使用时易异常疲劳断裂的问题。
Description
技术领域
本发明属于工程机械用高碳低合金钢的轧制工艺，尤其是涉及用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法。
背景技术
液压破碎锤又称破碎器、碎石器，通常与挖掘机、挖掘装载机、轮式装载机、钢厂拆炉机、矿山碎石机等配套使用，广泛应用于建筑施工、公路铁路建设、矿山开采、冶金工业、市政工程等场合。破碎锤活塞杆是液压破碎锤的关键零件，也是一个容易损坏的零件。活塞杆的质量直接影响液压破碎锤的工作效率和施工成本，活塞杆失效形式主要有：工作圆柱表面严重磨损、拉伤，端面凹陷并引发裂纹和端面崩裂掉块以及活塞折断。活塞杆的材质必须具有很好的强度、耐磨性和抗冲击性能。
目前一般采用40CrNiMoA钢制造破碎锤活塞杆，用40CrNiMoA钢加工活塞杆过程中，经过退火+调质(油冷淬火和回火)热处理。由于40CrNiMoA钢含有昂贵的Ni、Mo元素，所以其生产成本较高，40CrNiMoA钢活塞杆使用时不易断裂，但在受到异常大的冲击力时，偶然会发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的现象，造成较大的经济损失。还有厂家选用低碳渗碳钢、中碳渗碳钢或高碳钢制造，如选用材料有：20Cr钢(渗碳淬火)、20CrMoTi钢(渗碳淬火)、20CrMnMo钢(渗碳淬火)、40Cr钢(淬火)、35CrMoV钢(渗碳淬火)、60Si2Mn钢(淬火)、T10V钢(淬火)、30Cr2Ni4Mo钢(淬火)、38CrMoAl钢(渗氮碳淬火)等，甚至选用12CrNi3钢(渗碳淬火)或12Cr2Ni4(渗碳淬火)，但它们的缺点是心部强度低，在工作过程中存在易出现冲击端面凹陷、损坏缸体的现象，且制造成本较高。
高碳低合金钢如GCr15、GCr15SiMn轴承钢，具有强度高、综合性能好的特点，由于其合金含量很低，所以具有成本上的优势，虽然此类钢合金含量较低，但其碳含量较高，故能保证其有良好的淬透性。因此，高碳低合金钢被考虑用来制造高性价比的破碎锤活塞杆。用模注钢锭锻造生产的高碳低合金钢具有组织致密的优势，但用GCr15、GCr15SiMn等高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢则更具成本的优势。然而，GCr15、GCr15SiMn等高碳低合金钢连铸圆坯在轧钢加热时容易开裂，用连铸圆坯轧制生产的活塞杆中心组织致密性差，活塞杆使用时存在从中心开始产生异常疲劳断裂的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，解决GCr15、GCr15SiMn等高碳低合金钢连铸圆坯在轧钢加热时容易开裂、制成的活塞杆中心组织致密性差、使用时存在从中心开始产生异常疲劳断裂的问题。
本发明具体技术方案如下：
用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，包括以下步骤：
1)根据轧制成品的公称尺寸确定连铸圆坯的公称直径，保证轧制比≥8；
2)轧制时采用连续式加热炉，连铸圆坯装炉方式采用热装入炉，采用热装入炉的连铸圆坯温度≥400℃；
3)加热炉分预热段、第1加热段、第2加热段和均热段4个温度区控制温度，热装时炉温控制要求：预热段680-780℃，第1加热段1000-1100℃，第2加热段1200-1260℃，均热段1200-1250℃；加热时间的控制要求：预热段≥240mim×k，第2加热段+均热段≥360mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380。
4)连铸圆坯出炉后冷却待轧，连铸圆坯表面冷却至900-1030℃开轧；
5)坯料经过轧机轧制后立即入缓冷坑进行缓冷，轧制圆钢入坑温度≥500℃，入坑保温冷却至≤150℃出坑空冷。
优选的，步骤2)中采用热装入炉的连铸圆坯温度为≥550℃。
优选的，步骤3)热装时炉温控制要求：预热段690-760℃，第1加热段1020-1060℃，第2加热段1220-1260℃，均热段1220-1250℃；加热时间的控制要求：预热段≥240mim×k，第2加热段+均热段≥360mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380。
采用热装入炉时步骤4)所述冷却方式为风冷。这样可以加快冷却、尽快投轧。
或，采用热装入炉时步骤4)所述冷却方式为水雾冷却，这样可使得冷却速度更快。
或，采用热装入炉时步骤4)所述冷却方式为高压水快速冷却，这样更有效地可缩短待轧时间、提高生产效率。同时也能改善冷却效果，增加连铸圆坯表层较高硬度层的深度。高压水快速冷却并表层返温不再升温时投轧。
优选的，采用热装入炉时步骤4)所述开轧温度为940-990℃。
或，用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，包括以下步骤：
1)根据轧制成品的公称尺寸确定连铸圆坯的公称直径，保证轧制比≥8；
2)轧制时采用连续式加热炉，连铸圆坯装炉方式采用冷装入炉，冷装入炉的连铸圆坯温度为室温或<400℃；
3)加热炉分预热段、第1加热段、第2加热段和均热段4个温度区控制温度：冷装时炉温控制要求：预热段600-700℃，第1加热段900-1080℃、第2加热段1180-1260℃、均热段1200-1250℃；冷装时加热时间的控制要求：预热段≥300mim×k，加热2段+均热段≥420mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380。
4)连铸圆坯出炉后冷却待轧，连铸圆坯表面冷却至900-1030℃开轧；
5)坯料经过轧机轧制后立即入缓冷坑进行缓冷，轧制圆钢入坑温度≥500℃，入坑保温冷却至≤150℃出坑空冷。
优选的，步骤3)中冷装时炉温控制要求：预热段610-650℃、第1加热段920-1050℃，第2加热段1220-1260℃，均热段1220-1250℃。冷装时加热时间的控制要求：预热段≥300mim×k，第2加热段+均热段≥420mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380。
冷装入炉时步骤4)所述冷却方式为风冷。这样可以加快冷却、尽快投轧。
或，冷装入炉时步骤4)所述冷却方式为水雾冷却，这样可使得冷却速度更快。
或，冷装入炉时步骤4)所述冷却方式为高压水快速冷却，这样更有效地可缩短待轧时间、提高生产效率。同时也能改善冷却效果，增加连铸圆坯表层较高硬度层的深度。高压水快速冷却并表层返温不再升温时投轧。
优选的，冷装入炉时步骤4)所述开轧温度为940-990℃。
连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢时保证轧制比≥8是为了提高其心部组织的致密性。连铸圆坯因其工艺特点其心部的致密性一般比模铸锭的差，因此较大的压缩比是必要的。
高碳低合金钢连铸圆坯因其导热性差、断面尺寸大，而在快速加热时容易因热应力导致钢坯开裂，因此，应尽量采用连铸圆坯热装入炉方式以减少热应力、防止钢坯加热时开裂，对于落地的连铸圆坯，必须在预热段缓慢加热。
加热制度的制定原则是能保证均匀加热，并避免加热时热应力过大而产生钢坯开裂。在预热的低温段应保证加热缓慢，防止热应力导致的加热开裂。在高温段必须保证足够的保温时间以减少偏析、改善碳化物的均匀性。
将加热炉的加热段分为第1加热段和第2加热段，第1加热段温度控制得较低有利于逐步升温，第2加热段温度较高有利于碳及合金元素的高温扩散，便于控制总的高温扩散加热时间。
加热时间是基于Ф380mm连铸圆坯制定的，其它公称直径的圆坯加热时间用系数k加以修正。
出炉后不立即轧制，而是让连铸圆坯表层冷却至较低温度再进行轧制，此时心部的温度较高、高温塑性很好，故对总变形抗力的影响不大。表面温度较低、强度较高有利于开坯时变形深入心部，改善心部组织的致密性。
轧制后缓冷有利于防止冷却裂纹，防止微小缺陷因冷却时的应力而扩展。
与现有技术相比，采用本发明提供的方法用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢，可有效地避免GCr15、GCr15SiMn等高碳低合金钢连铸圆坯在轧钢加热时因热应力引起开裂现象，可明显的改善轧出的圆钢低倍组织，提高其心部组织的致密性，减少或避免因活塞杆心部质量差而引起在使用中从中心开始产生异常疲劳断裂的现象。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，包括以下步骤：
1)根据轧制成品的公称尺寸确定连铸圆坯的公称直径，保证轧制比(截面积比)9.0；
2)轧制时采用连续式加热炉，连铸圆坯装炉方式采用热装入炉,连铸圆坯温度≥400℃；；
3)加热炉分预热段、第1加热段、第2加热段和均热段4个温度区控制温度：预热段703-750℃，第1加热段1021-1050℃，第2加热段1233-1250℃，均热段1231-1245℃；加热时间的控制：预热段331mim，加热1段221min，加热2段236min，均热段189min。
4)连铸圆坯出炉后冷却待轧，连铸圆坯表面冷却至945-963℃开轧；
5)坯料经过轧机轧制后立即入缓冷坑进行缓冷，轧制圆钢入坑温度≥500℃，入坑保温冷却至≤150℃出坑空冷。
实施例1-8与对比例1-2的轧制工艺见表1。
实施例1-8与对比例1-2钢坯轧制时的开裂情况及热轧圆钢按GB18254-2016的低倍、碳化物不均性性检验结果及制成的活塞杆使用时的断裂情况见表2。
从表1、表2可见，对比例钢坯轧制时有开裂情况，而实施例轧制时均无开裂现象。实施例的低倍组织、碳化物的不均匀性均有所改善。对比例活塞杆在使用中有异常断裂情况，而实施例的活塞杆在使用中均无异常断裂情况。
表1轧制工艺
续表1
表2检验结果
本发明提供了用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，解决了GCr15、GCr15SiMn等高碳低合金钢连铸圆坯在轧钢加热时容易开裂、制成的活塞杆中心组织致密性差、使用时存在从中心开始产生异常疲劳断裂的问题。
Claims (9)
1.用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)根据轧制成品的公称尺寸确定连铸圆坯的公称直径，保证轧制比≥8；
2)轧制时采用连续式加热炉，连铸圆坯装炉方式采用热装入炉，采用热装入炉的连铸圆坯温度≥400℃；
3)加热炉分预热段、第1加热段、第2加热段和均热段4个温度区控制温度，热装时炉温控制要求：预热段680-780℃，第1加热段1000-1100℃，第2加热段1200-1260℃，均热段1200-1250℃；加热时间的控制要求：预热段≥240mim×k，第2加热段+均热段≥360mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380；
4)连铸圆坯出炉后冷却待轧，连铸圆坯表面冷却至900-1030℃开轧；
5)坯料经过轧机轧制后立即入缓冷坑进行缓冷，轧制圆钢入坑温度≥500℃，入坑保温冷却至≤150℃出坑空冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中采用热装入炉的连铸圆坯温度为≥550℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)热装时炉温控制要求：预热段690-760℃，第1加热段1020-1060℃，第2加热段1220-1260℃，均热段1220-1250℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述冷却方式为风冷或水雾冷却或高压水快速冷却。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述开轧温度为940-990℃。
6.用高碳低合金钢连铸圆坯轧制生产破碎锤活塞杆用钢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)根据轧制成品的公称尺寸确定连铸圆坯的公称直径，保证轧制比≥8；
2)轧制时采用连续式加热炉，连铸圆坯装炉方式采用冷装入炉，冷装入炉的连铸圆坯温度为室温或<400℃；
3)加热炉分预热段、第1加热段、第2加热段和均热段4个温度区控制温度：预热段600-700℃，第1加热段900-1080℃、第1加热段1180-1260℃、均热段1200-1250℃；加热时间的控制要求：预热段≥300mim×k，第2加热段+均热段≥420mim×k，系数k＝连铸圆坯的公称直径mm/380；
4)连铸圆坯出炉后冷却待轧，连铸圆坯表面冷却至900-1030℃开轧；
5)坯料经过轧机轧制后立即入缓冷坑进行缓冷，轧制圆钢入坑温度≥500℃，入坑保温冷却至≤150℃出坑空冷。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)中冷装时炉温控制要求：预热段610-650℃、第1加热段920-1050℃，第2加热段1220-1260℃，均热段1220-1250℃。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4)所述冷却方式为风冷或水雾冷却或高压水快速冷却。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4)所述开轧温度为940-990℃。
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