CN109022737B - 一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法，该方法特别适用于规格≤60mm的50CrVA轧制圆钢的硬度调控，包括控制钢坯轧后进冷床温度高于Ar3相变点10‑60℃，实现50CrVA钢交货状态的硬度≤270HBW。该方法可以实现出厂硬度≤270HBW，提高下游客户对于材料整体的利用率，省去了现有工序中对50CrVA轧制圆钢的退火处理工序，降低了材料的使用成本。
Description
技术领域
本发明属于合金结构钢生产技术领域，特别涉及一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法。
背景技术
合金结构钢50CrVA又称50CrVA弹簧钢，其钢材名为弹簧钢，牌号50CrVA，执行标准GB/T 1222-2007，具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高，由于其中的Cr能够形成较强碳化物，而加入的钒V能够形成强的碳化物，使钢的晶粒细化，降低过热敏感性，提高了强度和韧性，所以50CrVA弹簧钢具有较高的强度，其最大硬度可达到321HBW。
在实际生产中，合金结构钢的交货状态是热轧态的棒材，对中碳CrV系列合金结构钢而言，C、Cr、Mn、V含量高，规格小，热轧态硬度过高，原材料硬度直接影响用户下料效率、锯条损耗、材料利用率。
目前行业内通常生产的50CrVA圆钢采用直接空冷的方式，其出厂硬度为300-310HBW，而在实际使用过程中，由于其硬度较高，通常都需要再次进行退火处理，不仅工序时间长，且成本较高。据统计，一吨50CrVA圆钢退火费用为大约400元，否则当出厂硬度大于270HBW时，很多下游客户的切割加工工具的损坏率已经超出用户自身对于材料加工成本的承受能力范围，尤其对于切割端部的剩余材料的加工难度更高，导致材料的整体使用率较低。因此，降低原材料出厂硬度势在必行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法，该方法特别适用于规格≤60mm的50CrVA轧制圆钢的硬度调控。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法，包括：控制钢坯轧后进冷床温度高于Ar3相变点10-60℃，实现50CrVA钢交货状态的硬度≤270HBW。
进一步地，所述进冷床温度高于Ar3相变点20-30℃。
进一步地，所述进冷床温度为700℃-750℃。
进一步地，钢坯轧后进入冷床前还包括轧后穿水冷却。
进一步地，所述轧后穿水冷却的过程中，喷水量为180-250m3/h。
进一步地，还包括，控制钢坯的终轧温度为750℃-850℃。
进一步地，所述控制钢坯的终轧温度为750℃-850℃，具体包括：
钢坯初轧结束后，对从最后一架初轧轧机出来的钢坯进行穿水冷却，控制水流量为180-250m3/h。
进一步地，采用在线控冷水箱或者水管完成钢坯的穿水冷却。
进一步地，还包括，对进入冷床的钢坯加盖保温罩。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1)本方案提供的方法特别适用于规格≤60mm的50CrVA轧制圆钢，可以实现出厂硬度≤270HBW，提高下游客户对于材料整体的利用率。
2)省去了现有工序中对50CrVA轧制圆钢的退火处理工序，降低了材料的使用成本。
附图说明
图1：为本发明提供的调控合金结构钢50CrVA硬度的方法的一种实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
50CrVA圆钢通常的规格≤60mm，所以，本方案提供的方法特别适用于规格≤60mm的50CrVA圆钢。而行业内，根据实用性的要求，当规格大于60mm的圆钢，则会采用其它硬度相对较小的材料制成。
50CrVA具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高，加入钒使钢的晶粒细化，降低过热敏感性，提高了强度和韧性，具有高的疲劳强度，屈服比也较高。50CrVA圆钢通常的制造方法包括原材料进入加热炉内加热至预设温度，之后进入轧机进行轧制，轧制分为初轧、中轧和终轧，终轧结束后进入冷床，出冷床后的硬度通常在300-310HBW。
为了调控50CrVA圆钢的交货状态硬度≤270HBW，本方案对其在制造过程中进行轧后穿水处理，具体方法如下：
调控合金结构钢50CrVA硬度的方法，如图1所示，具体方法如下：
101、采用相变仪模拟测定50CrVA的相变点Ar3；
102、控制进冷床温度高于Ar3相变点10-60℃，实现50CrVA钢交货状态的硬度≤270HBW。
其中，Ar3：铁碳合金冷却时自A(奥氏体)中开始析出F的临界温度。
在以往的制造工艺中，通常都是轧制完毕后空冷直接进冷床，由于轧制结束之后的钢坯温度较高，导致进冷床之后钢坯与环境之间的温差较大，冷速速度过快，共析反应产生的珠光体比例更多。同时，进冷床温度过高，导致钢坯在冷却过程中只有表面温度降温明显，而心部温度并未明显下降，甚至并未下降，导致，出冷床之后，钢坯依然为较高温度状态，甚至接近Ar1温度而未达到Ar3温度，导致出冷床之后钢坯中的珠光体比例偏高，钢坯硬度过大，同时也会影响钢坯的综合力学性能。
因此，本方案中通过控制进冷床的温度，避免钢坯在进入冷床之后冷速过快，同时能够避免由于进冷床温度过高，在相变过程中产生较多珠光体，导致钢坯硬度过大。
但是，在对进冷床温度进行控制时，由于该温度很难把控，一方面，如果控冷强度过大，冷速过快，共析反应产生的珠光体比例增多，强度增大，甚至会产生过冷奥氏体，导致硬脆组织贝氏体产生；如果控冷强度过小，则由于相变温度较高，则会产生较高比例的珠光体，导致钢坯硬度依然很大，无法有效降低其硬度。另一方面，即使领域内技术人员了解在相变过程中，Ar3为奥氏体向铁素体转变的临界温度，如果能够将进冷床温度控制在Ar3，则能够有效降低钢坯硬度。但是，实际上，当将进冷床温度控制在Ar3时，依然无法稳定有效降低钢坯硬度，甚至会有大量贝氏体生成。实测发现，当进冷床温度控制在Ar3时，最终钢坯的硬度范围跨度较大，260HBW-340HBW均有可能出现。
因此，关于如何准确控制进冷床温度，为领域内的一个技术难题。
而本方案提供的方法能够准确稳定有效地降低钢坯硬度，即就是控制进冷床温度高于Ar3相变点10-60℃，这样，从实测发现，能够稳定有效地降低钢坯硬度，同时，不会影响钢坯的综合性能。
优选，当控制进冷床温度高于Ar3相变点20-30℃时，控制钢坯硬度降低的准确性和效果为最佳。具体地，对于规格≤60mm的50CrVA圆钢，本方案中主要涉及的是规格分别为48mm、50mm和55mm的50CrVA圆钢，其进冷床的温度控制在700-750℃，即可实现制造圆钢的硬度有效调控。实测，当控制进冷床温度为700℃-710℃时，钢坯的最终硬度为262-264HBW，当控制进冷床温度为710℃-715℃时，钢坯的最终硬度为263-266HBW，当控制进冷床温度为715℃-730℃时，钢坯的最终硬度为264-268HBW，当控制进冷床温度为730℃-740℃时，钢坯的最终硬度为266-268HBW，当控制进冷床温度为740℃-750℃时，钢坯的最终硬度为268-270HBW。因此，进冷床的温度响度较低时，能够更容易控制最终钢坯的硬度下降，更有选进冷床温度为700℃-730℃，最优选进冷床温度为700℃-715℃。
当钢坯终轧结束后，出轧机的温度越高，其进冷床的温度越高，最终导致进冷床后的冷速过快，相变温度过高，产生的珠光体比例过多，硬度越大。因此，为了更准确实现上述的进冷床温度，还可以通过控制终轧温度实现，当终轧温度控制在750℃-850℃时，终轧完毕的钢坯运行过程中，进冷床之前对其进行轧后穿水，能够降低钢坯进冷床温度，进而准确控制其进冷床温度为700-750℃。因此，对终轧温度进行控制，相当于对钢坯进行初步控温处理，否则只依靠最后的轧后穿水冷却，无法保证上冷床温度能够准确达到预设温度范围。
在控制终轧温度时，也可以通过水冷实现，具体在钢坯从初轧的最后一架轧机出来之后，即向钢坯喷水，控制水流量达到180-250m3/h，即可实现终轧温度达到750℃-850℃。实测发现，当水流量大于该最大值时，控冷强度过大，钢坯表面冷速过快甚至产生过冷，导致晶粒粗大，产生的贝氏体会增大钢坯表面硬度。而当水流量小于该最小值时，控冷强度过小，相变温度过高，产生珠光体比例过高，导致钢坯表面硬度过大。优选，控制水流量为180m3/h、200m3/h、220m3/h、240m3/h、250m3/h。
在实际水冷控制时，本方案中优选采用在线控冷水箱喷水，其喷水量可以有效控制，或者可以使用水管进行喷水，达到预设喷水量即可。
钢坯进冷床之后，为了减少钢坯与外界环境的换热，导致局部位置温度较高减少珠光体的生成，优选可以对进入冷床的钢坯加盖保温罩，钢坯在保温罩保护的冷床内进行相变反应，尽可能实现钢坯在Ar3温度进行相变转化，产生较多铁素体，有效降低钢坯的硬度。
本方案中的50CrVA钢的成分范围如下：C:0.47-0.54，Si：0.17-0.37，Mn：0.50-0.80，Cr：0.80-1.10，V:0.10-0.20,Ni:≤0.30，Cu：≤0.25，P≤0.020，S：≤0.015。
下面通过两个具体实施例以及测试结果说明本发明提供的方法能够有效降低50CrVA钢的生产硬度，以实现出厂硬度≤270HBW。
实施例1
本实施例提供的50CrVA钢的具体成分如下：
C:0.49，Si：0.26，Mn：0.7，P：0.015，S：0.003，Cr：1.00，Ni：0.04，Cu：0.09，V：0.152。
使用DIL805L静态相变仪测定其相变点分别为：Ac1：766℃，Ac3：786℃，Ar1：648℃，Ar3：680℃。
上述实施例中，对上述材料先使用加热炉对其进行加热，之后采用步进式26架全连轧轧机进行轧制。
具体地，采用上述材料制成三个相同规格的圆钢钢坯，分别轧制和上冷床冷却测试，在三个钢坯的同一位置，分别进行终轧前的水冷和进冷床前的水冷，最终测试结果如下：
| 规格/mm | P3/℃ | P4/℃ | P5/℃ | P6/℃ | 硬度/HBW |
| 50 | 825 | 792 | 879 | 680 | 260 |
| 50 | 845 | 812 | 898 | 715 | 265 |
| 50 | 873 | 824 | 887 | 739 | 266 |
| 50 | 872 | 824 | 887 | 740 | 268 |
实施例2
C:0.5，Si：0.29，Mn：0.74，P：0.015，S：0.004，Cr：1.02，Ni：0.05，Cu：0.12，V：0.144。
使用DIL805L静态相变仪测定其相变点分别为：Ac1：770℃，Ac3：789℃，Ar1：652℃，Ar3：683℃。
上述实施例中，对上述材料先使用加热炉对其进行加热，之后采用步进式26架全连轧轧机进行轧制。
具体地，采用上述材料制成三个相同规格的圆钢钢坯，分别轧制和上冷床冷却测试，在三个钢坯的同一位置，分别进行终轧前的水冷和进冷床前的水冷，最终测试结果如下：
| 规格/mm | P3/℃ | P4/℃ | P5/℃ | P6/℃ | 硬度/HBW |
| 50 | 827 | 794 | 880 | 683 | 310 |
| 50 | 847 | 814 | 900 | 718 | 268 |
| 50 | 876 | 825 | 889 | 741 | 268 |
| 50 | 874 | 825 | 889 | 742 | 270 |
说明：上述表格中，p3为进21架前温度，p4为终轧进kocks轧机之前的温度，p5为出kocks轧机之后的温度，p6为上冷床温度。
由上述测试结果可以看出，采用本发明提供的方法，对生产中的50CrVA圆钢进行硬度控制，三次测试的硬度结果最大为270HBW。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
Claims (5)
1.一种调控合金结构钢50CrVA硬度的方法，其特征在于，包括：
控制钢坯的终轧温度为≥750℃且＜850℃；
钢坯轧后进入冷床前还包括轧后穿水冷却，所述轧后穿水冷却的过程中，喷水量为180-250m3/h，控制钢坯轧后进冷床温度高于Ar3相变点10-60℃，所述进冷床温度为＞700℃且≤750℃，实现50CrVA钢交货状态的硬度≤270HBW；
所述合金结构钢50CrVA为规格≤60mm且≥48mm的圆钢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述进冷床温度高于Ar3相变点20-30℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述控制钢坯的终轧温度为750℃-850℃，具体包括：
钢坯初轧结束后，对从最后一架初轧轧机出来的钢坯进行穿水冷却，控制水流量为180-250m3/h。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
采用在线控冷水箱或者水管完成钢坯的穿水冷却。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，
还包括，对进入冷床的钢坯加盖保温罩。
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