CN109487042A - 缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，其包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、开坯和轧制工序，（1）冶炼工序：终点成分C≥0.08wt%，转炉终点氧含量控制在300ppm及以下，出钢P≤0.015wt%，S≤0.040wt%；（2）LF精炼工序：造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量为0.0100～0.0300wt%、O含量为15ppm及以下、S含量为0.010%及以下；（3）RH真空处理工序：100Pa及以下保持保真空时间10～15min，软吹时间≥15min。采用本工艺生产的活塞销用钢，中心偏析区域小于普通工艺生产相同规格圆钢，能很好地满足了活塞销用钢的要求。本工艺缩小了圆钢中心偏析区域直径，提高了活塞销用钢的内部质量，对其他中心偏析要求严格的汽车零部件用钢或板材等有参考与指导意义。

Description

缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺

技术领域

本发明属于冶炼与轧制技术领域，尤其是一种缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺。

背景技术

活塞销用来连接活塞和连杆，活塞将燃烧气体的压力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转并输出动力。活塞销的工作环境很恶劣，在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。要求具有足够高的机械强度、耐磨性及疲劳强度。

活塞销的材料一般为低碳钢或低碳合金钢。因为活塞销要求外层硬并耐磨，所以需要对用低碳钢或低碳合金钢制造的活塞销外表面进行渗碳和淬火。渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织。表面硬度可达HRC 58～63，心部硬度为HRC 30～42。渗碳淬火后，活塞销表面产生压缩内应力，有利于提高疲劳强度。

由于汽车轻量化要求，为了减轻重量，活塞销一般用优质合金结构钢制造，结构一般为一个厚壁空心圆柱。因此活塞销表面由外表面和内表面构成：外表面为圆钢的亚表面；内表面为活塞销内孔的表面，即为圆钢的中心区域。由于活塞销用钢的渗碳工艺，对应于活塞销内孔区域的圆钢中心区域质量要求严格，该区域应避开中心偏析区域，若出现严重偏析线将造成活塞销内孔表面在渗碳热处理过程中体积变化，引起热处理失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，以提高活塞销用钢的内部质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、开坯和轧制工序，其工艺步骤为：（1）冶炼工序：终点成分C≥0.08wt%，转炉终点氧含量控制在300ppm及以下，出钢P≤0.015wt%，S≤0.040wt%；

（2）LF精炼工序：造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量为0.0100～0.0300wt%、O含量为15ppm及以下、S含量为0.010%及以下；

（3）RH真空处理工序：100Pa及以下保持保真空时间10～15min，软吹时间≥15min；

（4）连铸工序：轧制总压缩比≥15，钢水过热度控制△T≤30℃；

（5）开坯工序：开成150mm*150mm的小方坯，空冷；开坯的均热温度1200～1250℃，加热段与均热段总时间不少于4h；

（6）轧制工序：小方坯轧制前进行二次加热，均热温度1130～1170℃，总加热时间≥180min。

本发明所述连铸工序中，采用中冷冷却模式，采用动态轻压下技术或末端电磁搅拌。

本发明所述开坯工序中，开坯加热的预热段温度500～800℃，加热段1050～1240℃，总加热时间不少于5h。

本发明所述轧制工序中，二次加热的预热段温度500～720℃，加热段1030～1170℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明主要从冶炼和轧制两方面控制；首先，冶炼方面上降低易偏析元素与适宜二次冷却制度控制，降低铸坯偏析级别；其次，轧制方面上采用大断面连铸机，二火成材，高温均匀化扩散与大压缩比控制，缩小圆钢中心偏析区域。采用本发明生产的活塞销用钢，中心偏析区域小于普通工艺生产相同规格圆钢，能很好地满足了活塞销用钢的要求。本发明缩小了圆钢中心偏析区域直径，提高了活塞销用钢的内部质量，对其他中心偏析要求严格的汽车零部件用钢或板材等有参考与指导意义。通过本发明的应用，提高圆钢与用户的适用性，提高用户对产品的认可度，提高品牌效应，达到提质增效的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1所得圆钢的低倍检测照片；

图2是本发明对比例1所得圆钢的低倍检测照片；

图3是本发明实施例1和对比例1所得圆钢的纵向低倍对比照片；

图4是本发明实施例2所得圆钢的低倍检测照片；

图5是本发明对比例2所得圆钢的低倍检测照片。

具体实施方式

本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、开坯和轧制工序，各工序工艺如下所述。

（1）转炉冶炼工序：应用高拉碳技术，终点成分C≥0.10wt%，避免转炉后吹，使转炉终点氧含量控制在300ppm及以下，保证出钢P≤0.015wt%，S≤0.040wt%。

（2）LF精炼工序：白渣操作，造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量0.0100～0.0300wt%；充分脱O、脱S，出钢O含量达到15ppm及以下，S含量达到0.010wt%及以下。

（3）RH真空处理工序：保真空时间在100Pa及以下保持10～15min，使脱气更充分；并保证足够的软吹时间≥15min，以促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度。通过提高钢液洁净度，有效地减少了易偏析杂质元素(如S、P)的含量，出钢中S≤0.010wt%、P≤0.015wt%，从而减轻铸坯中心偏析程度。

（4）连铸工序：依据轧制总压缩比≥15，选用大断面连铸机。通过结晶器电磁搅拌；二次冷却采用中冷冷却模式，断面为280*380mm的连铸机的二冷配水比水量最好为0.22～0.25L/kg；断面为200*200mm的连铸机的二冷配水比水量最好为0.65～0.75L/kg。采用动态轻压下技术或末端电磁搅拌，动态轻压下的压下量控制在6mm～8mm，末端电磁搅拌的电流为350A～400A、频率为5HZ～6HZ；从而保证良好铸坯中心质量。恒拉速浇钢，断面为280*380mm的连铸机拉速0.65～0.75m/min，断面为200*200mm的连铸机拉速0.9～1.2m/min；控制钢水过热度控制△T≤30℃，这样低过热度浇注，能减轻铸坯偏析。

（5）开坯工序：将大断面的铸坯进行开坯，开成150mm*150mm的小方坯，空冷。开坯制度上适当提高加热温度，即将均热段温度提高到1200～1240℃，保证开坯的加热段与均热段时间大于4h，总加热时间大于5h，这样即有充足的高温扩散时间，能有效地促进元素高温均匀化扩散。加热制度最好如表1所示。

表1：开坯加热制度

（6）轧制工序：将150mm*150mm的小方坯装入加热炉进行二次加热，对第一次加热起到补充作用，然后进行轧制；通过铸坯的二次加热，在一定的加热温度与时间下，促进铸态组织的成分偏析起到均匀化。加热制度最好如表2所示。

表2：轧制加热制度

实施例1：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产活塞销用钢20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ58mm，内径φ27mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ60mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.12%，终点氧含量287ppm，出钢P 0.012%、S 0.037%。LF精炼白渣操作，造白渣时间21min，钢中Als含量0.0220%，充分脱O、脱S，成品O含量11ppm、S含量0.006%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa及以下保持14min，软吹时间20min；出钢中S0.007wt%、P 0.011wt%。

采用大断面280*380mm连铸机，轧制总压缩比38。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.22L/kg，动态轻压下压下量为6.5mm。拉速控制在0.70m/min，钢水过热度控制△T=26℃。

开坯加热制度：预热段700～750℃、加热1段1050～1100℃、加热2段1220～1250℃、均热段1220～1240℃，总加热时间330min，加热与均热段时间288min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段500～550℃、加热1段1080～1100℃、加热2段1155～1167℃、均热段1155～1167℃，总加热时间216min，加热与均热段时间168min。轧制得到规格为φ60mm的圆钢，对所得圆钢进行低倍检测，检测结果见图1，其中心偏析区域直径为25mm，小于活塞销内孔直径为27mm，满足活塞销用钢要求。

对比例1：采用常规工艺方法进行生产，具体如下所述。

生产与实施例1相同的φ60mm规格的活塞销用20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ58mm，内径φ27mm。

转炉正常吹炼，终点C成分0.06%，终点氧含量427ppm，出钢P≤0.013%，S≤0.038%。LF精炼白渣操作，造白渣时间17min，钢中Als含量0.0180%，充分脱O、脱S，成品O含量18ppm，S含量达到0.014%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa以下保持10min，软吹时间16min。

采用200方连铸机，轧制总压缩比14。结晶器电磁搅拌，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.50L/kg，无动态轻压下及末端电磁搅拌。拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=37℃。

轧制加热温度控制在1102℃～1148℃之间，总加热时间180min，加热与均热段时间123min。轧制得到规格为φ60mm的圆钢，对所得圆钢进行低倍检测，检测结果见图2，其中心偏析区域直径为34mm，大于活塞销内孔直径为27mm，不能满足活塞销用钢要求。本对比例所得圆钢的检测结果与实施例1所得圆钢检测结果的对比纵向低倍见图3。

实施例2：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产供某活塞销厂活塞销用20CrH圆钢，活塞销规格为外径φ50mm，内径φ23mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ52mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.14%，终点氧含量277ppm，出钢P 0.011%、S 0.032%。LF精炼白渣操作，造白渣时间18min，钢中Als含量0.0250%，充分脱O、脱S，成品O含量10ppm、S含量0.005%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa以下保持13min，软吹时间22min；出钢S0.008wt%、P 0.010wt%。

采用大断面280*380mm连铸机，轧制总压缩比50。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.23L/kg，动态轻压下压下量为6.0mm。拉速控制在0.75m/min，钢水过热度控制△T=25℃。

开坯加热制度：预热段500～550℃、加热1段1100～1150℃、加热2段1200～1220℃、均热段1200～1220℃，总加热时间350min，加热与均热段时间289min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段600～650℃、加热1段1030～1080℃、加热2段1144～1165℃、均热段1144～1165℃，总加热时间198min，加热与均热段时间142min。所得圆钢低倍检验情况如图4所示，中心偏析带直径D=20mm，小于活塞销内孔直径为23mm。

对比例2：采用常规工艺方法进行生产，具体如下所述。

生产与实施例2相同的活塞销用20CrH圆钢，活塞销规格为外径φ50mm，内径φ23mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ52mm。

常规工艺过程：120t顶底复吹转炉→120tLF精炼炉→弧形连铸机（200mm*200mm）→轧机轧制（Φ52mm）。

冶炼主要工艺参数：转炉正常拉碳终点C：0.05%、O：520ppm；LF造白渣时间18min，钢中Als含量0.0190%，成品O含量19ppm，S含量达到0.015%；RH保真空时间在100Pa以下保持14min，软吹时间17min；轧制总压缩比18，二冷采用弱冷，配水比水量0.52L/kg。拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=40℃。

轧制主要工艺参数：轧制加热温度控制在1128℃～1135℃之间，总加热时间135min，加热与均热段时间90min。所得圆钢的低倍检验情况如图5所示，中心偏析带直径D=28mm，大于活塞销内孔直径为23mm。

实施例3：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产活塞销用钢20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ58mm，内径φ27mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ60mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.15%，终点氧含量296ppm，出钢P 0.014%、S 0.033%。LF精炼白渣操作，造白渣时间25min，钢中Als含量0.0140%，充分脱O、脱S，成品O含量13ppm、S含量0.009%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa及以下保持10min，软吹时间16min；出钢中S0.007wt%、P 0.015wt%。

采用大断面280*380mm连铸机，轧制总压缩比38。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.25L/kg，动态轻压下压下量为8.0mm。拉速控制在0.65m/min，钢水过热度控制△T=30℃。

开坯加热制度：预热段650～700℃、加热1段1150～1170℃、加热2段1215～1235℃、均热段1210～1230℃，总加热时间300min，加热与均热段时间240min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段530～550℃、加热1段1050～1070℃、加热2段1145～1165℃、均热段1140～1160℃，总加热时间192min，加热与均热段时间170min。轧制得到规格为φ60mm的圆钢，对所得圆钢进行低倍检测，其中心偏析区域直径为24mm，小于活塞销内孔直径为27mm，满足活塞销用钢要求。

实施例4：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产活塞销用钢20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ45mm，内径φ21mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ46mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.10%，终点氧含量292ppm，出钢P 0.015%、S 0.035%。LF精炼白渣操作，造白渣时间15min，钢中Als含量0.017%，充分脱O、脱S，成品O含量15ppm、S含量0.008%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa以下保持15min，软吹时间18min；出钢中S0.010wt%、P 0.012wt%。

采用200*200mm断面连铸机，轧制总压缩比25。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.70L/kg，末端电磁搅拌电流400A、频率6HZ。拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=28℃。

开坯加热制度：预热段600～650℃、加热1段1080～1120℃、加热2段1210～1230℃、均热段1210～1230℃，总加热时间320min，加热与均热段时间250min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段670～720℃、加热1段1060～1080℃、加热2段1130～1150℃、均热段1130～1150℃，总加热时间220min，加热与均热段时间165min。对所得圆钢进行低倍检测，其中心偏析区域直径为20mm，小于活塞销内孔直径为21mm，满足活塞销用钢要求。

实施例5：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产活塞销用钢20CrH圆钢，活塞销规格为外径φ48mm，内径φ22mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ50mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.11%，终点氧含量300ppm，出钢P 0.013%、S 0.036%。LF精炼白渣操作，造白渣时间20min，钢中Als含量0.010%，充分脱O、脱S，成品O含量12ppm、S含量0.010%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa以下保持11min，软吹时间20min；出钢中S0.009wt%、P 0.015wt%。

采用200*200mm断面连铸机，轧制总压缩比20。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.65L/kg，末端电磁搅拌电流350A、频率5.5HZ。拉速控制在0.9m/min，钢水过热度控制△T=27℃。

开坯加热制度：预热段750～800℃、加热1段1140～1180℃、加热2段1230～1250℃、均热段1220～1240℃，总加热时间360min，加热与均热段时间293min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段650～700℃、加热1段1100～1130℃、加热2段1140～1150℃、均热段1140～1150℃，总加热时间200min，加热与均热段时间125min。对所得圆钢进行低倍检测，其中心偏析区域直径为20.5mm，小于活塞销内孔直径为22mm，满足活塞销用钢要求。

实施例6：本缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺具体如下所述。

生产活塞销用钢20Cr圆钢，活塞销规格为外径φ56mm，内径φ20mm。根据活塞销规格，提供圆钢规格为φ58mm。

转炉高拉碳，终点C成分0.13%，终点氧含量282ppm，出钢P 0.010%、S 0.040%。LF精炼白渣操作，造白渣时间22min，钢中Als含量0.030%，充分脱O、脱S，成品O含量12ppm、S含量0.007%。RH真空脱气，保真空时间在100Pa及以下保持12min，软吹时间15min；出钢中S0.008wt%、P 0.014wt%。

采用200*200断面连铸机，轧制总压缩比15。结晶器电磁搅拌，二冷采用中冷冷却模式，配水比水量0.75L/kg，末端电磁搅拌的电流380A、频率为5HZ。拉速控制在1.2m/min，钢水过热度控制△T=22℃。

开坯加热制度：预热段550～600℃、加热1段1170～1200℃、加热2段1220～1240℃、均热段1220～1240℃，总加热时间340min，加热与均热段时间270min。将小方坯装入加热炉进行二次加热，然后轧制；二次加热制度：预热段550～600℃、加热1段1070～1110℃、加热2段1150～1170℃、均热段1160～1170℃，总加热时间180min，加热与均热段时间115min。对所得圆钢进行低倍检测，其中心偏析区域直径为19.5mm，小于活塞销内孔直径为20mm，满足活塞销用钢要求。

Claims (4)

1.一种缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，其包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、开坯和轧制工序，其特征在于，其工艺步骤为：（1）冶炼工序：终点成分C≥0.08wt%，转炉终点氧含量控制在300ppm及以下，出钢P≤0.015wt%，S≤0.040wt%；

（2）LF精炼工序：造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量为0.0100～0.0300wt%、O含量为15ppm及以下、S含量为0.010%及以下；

（3）RH真空处理工序：100Pa及以下保持保真空时间10～15min，软吹时间≥15min；

（4）连铸工序：轧制总压缩比≥15，钢水过热度控制△T≤30℃；

（5）开坯工序：开成150mm*150mm的小方坯，空冷；开坯的均热温度1200～1240℃，加热段与均热段总时间不少于4h；

（6）轧制工序：小方坯轧制前进行二次加热，均热温度1130～1170℃，总加热时间≥180min。

2.根据权利要求1所述的缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，其特征在于：所述连铸工序中，采用中冷冷却模式，采用动态轻压下技术或末端电磁搅拌。

3.根据权利要求1所述的缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，其特征在于：所述开坯工序中，开坯加热的预热段温度500～800℃，加热段1050～1250℃，总加热时间不少于5h。

4.根据权利要求1、2或3所述的缩小活塞销用钢中心偏析区域的生产工艺，其特征在于：所述轧制工序中，二次加热的预热段温度500～720℃，加热段1030～1170℃。