CN110438400A - 一种新型合金结构20Cr钢板及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型合金结构钢20Cr钢板及其生产方法。该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.18～0.24、Si：0.17～0.37、Mn：0.50～0.80、P：≤0.020、S：≤0.015、Cr：0.70‑1.00，Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。上述钢板通过以下步骤制得：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、正火轧制、ACC层流冷却，钢板缓冷、精整检验、入库等工艺控制。本发明与现有技术相比，采用优化的轧制工艺，两阶段轧制后经ACC层流冷却，然后将矫直的钢板快速下线高温堆冷，减少了传统工艺的正火和回火或调质过程，降低了生产成本，缩短了工艺流程。

Description

一种新型合金结构20Cr钢板及生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产领域，具体涉及到一种新型合金结构20Cr钢板及其生产方法。

背景技术

20Cr属于合金结构钢，多用于制造心部强度要求较高，表面承受磨损、截面在30mm以下的或形状复杂而负荷不大的零件，如：机床变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮、蜗杆、活塞销、爪形离合器等。近年来市场需求增加，但目前各生产及使用单位基本都采用正火+回火、调质等工艺生产，由于钢板经过正火和回火两道热处理工序，不仅工艺流程复杂且对设备要求严格，另一方面更是增加了生产制造成本。

发明内容

针对上述问题，经过试验摸索，采用轧制+高温堆冷(钢板缓冷)的方式，获得了一种新型的厚度≤100mm的合金结构钢20Cr钢板和生产方法，经检测，该钢板内部组织和机械性与传统方式生产得到的钢板内部组织和机械性能接近，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种新型的合金结构钢20Cr钢板。

本发明的另一目的在于提供一种新型合金结构钢20Cr钢板的生产方法。

为达到上述第一个目的，本发明采取的技术方案是该厚度≤100mm的新型合金结构钢20Cr钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：

C：0.18～0.24、Si：0.17～0.37、Mn：0.50～0.80、P：≤0.020、S：≤0.015、Cr：0.70-1.00，Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

为得到上述钢板，本发明采取的生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、正火轧制、ACC层流冷却，钢板缓冷、精整检验、入库等工艺控制。

1)铁水预处理工艺：到站铁水保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

2)冶炼工艺：采用优质废钢，冶炼过程造渣碱度R按2.5-4.0，挡渣出钢，避免下渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中全程吹氩；

3)LF精炼工艺：精炼过程中吹氩，加入精炼渣料，控制好精炼渣碱度。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热过程中要求根据造渣情况补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，钢水离站温度控制在1500-1615℃；

4)VD精炼工艺：VD高真空度保压≥13min，破真空后软吹；离站前，覆盖剂保证铺满钢液面，上钢温度1515-1595℃；

5)连铸工艺：中包过热度15±10℃，采用电磁搅拌，保护浇铸；浇钢过程保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h；

6)加热工艺:预热段温度≥900℃，加热段温度≥1220℃，保温段温度≥1200℃，加热速度≥10min/cm；

7)结合炼钢化学成分，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度＞980℃，待温厚度为成品厚度的2.2～2.5倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础，二阶段开轧温度≤960℃，二阶段保证单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度≥910℃，轧制结束后，采用ACC层流冷却适当的控制冷却速度，钢板出ACC后进行快速矫直，后快速入缓坑缓冷。

通过合理的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，并通过加热、轧制及缓冷等工艺有效实施，成功地研制出了厚度≤100mm的合金结构钢20Cr钢板，其屈服强度控制在560～700MPa，抗拉强度控制在850～975MPa；伸长率控制在15％-25％；V型冲击功≥80J，断面收缩率控制在45-65％，硬度控制在130-170HB。

本发明与传统工艺相比，采用优化的轧制工艺，两阶段轧制后经ACC层流冷却，然后将矫直的钢板快速下线高温堆冷，减少了传统工艺的正火和回火或调质过程，降低了生产成本，缩短了工艺流程。

具体实施方式

本发明采用转炉冶炼、连铸浇注，宽厚板轧机轧制的方法生产厚度≤100mm的新型合金结构钢20Cr钢板。其工艺流程为：优质铁水、铁水预处理、顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、连铸、钢坯堆冷24—60小时、加热、轧制、ACC层流冷却、矫直、堆垛缓冷、精整、性能检验、外检、探伤、入库。

实施方式如下：

本发明采取的技术方案中厚度≤100mm的新型合金结构钢20Cr钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.18～0.24、Si：0.17～0.37、Mn：0.50～0.80、P：≤0.020、S：≤0.015、Cr：0.70-1.00，Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素

铁水预处理工艺：铁水扒渣处理，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃。

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005％、P≤0.080％，铁水温度≥1270℃，废钢采用优质废钢，过程严格控制，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015％、C≥0.05％、S≤0.012％，出钢过程中向钢包内添加加脱氧剂、萤石等。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

吹氩处理工艺：氩站加入铝线，然后采用吹氩搅拌，离氩站温度不得低于1570℃。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，控制好精炼渣碱度。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，钢水离站温度控制在1500-1615℃。

VD精炼工艺：VD高真空度保压≥13min，破真空后软吹。离站前，覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1515-1595℃。

连铸工艺：中包过热度15±10℃，恒定拉速，采用电磁搅拌，连铸浇钢要求全程保护浇铸。浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h。

加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度≥900℃，加热段温度≥1220℃，保温段温度≥1200℃，加热速度≥10min/cm；

控轧控冷

结合炼钢化学成分，为提升铸坯内部质密度和质量，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度＞980℃，待温厚度为成品厚度的2.2～2.5倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础，二阶段开轧温度≤960℃，二阶段保证单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度≥910℃，轧制结束后，采用ACC层流冷却适当的控制冷却速度，钢板出ACC后进行快速矫直，后快速入缓坑缓冷。

堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板内部质量。钢板堆垛缓冷时间≥24小时；

结果分析

机械力学性能分析

成份及机械力学性能按GB3077-2015，机械性能平均值具体见下表。

本次分别试生产20mm、60mm、100mm厚度15CrMoR各20批，通过合理的化学成分设计及生产工艺控制，成功地研制出新型合金结构钢20Cr钢板。屈服强度控制在560～700MPa，抗拉强度控制在850～975MPa；伸长率控制在15％-25％；V型冲击功≥80J，断面收缩率控制在45-65％，硬度控制在130-170HB。

所研制的钢板外检，正品率100％；按JB/T 47030进行探伤，合一级率为80％，合三级率为100％，达到了预期效果。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种新型合金结构钢20Cr钢板，其特征在于：该钢板厚度为≤100mm，其包含如下质量百分比的化学成分：C：0.18～0.24、Si：0.17～0.37、Mn：0.50～0.80、P：≤0.020、S：≤0.015、Cr：0.70-1.00，Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

2.一种如权利要求1所述新型合金结构钢20Cr钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1)铁水预处理工艺：到站铁水保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

2)冶炼工艺：采用优质废钢，冶炼过程造渣碱度R按2.5-4.0，挡渣出钢，避免下渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中全程吹氩；

3)LF精炼工艺：精炼过程中吹氩，加入精炼渣料，控制好精炼渣碱度；加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热过程中要求根据造渣情况补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，钢水离站温度控制在1500-1615℃；

4)VD精炼工艺：VD高真空度保压≥13min，破真空后软吹。离站前，覆盖剂保证铺满钢液面，上钢温度1515-1595℃；

5)连铸工艺：中包过热度15±10℃，采用电磁搅拌，保护浇铸；浇钢过程保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h；

6)加热工艺:预热段温度≥900℃，加热段温度≥1220℃，保温段温度≥1200℃，加热速度≥10min/cm；

7)结合炼钢化学成分，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度＞980℃，待温厚度为成品厚度的2.2～2.5倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础，二阶段开轧温度≤960℃，二阶段保证单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度≥910℃，轧制结束后，采用ACC层流冷却适当的控制冷却速度，钢板出ACC后进行快速矫直，后快速入缓坑缓冷。