CN110669991B - 一种液压活塞杆用20MnV6钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压活塞杆用20MnV6钢及其制备方法，所述20MnV6钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.17～0.22%、Si：0.43～0.47%、Mn：1.47～1.53%、Cr：0.14～0.16%、V：0.08～0.20%、Mo≤0.08%、Ni：0.14～0.16%、Al：0.030～0.045%、P≤0.010%、S≤0.008%、Cu≤0.10%、N≤0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质；制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序。本发明采用VN和AlN微合金化成分设计，配合LF、VD、控轧控冷工艺获得具有高强度、高冲击韧性的20MnV6钢。

Description

一种液压活塞杆用20MnV6钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种液压活塞杆用20MnV6钢及其制备方法。
背景技术
机械液压杆是精密的零件，主要用于构件提升、支撑，重力的平衡和代替精良设备的机械弹簧等，具有安全可靠、力值一致、不渗漏气、使用寿命长等特点，现已广泛应用于汽车引擎盖、后门的开启，绘图机、航空货架、印刷机械、食品加工机械及现代自动化的机械设备，健身器材、纺织、电脑家具、木工机械等。
液压活塞杆作为发动机气门机构的重要部件，可以起到自动调整气门间隙的作用，液压活塞杆一般用碳钢材料，经过热处理调质电镀后使用，20MnV6钢属于非调质钢，20MnV6钢的生产难点是轧态屈服强度不能满足用户的要求，用户需要再调质使用。
综上所述，如何获得与调质钢相当力学性能的20MnV6钢，且可省去调质处理淬火、高温回火过程，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种液压活塞杆用20MnV6钢及其制备方法。该发明可以得到与调质钢相当力学性能的20MnV6钢，且可省去调质处理淬火、高温回火过程，满足用户的使用要求，具有节约能源和资源、简化生产工序、提高产品质量、成本低等众多优点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种液压活塞杆用20MnV6钢，所述液压活塞杆用20MnV6钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.17～0.22%、Si：0.43～0.47%、Mn：1.47～1.53%、Cr：0.14～0.16%、V：0.08～0.20%、Mo≤0.08%、Ni：0.14～0.16%、Al：0.030～0.045%、P≤0.010%、S≤0.008%、Cu≤0.10%、N≤0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述液压活塞杆用20MnV6钢规格为Φ20～90mm。
本发明所述液压活塞杆用20MnV6钢：屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，断后伸长率A≥16%，-20℃冲击韧性KV2≥27J。
本发明还提供了一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，所述制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序；所述轧制工序，开轧温度为1060～1120℃，终轧温度≤880℃，轧后穿水冷却。
本发明所述转炉冶炼工序，出钢钢水C≥0.06%，P≤0.008%。
本发明所述LF精炼工序，精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.1～1.5MPa、流量为10～60 NL/min；采用喂铝线工艺，铝线中铝含量为99%；精炼后期加入钒铁合金。
本发明所述VD真空精炼工序，真空度≤67Pa，保持6～8min；软吹时间15～40min，静置时间≥15min；加入Mn-N铁增氮。
本发明所述连铸工序，浇注温度控制在1523～1543℃，浇注速度控制为0.48～0.73m/min。
本发明所述加热工序，均热温度为1170～1240℃，在炉加热时间为3～4h。
本发明所述轧制工序，轧后穿水冷却后再上冷床冷却，钢材在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本发明设计思路：
1、炼钢工序采用VN和AlN微合金化方式生产。20MnV6材料中加入V和Al，形成足够的氮化钒和氮化铝，通过微合金元素的细化晶粒和沉淀强化的作用来提高材料的强度。在20MnV6钢热轧时，加入到钢中的V和Al元素的一部分固溶于奥氏体，一部分则形成稳定的碳、氮化合物沉淀质点。固溶的Al和V元素原子和沉淀能与形成奥氏体晶粒的晶界和亚晶界产生交互作用，抑制或延迟再结晶后的晶粒长大，出现等轴状较细小晶粒的奥氏体；特别是在较低形变温度时所表现出的固溶元素原子和沉淀质点对回复再结晶的抑制或延迟作用，可使奥氏体的每道次形变得以叠加起来，从而使它成为细的、有大量的形变带、呈薄饼状的特种形态的晶体组织，使奥氏体的晶界、亚晶界和形变带对于γ→α时铁素体的优先形核具有等价的效应。因此，奥氏体的这种特型组织形态便为铁素体细晶粒的形成提供了绝好的条件。不仅提高了钢的力学性能，还具有良好的经济效益。
2、在炼钢工序，LF中后期采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%，既能保证钢水纯净度，又使钢水保持一定量的铝含量，减少钢中氧含量、细化铸坯晶粒，从而保证钢材的屈服强度和冲击性能。稳定、合适的喂线速度是该工序的关键。喂线速度由钢中Als要求量、铝线单重(规格)、铸坯拉速、铸坯断面决定。上述参数有如下关系：V喂＝V拉MG/g式中：V喂-铝线喂入速度，m/min；V拉-拉坯速度，m/min；M-铸坯单重，t/m；G-根据钢种含铝量要求设定的铝加入量，g/t；g-铝线单重，g/m。
3、轧钢工序控制终轧温度和轧后穿水冷却：20MnV6 控制终轧温度≤880℃，轧后穿水冷却，以取得最细的细化晶粒和第二相质点均匀分布的组织状态。轧制温度在1000℃以上为奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形再结晶，细化奥氏体晶粒，在原始奥氏体晶界处析出铁素体和珠光体，奥氏体晶粒越小，实际晶粒度就越小。但是轧制温度过高，奥氏体晶粒也会长大，反而不利于细化晶粒，所以要合理控制加热温度。终轧温度≤880℃，轧后穿水冷却工艺：终轧温度较低时，Al、Ｖ微合金元素固溶于基体中的量减少，奥氏体中微合金元素Al、Ｖ的过饱和度升高，从而提高了碳氮化物沉淀析出量，析出的Al、Ｖ的碳氮化物数量越多、尺寸越小且高度弥散沉淀在钢中时，对晶界的钉扎力也较大，对奥氏体晶界起固定作用，从而阻止奥氏体晶界迁移，阻止奥氏体晶粒长大，且铁素体和贝氏体晶粒比较细小，则晶界得以强化，导致钢的屈服强度上升，韧脆转变温度下降，强度和韧性同时都得到提高．同时，轧后穿水通过控制冷速方式，来细化晶粒，提高材料的力学性能。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明采用VN和AlN微合金化成分设计，形成足够的氮化钒和氮化铝，细化晶粒和沉淀强化，提高材料的强度，并配合LF精炼、VD真空精炼、控轧控冷工艺获得具有高强度、高冲击韧性的钢材。2、本发明采用合理的VN配比，降低微合金化成本；采用LF喂铝线工艺，既能保证钢水纯净度，又使钢水保持一定量的铝含量，减少钢中氧含量、细化铸坯晶粒，从而保证钢材的屈服强度和冲击性能。3、本发明液压活塞杆用20MnV6钢：屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，断后伸长率A≥16%，-20℃冲击韧性KV2≥27J。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.08%，P：0.003%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.5MPa、流量为50NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度67Pa，保持7min；软吹时间30min，静置时间17min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1543℃，浇注速度控制为0.52m/min；
（5）加热工序：均热温度为1200℃，在炉加热时间为3.2h；
（6）轧制工序：开轧温度为1120℃，终轧温度880℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例2
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ30mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.06%，P：0.004%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为1.0MPa、流量为30NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度67Pa，保持6.5min；软吹时间28min，静置时间19min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1537℃，浇注速度控制为0.60m/min；
（5）加热工序：均热温度为1220℃，在炉加热时间为3.5h；
（6）轧制工序：开轧温度为1080℃，终轧温度860℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例3
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ40mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.08%，P：0.004%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.7MPa、流量为40NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度65Pa，保持8min；软吹时间30min，静置时间15min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1523℃，浇注速度控制为0.60m/min；
（5）加热工序：均热温度为1190℃，在炉加热时间为3.0h；
（6）轧制工序：开轧温度为1100℃，终轧温度850℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例4
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.06%，P：0.005%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为1.1MPa、流量为30NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度67Pa，保持6min；软吹时间15min，静置时间16min；VD加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1532℃，浇注速度控制为0.60m/min；
（5）加热工序：均热温度为1180℃，在炉加热时间为3.7h；
（6）轧制工序：开轧温度为1090℃，终轧温度870℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例5
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ60mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.07%，P：0.005%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.1MPa、流量为33NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度62Pa，保持7.5min；软吹时间22min，静置时间20min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1541℃，浇注速度控制为0.48m/min；
（5）加热工序：均热温度为1210℃，在炉加热时间为3.8h；
（6）轧制工序：开轧温度为1120℃，终轧温度840℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例6
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ65mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.06%，P：0.006%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为1.3MPa、流量为60NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度65Pa，保持6min；软吹时间30min，静置时间18min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1534℃，浇注速度控制为0.60m/min；
（5）加热工序：均热温度为1240℃，在炉加热时间为4.0h；
（6）轧制工序：开轧温度为1100℃，终轧温度830℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例7
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ70mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.08%，P：0.006%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.6MPa、流量为10NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度67Pa，保持6.5min；软吹时间40min，静置时间19min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1529℃，浇注速度控制为0.73m/min；
（5）加热工序：均热温度为1170℃，在炉加热时间为3.5h；
（6）轧制工序：开轧温度为1060℃，终轧温度860℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例8
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ78mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.07%，P：0.008%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为1.5MPa、流量为40NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度65Pa，保持8min；软吹时间30min，静置时间20min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1530℃，浇注速度控制为0.60m/min；
（5）加热工序：均热温度为1230℃，在炉加热时间为4.0h；
（6）轧制工序：开轧温度为1110℃，终轧温度865℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
实施例9
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的规格为Φ90mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：出钢钢水C：0.07%，P：0.003%；
（2）LF精炼工序：LF采用喂铝线工艺，铝线的铝含量为99%；精炼过程全程吹氩，氩气压力为1.2MPa、流量为25NL/min；精炼后期加入钒铁合金；
（3）VD真空精炼工序：真空度60Pa，保持7min；软吹时间26min，静置时间16min；加入Mn-N铁增氮；
（4）连铸工序：浇注温度控制在1532℃，浇注速度控制为0.50m/min；
（5）加热工序：均热温度为1190℃，在炉加热时间为4.0h；
（6）轧制工序：所述轧制工序，开轧温度为1105℃，终轧温度840℃，轧后穿水冷却；穿水冷却后钢材再上冷床冷却，在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
本实施例液压活塞杆用20MnV6钢的力学性能见表2。
表1 实施例1-9活塞杆用20MnV6钢化学成分组成及其质量百分含量(％)
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。
表2 实施例1-9活塞杆用20MnV6钢力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE004
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种液压活塞杆用20MnV6钢，其特征在于，所述液压活塞杆用20MnV6钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.17～0.19、Si：0.43～0.47%、Mn：1.47～1.53%、Cr：0.14～0.16%、V：0.08～0.20%、Mo≤0.08%、Ni：0.14～0.16%、Al：0.030～0.045%、P≤0.010%、S≤0.008%、Cu≤0.10%、N：0.018～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述液压活塞杆用20MnV6钢规格为Φ20～90mm；
所述液压活塞杆用20MnV6钢由下述方法制备：包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序；所述轧制工序，开轧温度为1060～1120℃，终轧温度≤880℃，轧后穿水冷却，轧后穿水冷却后再上冷床冷却，钢材在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
2.根据权利要求1所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢，其特征在于，所述液压活塞杆用20MnV6钢轧态的力学性能如下：屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，断后伸长率A≥16%，-20℃冲击韧性KV2≥27J。
3.基于权利要求1或2所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序；所述轧制工序，开轧温度为1060～1120℃，终轧温度≤880℃，轧后穿水冷却，轧后穿水冷却后再上冷床冷却，钢材在冷床上空齿均匀摆放，每根钢材两边各空2个齿距，钢材采用空冷方式冷却。
4.根据权利要求3所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，出钢钢水C≥0.06%，P≤0.008%。
5.根据权利要求3所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述LF精炼工序，精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.1～1.5MPa、流量为10～60NL/min；采用喂铝线工艺，铝线中铝含量为99%；精炼后期加入钒铁合金。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述VD真空精炼工序，真空度≤67Pa，保持6～8min；软吹时间15～40min，静置时间≥15min；加入Mn-N铁增氮。
7.根据权利要求3-5任意一项所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述连铸工序，浇注温度控制在1523～1543℃，浇注速度控制为0.48～0.73m/min。
8.根据权利要求3-5任意一项所述的一种液压活塞杆用20MnV6钢的制备方法，其特征在于，所述加热工序，均热温度为1170～1240℃，在炉加热时间为3～4h。
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