CN110899330B - 70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺 - Google Patents

70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，包括转炉冶炼、LF+RH双精炼、连铸、铸坯分级、轧制及圆钢缓冷工序；连铸工序采用低过热度浇注，恒拉速控制，二冷配水比水量为0.50～0.55L/kg；铸坯分级，根据铸坯低倍评级结果和铸坯连铸过程参数将铸坯分为Ⅰ级铸坯和Ⅱ级铸坯，具体为：Ⅰ级铸坯：低倍评级结果为，中心疏松≤2.0、中心偏析≤2.0、缩孔≤1.0，连铸过程参数为，大包自开、过热度△T≤30℃；Ⅱ级铸坯：低倍评级结果为，中心疏松≤3.0、中心偏析≤3.0、缩孔≤1.5；连铸过程参数为，大包自开或不自开，敞开浇注时间不大于8min且该包钢水烧氧不多于一次，过热度△T≤40℃；轧制采用Ⅰ级铸坯轧制。采用本发明工艺可消除70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹。

Description

70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金轧制技术领域，尤其涉及一种70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺。
背景技术
42CrMo圆钢属于高强调质合金结构钢系列，性能优越，用途广泛，主要用于汽车零部件、高强紧固件等中高端用途的生产，而用于汽车锻件的42CrMo圆钢一般为70mm以上的大规格圆钢，例如曲轴、传动轴等；汽车锻件对圆钢内部质量要求严格，不允许存在中心裂纹。原因有二：首先，曲轴或传动轴等汽车锻件为安保件，工作时长期处于弯曲、扭转、振动、拉压等循环应力作用下，中心裂纹会带来致命的断裂；其次，采用42CrMo圆钢进行汽车锻件生产时，圆钢的中心裂纹会在调质热处理等过程中扩展造成报废。
42CrMo圆钢中心裂纹产生的原因主要有两方面：1）铸坯中心裂纹的遗传，轧制未焊合；采用200*200mm断面连铸机，一般70mm规格以上的圆钢采用低压缩比轧制（压缩比<10），轧制过程中心裂纹不易焊合；2）圆钢冷却过程过快，钢中残存的[H]来不及充分扩散析出，在组织内形成了巨大的内应力，形成白点，产生中心裂纹，一般产生在圆钢的端部。因此，70mm以上规格的圆钢对比小规格圆钢更容易产生中心裂纹。
42CrMo铸坯中心裂纹产生受钢水成分、工艺条件及设备运行状况等因素的综合影响。铸坯中心裂纹往往与中心偏析、中心疏松和缩孔相伴发生，主要因为在连铸钢坯凝固末期，中心部位钢液凝固收缩，产生应力，形成中心裂纹；另外，气体含量高也能引起连铸坯中心裂纹。
目前，改善中心裂纹的方法多是单方面研究铸坯中心裂纹，没有结合轧制焊合及材冷却系统性工艺方案，没有针对规格的大小去考虑轧制压缩比对铸坯中心裂纹的影响。如申请号为CN201710405042的专利申请公开了“一种超临界高压锅炉管用钢及其连铸坯中心裂纹的控制方法”，该发明只对改善铸坯中心裂纹进行了研究，没有综合考虑轧制焊合及材冷却的原因。对于70mm规格以上大规格42CrMo圆钢，中心偏析、疏松、缩孔更容易产生，铸坯中心裂纹又往往与中心偏析、中心疏松和缩孔伴随发生，并且大规格圆钢的压缩比受限，导致中心缺陷在轧制过程不易焊合，或圆钢在冷却不当时端部易产生白点，导致产生中心裂纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，通过连铸工艺控制、铸坯分级轧制及圆钢缓冷，从炼钢到轧钢到材冷却系统化、精细化控制，从而达到消除圆钢中心裂纹的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，包括转炉冶炼、LF+RH双精炼、连铸、铸坯分级、轧制及圆钢缓冷工序；
所述连铸工序，采用低过热度浇注，恒拉速控制，二冷配水比水量为0.50～0.55L/kg；
所述铸坯分级，根据铸坯低倍评级结果和铸坯连铸过程参数将铸坯分为Ⅰ级铸坯和Ⅱ级铸坯，具体为：
Ⅰ级铸坯：低倍评级结果为：中心疏松≤2.0、中心偏析≤2.0、缩孔≤1.0；
连铸过程参数为：大包自开、过热度△T≤30℃；
Ⅱ级铸坯：低倍评级结果为：中心疏松≤3.0、中心偏析≤3.0、缩孔≤1.5；
连铸过程参数为：大包自开或不自开，敞开浇注时间不大于8min且该包钢水烧氧不多于一次，过热度△T≤40℃；
所述轧制工序，采用Ⅰ级铸坯轧制。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述圆钢缓冷工序，冬季采用入坑缓冷，缓冷时间≥24h，且温度达到室温方可出坑；其他季节避风堆冷，缓冷时间≥24h。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述LF+RH双精炼工序中，LF白渣操作，造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量0.0150～0.0300wt%；RH保真空时间在100Pa以下保持10～15min，控制钢中[H]≤2ppm；软吹时间≥15min。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述转炉冶炼工序，保证转炉终点成分C≥0.08wt%、P≤0.015wt%。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述轧制工序中，预热段温度500～720℃，加热1段1020～1120℃，加热2段1120～1150℃，均热段1120～1150℃，加热时间≥180min。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述连铸工序采用200×200mm2断面连铸机，末端电磁搅拌参数设定为电流300A、6HZ；拉速1.1m/min。
上述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，所述连铸工序制成的连铸坯成分组成及质量百分含量分别为：C：0.39%-0.43%，Si：0.18%-0.26%，Mn：0.63%-0.73%，Cr：1.00%-1.10%，Mo：0.17%-0.23%，P≤0.020%，S≤0.010%，其它为不可避免的杂质元素。
铸坯分级依据低倍质量及影响低倍质量的大包自开和过热度过程参数，即根据铸坯中心裂纹敏感性进行铸坯分级轧制。铸坯中心裂纹为在连铸钢坯凝固末期，中心部位钢液凝固收缩，产生应力形成，中心偏析会加大凝固收缩应力，增强中心裂纹的敏感性。铸坯中心裂纹具有不连续性，低倍检测不易全面检测，利用铸坯分级轧制，充分发挥轧制焊合作用，将中心裂纹率降低到最低。圆钢规格越大，压缩比越小，轧制焊合率越低，采用中心裂纹敏感性更低的Ⅰ级铸坯轧制70mm以上大规格42CrMo圆钢，更有效地控制中心裂纹的产生。
连铸采用低过热度浇注，恒拉速控制，合适的二冷配水能够减轻铸坯中心偏析；末端搅拌的投用，可以有效消除晶界搭桥和选分结晶造成的钢液各元素含量不均匀现象，从而减轻铸坯中心偏析，也可以促进柱状晶融化脱落，形成新的凝固核心，使组织更加致密，改善疏松与缩孔，从而降低钢液凝固收缩应力，减轻中心裂纹敏感性。
LF白渣操作，控制一定Al含量，有效地脱氧、脱硫，去除钢中夹杂物，进而减少夹杂物的偏聚；RH保真空能够有效地去除钢中气体[H]，减轻中心裂纹敏感性。窄成分控制，控制组织的一致性，P、S易偏析元素严格控制，减轻铸坯中心偏析。
圆钢缓冷能够使冷却过程均匀，使钢中残存的[H]慢慢充分扩散析出，减轻组织内应力，防止产生中心裂纹。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明从炼钢到轧钢到材冷却系统性综合考虑，根据轧制规格大小，进行铸坯分级轧制，70mm以上大规格圆钢采用低倍评级与过热度更低的Ⅰ级铸坯轧制；根据季节不同，随之圆钢冷却速度不同，采用入坑缓冷或避风堆冷两种缓冷方式；采用“零缺陷”特钢理念，精细化管控，达到消除70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹的目的。本发明的工艺方法，为大规格低压缩比的圆钢或板材等改善中心裂纹提供了参考。
附图说明：
图1为实施例1生产圆钢横截面低倍图；
图2为实施例1生产圆钢金相显微照片（100×）；
图3为实施例2生产圆钢横截面低倍图；
图4为实施例2生产圆钢金相显微照片（100×）；
图5为实施例3生产圆钢横截面低倍图；
图6为实施例3生产圆钢金相显微照片（100×）；
图7为实施例4生产圆钢横截面低倍图；
图8为实施例4生产圆钢金相显微照片（100×）；
图9为实施例5生产圆钢横截面低倍图；
图10为实施例5生产圆钢金相显微照片（100×）；
图11为实施例6生产圆钢横截面低倍图；
图12为实施例6生产圆钢金相显微照片（100×）。
具体实施方式：
本发明70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺方法，包括成分控制、转炉冶炼、LF+RH双精炼、连铸、铸坯分级、轧制、圆钢缓冷。
（1）成分控制：采用窄成分控制，严格把控P、S等易偏析元素含量；C：0.39%-0.43%，Si：0.18%-0.26%，Mn：0.63%-0.73%，Cr：1.00%-1.10%，Mo：0.17%-0.23%，P≤0.020%，S≤0.010%；
（2）转炉冶炼：应用高拉碳技术，终点成分C≥0.08wt%，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%；
（3）LF+RH双精炼：LF白渣操作，造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量0.0150～0.0300wt%，充分脱O、脱S；RH保真空时间在100Pa及以下保持10～15min，控制钢中[H]≤2ppm；软吹时间≥15min，促进夹杂物上浮，减少了易偏析杂质元素(如S、P)的含量；
（4）连铸工序：采用200×200mm2断面连铸机；使用结晶器电搅及末端电磁搅拌，末端电磁搅拌参数设定为电流300A、6HZ；低过热度浇注△T≤30℃，拉速1.1m/min；适宜的二次冷却制度，二冷配水比水量为0.50～0.55L/kg。降低铸坯偏析、疏松级别，避免缩孔产生；
（5）铸坯分级：根据连铸坯主要过程工艺参数自开、中包过热度及连铸坯低倍及缺陷评级，将铸坯分成Ⅰ、Ⅱ级。70mm以上大规格铸坯采用Ⅰ级铸坯轧制。分级规则见下表1、表2，其中连铸坯低倍及缺陷按YB/T153《优质结构钢连铸坯低倍组织缺陷评级图》评级。
表1低倍组织及缺陷的分级（级）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2连铸坯主要过程参数分级要求（级）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（6）轧制工序：采用Ⅰ级铸坯轧制，适当提高铸坯加热温度、延长铸坯总加热时间，保证轧制圆钢中心的密实，焊合铸坯中心疏松、缩孔、小裂纹。加热的预热段温度500～720℃，加热段1020～1150℃。具体加热制度如表3所示。
表3轧制加热制度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（7）圆钢缓冷：根据季节的不同，采用入坑缓冷或避风堆冷，保证缓冷效果。冬季采用入坑缓冷，对冷坑要采用热材铺坑，根据钢材定尺长度合理使用缓冷坑，确保钢材两端及中间均有很好的缓冷效果，缓冷时间≥24h，且温度达到室温方可出坑；其他季节避风堆冷，缓冷时间≥24h。
以下通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
生产Φ90mm规格的42CrMo圆钢，连铸坯窄成分控制，C：0.43wt%，Si：0.21wt%，Mn：0.64wt%，Cr：1.01wt%，Mo：0.19wt%，P：0.016wt%，S：0.008wt%；转炉高拉碳，终点C：0.11%、P：0.014%；LF精炼白渣操作，造白渣时间15min，钢中Als含量0.0150%，S含量0.007%；RH真空脱气，保真空时间在27Pa保持10min，钢水氢含量2.0ppm，软吹时间20min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.50L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=26℃，该炉铸坯低倍评级为中心疏松1.5、中心偏析1.5、缩孔0.5，分为Ⅰ级铸坯。
轧制预热段500℃、加热1段1080℃、加热2段1125℃、均热段1130℃，总加热时间220min。此圆钢在2月份轧制，天气冷，圆钢下线入坑缓冷，缓冷时间30h，温度8℃。
检测圆钢低倍情况，检测结果见图1，中心偏析与疏松评级0.5级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤10根圆钢未报警；金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图2。
实施例2：本改善70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹的工艺具体如下所述。
生产70mm规格的42CrMo圆钢。连铸坯窄成分控制，C：0.41%，Si：0.20%，Mn：0.65%，Cr：1.03%，Mo：0.19%，P：0.011%，S：0.003%。转炉高拉碳，终点C：0.08%、P：0.015%。LF精炼白渣操作，造白渣时间16min，钢中Als含量0.030%，S含量0.004%。RH真空脱气，保真空在25Pa保持时间15min，钢水氢含量1.5ppm，软吹时间15min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.52L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=30℃。该炉铸坯低倍评级为中心疏松1.0、中心偏析1.0、缩孔0.5，分为Ⅰ级铸坯。。
轧制预热段580℃、加热1段1085℃、加热2段1132℃、均热段1132～1140℃，总加热时间200min。此圆钢在5月份轧制，圆钢下线避风堆垛缓冷，缓冷时间25h，温度22℃。
检测圆钢低倍情况，见图3，中心偏析与疏松评级0.5级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤10根圆钢未报警。金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图4。
实施例3：本改善70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹的工艺具体如下所述。
生产Φ80mm规格的42CrMo圆钢。窄成分控制，C：0.40%，Si：0.21%，Mn：0.73%，Cr：1.00%，Mo：0.19%，P：0.015%，S：0.006%。转炉高拉碳，终点C：0.08%、P：0.014%。LF精炼白渣操作，造白渣时间25min，钢中Als含量0.028%，S含量0.007%。RH真空脱气，保真空时间在23Pa保持12min，钢水氢含量1.2ppm，软吹时间18min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.55L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=30℃。该炉铸坯低倍及工艺均属于Ⅰ级铸坯。
轧制预热段567℃、加热1段1020℃、加热2段1120℃、均热段1132℃，总加热时间236min。此圆钢在6月份轧制，圆钢下线避风堆垛缓冷，缓冷时间24h，温度25℃。
检测圆钢低倍情况，见图5，中心偏析与疏松评级0.5级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤10根圆钢未报警。金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图6。
实施例4：本改善70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹的工艺具体如下所述。
生产Φ75mm规格的42CrMo圆钢。窄成分控制，C：0.39%，Si：0.26%，Mn：0.63%，Cr：1.00%，Mo：0.23%，P：0.020%，S：0.006%。转炉高拉碳，终点C：0.08%、P：0.014%。LF精炼白渣操作，造白渣时间21min，钢中Als含量0.025%，S含量0.007%。RH真空脱气，保真空时间在27Pa保持13min，钢水氢含量1.5ppm，软吹时间16min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.53L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=28℃，大包自开。该炉铸坯低倍评级为中心疏松2.0、中心偏析2.0、缩孔1.0，分为Ⅰ级铸坯。
轧制预热段720℃、加热1段1120℃、加热2段1144℃、均热段1150℃，总加热时间236min。此圆钢在6月份轧制，圆钢下线避风堆垛缓冷，缓冷时间32h，温度25℃。
检测圆钢低倍情况，见图7，中心偏析与疏松评级1.0级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤10根圆钢未报警。金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图8。
实施例5：本改善70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹的工艺具体如下所述。
生产Φ80mm规格的42CrMo圆钢。窄成分控制，C：0.40%，Si：0.18%，Mn：0.68%，Cr：1.10%，Mo：0.17%，P：0.015%，S：0.010%。转炉高拉碳，终点C：0.08%、P：0.014%。LF精炼白渣操作，造白渣时间20min，钢中Als含量0.022%，S含量0.010%。RH真空脱气，保真空时间在63Pa保持15min，钢水氢含量1.4ppm，软吹时间15min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.50L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=22℃，大包自开。该炉铸坯低倍评级为中心疏松1.0、中心偏析1.5、缩孔0.5，分为Ⅰ级铸坯。
轧制预热段636℃、加热段1054℃、加热2段1119℃、均热段1122℃，总加热时间220min。此圆钢在12月份轧制，圆钢下线入坑缓冷，缓冷时间24h，温度10℃。
检测圆钢低倍情况，见图9，中心偏析与疏松评级1.0级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤12根圆钢未报警。金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图10。
实施例6：本改善70mm以上规格42CrMo圆钢中心裂纹的工艺具体如下所述。
生产Φ85mm规格的42CrMo圆钢。窄成分控制，C：0.40%，Si：0.23%，Mn：0.65%，Cr：1.08%，Mo：0.18%，P：0.012%，S：0.008%。转炉高拉碳，终点C：0.11%、P：0.015%。LF精炼白渣操作，造白渣时间15min，钢中Als含量0.022%，S含量0.008%。RH真空脱气，保真空时间在70Pa保持14min，钢水氢含量1.1ppm，软吹时间17min。
采用200×200mm2断面连铸机，结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌电流300A、6HZ，二冷采用弱冷冷却模式，配水比水量0.55L/kg，拉速控制在1.1m/min，钢水过热度控制△T=30℃，大包自开。该炉铸坯低倍评级为中心疏松1.5、中心偏析1.5、缩孔0.5，分为Ⅰ级铸坯。
轧制预热段683℃、加热段1095℃、加热2段1150℃、均热段1150℃，总加热时间180min。此圆钢在12月份轧制，圆钢下线入坑缓冷，缓冷时间33h，温度12℃。
检测圆钢低倍情况，见图11，中心偏析与疏松评级0.5级，未发现中心裂纹，且采用超声波探伤15根圆钢未报警。金相显微观察未见中心裂纹及缩孔，见图12。

Claims (5)

1. 70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，包括转炉冶炼、LF+RH双精炼、连铸、轧制及圆钢缓冷工序；其特征在于：还包括连铸后的铸坯分级工序；
所述连铸工序，采用低过热度浇注，恒拉速控制，二冷配水比水量为0.50～0.55L/kg；采用200×200mm2断面连铸机，末端电磁搅拌参数设定为电流300A、6HZ；拉速1.1m/min；
所述铸坯分级工序，根据铸坯低倍评级结果和铸坯连铸过程参数将铸坯分为Ⅰ级铸坯和Ⅱ级铸坯，具体为：
Ⅰ级铸坯：低倍评级结果为：中心疏松≤2.0、中心偏析≤2.0、缩孔≤1.0；
连铸过程参数为：大包自开、过热度△T≤30℃；
Ⅱ级铸坯：低倍评级结果为：中心疏松≤3.0、中心偏析≤3.0、缩孔≤1.5；
连铸过程参数为：大包自开或不自开，敞开浇注时间不大于8min且该包钢水烧氧不多于一次，过热度△T≤40℃；
所述轧制工序，采用Ⅰ级铸坯轧制；预热段温度500～720℃，加热1段1020～1120℃，加热2段1120～1150℃，均热段1120～1150℃，加热时间≥180min。
2.如权利要求1所述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，其特征在于：所述圆钢缓冷工序，冬季采用入坑缓冷，缓冷时间≥24h，且温度达到室温方可出坑；其他季节避风堆冷，缓冷时间≥24h。
3.如权利要求1所述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，其特征在于：所述LF+RH双精炼工序中，LF白渣操作，造白渣时间≥15min，控制出钢Al含量0.0150～0.0300wt%；RH保真空时间在100Pa以下保持10～15min，控制钢中[H]≤2ppm；软吹时间≥15min。
4.如权利要求1所述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，其特征在于：所述转炉冶炼工序，保证转炉终点成分C≥0.08wt%、P≤0.015wt%。
5.如权利要求1-4任意一项所述的70mm以上大规格42CrMo圆钢中心裂纹控制工艺，其特征在于：所述连铸工序制成的连铸坯成分组成及质量百分含量分别为：C：0.39%-0.43%，Si：0.18%-0.26%，Mn：0.63%-0.73%，Cr：1.00%-1.10%，Mo：0.17%-0.23%，P≤0.020%，S≤0.010%，其它为不可避免的杂质元素。
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