CN111424149A - 一种齿轮钢带状组织控制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种齿轮钢带状组织控制工艺，属于钢铁冶金制造技术领域，工艺步骤为钢坯加热、粗轧、中轧、一次穿水冷却、精轧、二次穿水冷却、缓慢冷却。其中，精轧温度设置在奥氏体未再结晶温度区域，相变后铁素体晶粒更加细化，可有效降低带状组织级别；精轧前后均对钢坯进行穿水冷却，可改善产品的金相组织以及表面质量；精轧后先快速冷却再缓慢冷却，能够有效抑制先共析铁素体生成，抑制碳的扩散，将钢坯快速冷却到珠光体相变区域，减少带状组织形成；对加热后的钢坯进行保温操作，能够均匀化钢坯材料的成份偏析，改善带状组织；穿水冷却装置内部喷射通道以及喷射角的设置能够降低钢坯表面承受的穿水阻力，提高冷却效率。

Description

一种齿轮钢带状组织控制工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金制造技术领域，尤其涉及一种齿轮钢带状组织控制工艺。
背景技术
齿轮钢是一种重要的机械零部件，广泛应用于汽车、铁路、船舶、工程机械中，而带状组织是齿轮钢的内部组织缺陷，会降低钢材切削性能和表面加工光洁度，严重的带状组织将影响渗碳的均匀性，增加淬火变形程度，使得零件各方向变形不均匀甚至开裂，影响齿轮钢的冲击韧性、塑性、安全性和使用寿命。枝晶偏析是齿轮钢带状组织形成的根本原因，齿轮钢钢液在凝固过程中以树枝方式长大，先凝固的枝晶干合金元素偏低，后凝固的枝晶间富集较多的合金元素；在进行连铸坯轧制时，枝晶沿变形方向拉长，形成碳和合金元素的贫化带和富集带，在轧后缓慢冷却的过程中发生相变，铁素体优先在合金元素贫化带形核，并向两侧合金元素富集带排碳，最后富集带形成珠光体，从而形成铁素体与珠光体带状组织。
传统的工艺方法中，通常采用减少连铸坯的凝固偏析、控制连铸中包过热度和拉速、降低终轧温度、电磁搅拌来降低齿轮钢的带状组织。虽然国际要求带状组织级别≤3.0级，但是在实际生产中，很多客户对于齿轮钢的要求更加苛刻，传统的工艺方法并不能充分降低齿轮钢带状组织，不能满足实际生产中高质量齿轮钢用户的需求。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种齿轮钢带状组织控制工艺，通过在精轧前后均设置穿水冷却装置以及控制精轧温度，能够有效改善齿轮钢的带状组织。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将钢坯送入加热炉分段加热，加热完成后出炉保温8～10小时；
第二步：将保温后的钢坯经高压水除磷后依次进行粗轧、一中轧、二中轧；
第三步：对轧制后的钢坯进行一次穿水冷却；
第四步：将经过一次穿水冷却的钢坯进行精轧；
第五步：对精轧后的钢坯进行二次穿水冷却；
第六步：将经过二次穿水冷却的钢坯送入带有保温罩的冷床缓慢冷却，缓慢冷却后空冷至室温。
进一步地，所述分段加热的温度具体为：预热段：750～800℃；加热一段：900～1100℃；加热二段：1180～1240℃；均热段：1180～1240℃；加热时间为170分钟，出炉温度为1070～1240℃。
进一步地，所述粗轧温度为1080～1140℃；一中轧温度为1030～1080℃；二中轧温度为970～990℃。
进一步地，所述一次穿水冷却的冷却速率为1～2℃/s。
进一步地，所述二次穿水冷却的冷却速率为6～8℃/s。
进一步地，所述一次穿水冷却的装置和二次穿水冷却的装置内部喷嘴本体的喷射通道均设置成环缝形，喷射通道射流中心线与喷嘴内腔形成的喷射角为20～30°；喷射通道喷出口开口度为1.5～2mm。
进一步地，所述精轧温度为920～950℃。
进一步地，所述冷床冷却速率为0.15～0.25℃/s，冷床入口温度为700～720℃，冷床出口温度为480～580℃。
进一步地，所述粗轧、一中轧、二中轧、精轧的轧制节奏为间隔6～8秒。
进一步地，所述粗轧、一中轧、二中轧、精轧均采用平立交替布置的连续无扭轧机机组。
本发明具有如下有益效果：
与现有技术相比，本发明的带状组织控制工艺对加热后的钢坯进行了长时间的保温操作，有助于去除元素偏析较轻的珠光体带，均匀化钢坯材料的成份偏析，改善带状组织。本发明的工艺方法中，精轧温度处于奥氏体未再结晶温度区域，使得铁素体分布更加均匀，相变后铁素体晶粒更加细化，可有效降低带状组织级别；在精轧前和精轧后均对钢坯进行穿水冷却，可节约能源，改善产品的金相组织，提高产品表面质量；精轧后先经过快速穿水冷却再经过缓慢冷却，能够有效抑制先共析铁素体生成，抑制碳的扩散，将钢坯快速冷却到珠光体相变区域，减少带状组织形成。除此以外，环缝形喷射通道的设置使得穿水冷却装置对钢坯的冷却更加均匀，降低了钢坯表面承受的穿水阻力，而钢坯运行方向与冷却水流方向形成有一定的喷射角度，能够增大冷却面积，提高冷却效率。
附图说明
图1为本发明所述带状组织控制工艺流程图；
图2为本发明所述穿水冷却装置内部喷嘴结构示意图。
图中：1-喷嘴本体；2-喷嘴内腔；3-喷射通道。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的齿轮钢带状组织控制工艺流程图如图1所示，其中，本发明中的钢坯优选规格为220mm的方坯，具体过程如下：
实施例1
步骤1：钢坯加热：将钢坯送入加热炉内分段加热，加热温度分别为：预热段：750℃；加热一段：900℃；加热二段：1180℃；均热段：1180℃；加热时间为170分钟，出炉温度为1070～1240℃，加热完成后出炉保温8小时；
步骤2：粗轧：将保温后的钢坯经高压水除磷后送入粗轧机组，粗轧温度为1080℃；
步骤3：中轧：将经过粗轧的钢坯依次送入一中轧机组、二中轧机组，一中轧温度为1030℃，二中轧温度为970℃；
步骤4：一次穿水冷却：将经过中轧的钢坯送入第一穿水冷却装置冷却，冷却速率为2℃/s；
步骤5：精轧：将经过一次穿水冷却的钢坯送入精轧机组，精轧温度为920℃；
步骤6：二次穿水冷却：将经过精轧的钢坯送入第二穿水冷却装置冷却，冷却速率为6℃/s；
步骤7：缓慢冷却：将经过二次穿水冷却的钢坯送入带有保温罩的冷床进行缓慢冷却，冷床入口温度为720℃，冷却速率为0.15℃/s，钢坯缓慢冷却到580℃。
本实施例中，轧制节奏为间隔6秒；如图2所示，第一穿水冷却装置与第二穿水冷却装置内部喷嘴本体1的喷射通道3均设置成环缝形，且喷射通道3射流中心线与喷嘴内腔2形成一个喷射角θ，θ＝20°，喷射通道3喷出口开口度为1.5mm；冷床为步进式齿条型冷床；粗轧机组、一中轧机组、二中轧机组及精轧机组均采用平立交替布置，均为连续无扭轧机；缓慢冷却后采用空冷的方式将钢坯冷却至室温。
实施例2
步骤1：钢坯加热：将钢坯送入加热炉内分段加热，加热温度分别为：预热段：760℃；加热一段：1000℃；加热二段：1210℃；均热段：1210℃；加热时间为170分钟，出炉温度为1070～1240℃，加热完成后出炉保温9小时；
步骤2：粗轧：将保温后的钢坯经高压水除磷后送入粗轧机组，粗轧温度为1100℃；
步骤3：中轧：将经过粗轧的钢坯依次送入一中轧机组、二中轧机组，一中轧温度为1050℃，二中轧温度为980℃；
步骤4：一次穿水冷却：将经过中轧的钢坯送入第一穿水冷却装置冷却，冷却速率为1.5℃/s；
步骤5：精轧：将经过一次穿水冷却的钢坯送入精轧机组，精轧温度为940℃；
步骤6：二次穿水冷却：将经过精轧的钢坯送入第二穿水冷却装置冷却，冷却速率为7℃/s；
步骤7：缓慢冷却：将经过二次穿水冷却的钢坯送入带有保温罩的冷床进行缓慢冷却，冷床入口温度为710℃，冷却速率为0.2℃/s，钢坯缓慢冷却到530℃。
本实施例中，轧制节奏为间隔7秒；如图2所示，第一穿水冷却装置与第二穿水冷却装置内部喷嘴本体1的喷射通道3均设置成环缝形，且喷射通道3射流中心线与喷嘴内腔2形成一个喷射角θ，θ＝25°，喷射通道3喷出口开口度为1.8mm；冷床、粗轧机组、一中轧机组、二中轧机组及精轧机组均与实施例1一致；缓慢冷却后采用空冷的方式将钢坯冷却至室温。
实施例3
步骤1：钢坯加热：将钢坯送入加热炉内分段加热，加热温度分别为：预热段：800℃；加热一段：1100℃；加热二段：1240℃；均热段：1240℃；加热时间为170分钟，出炉温度为1070～1240℃，加热完成后出炉保温10小时；
步骤2：粗轧：将保温后的钢坯经高压水除磷后送入粗轧机组，粗轧温度为1140℃；
步骤3：中轧：将经过粗轧的钢坯依次送入一中轧机组、二中轧机组，一中轧温度为1080℃，二中轧温度为990℃；
步骤4：一次穿水冷却：将经过中轧的钢坯送入第一穿水冷却装置冷却，冷却速率为1℃/s；
步骤5：精轧：将经过一次穿水冷却的钢坯送入精轧机组，精轧温度为950℃；
步骤6：二次穿水冷却：将经过精轧的钢坯送入第二穿水冷却装置冷却，冷却速率为8℃/s；
步骤7：缓慢冷却：将经过二次穿水冷却的钢坯送入带有保温罩的冷床进行缓慢冷却，冷床入口温度为700℃，冷却速率为0.25℃/s，钢坯缓慢冷却到480℃。
本实施例中，轧制节奏为间隔8秒；如图2所示，第一穿水冷却装置与第二穿水冷却装置内部喷嘴本体1的喷射通道3均设置成环缝形，且喷射通道3射流中心线与喷嘴内腔2形成一个喷射角θ，θ＝30°，喷射通道3喷出口开口度为2mm；冷床、粗轧机组、一中轧机组、二中轧机组及精轧机组均与实施例1一致；缓慢冷却后采用空冷的方式将钢坯冷却至室温。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将钢坯送入加热炉分段加热，加热完成后出炉保温8～10小时；
第二步：将保温后的钢坯经高压水除磷后依次进行粗轧、一中轧、二中轧；
第三步：对轧制后的钢坯进行一次穿水冷却；
第四步：将经过一次穿水冷却的钢坯进行精轧；
第五步：对精轧后的钢坯进行二次穿水冷却；
第六步：将经过二次穿水冷却的钢坯送入带有保温罩的冷床缓慢冷却，缓慢冷却后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述分段加热的温度具体为：预热段：750～800℃；加热一段：900～1100℃；加热二段：1180～1240℃；均热段：1180～1240℃；加热时间为170分钟，出炉温度为1070～1240℃。
3.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述粗轧温度为1080～1140℃；一中轧温度为1030～1080℃；二中轧温度为970～990℃。
4.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述一次穿水冷却的冷却速率为1～2℃/s。
5.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述二次穿水冷却的冷却速率为6～8℃/s。
6.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述一次穿水冷却的装置和二次穿水冷却的装置内部喷嘴本体(1)的喷射通道(3)均设置成环缝形，喷射通道(3)射流中心线与喷嘴内腔(2)形成的喷射角为20～30°；喷射通道(3)喷出口开口度为1.5～2mm。
7.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述精轧温度为920～950℃。
8.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述冷床冷却速率为0.15～0.25℃/s，冷床入口温度为700～720℃，冷床出口温度为480～580℃。
9.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述粗轧、一中轧、二中轧、精轧的轧制节奏为间隔6～8秒。
10.根据权利要求1所述的齿轮钢带状组织控制工艺，其特征在于，所述粗轧、一中轧、二中轧、精轧均采用平立交替布置的连续无扭轧机机组。
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