CN112143980A

CN112143980A - 一种工业叉用钢27SiMn2及其制备方法

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Publication number: CN112143980A
Application number: CN202010916241.6A
Authority: CN
Inventors: 相楠; 李绍杰; 张立良; 郭晓霞; 刘运娜; 席军良; 丁辉; 刘军会; 赵亮; 焦力隆
Original assignee: Shijiazhuang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shijiazhuang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明公开了一种工业叉用钢27SiMn2及其制备方法，其化学成分及质量百分含量为：C 0.24%～0.30%、Si 0.80%～1.00%、Mn 1.70%～2.00%、Cr≤0.20%、Al0.020%～0.030%、P≤0.025%、S≤0.025%、B 0.0028%～0.0050%、Ti≤0.008%、O≤20ppm、N≤80ppm，余量为Fe和不可避免的杂质，生产过程为：冶炼‑LF精炼‑VD真空精炼‑连铸‑加热‑轧制。本发明提供的工业叉用钢27SiMn2具有高淬透性和高冲击韧性，淬透性能J15mm≥45HRC，冲击韧性Akv2≥25J。

Description

一种工业叉用钢27SiMn2及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其是一种工业叉用钢27SiMn2及其制备方法。

背景技术

27SiMn2是生产工业用叉钢的主要钢种，具有较高的强度和耐磨性，并具有一定的韧性，淬透性较高，切削加工性能良好，调质后可用作高韧性和高耐磨的零件。为了满足其高硬度、高耐磨的性能要求，其工业叉用钢需要材料具有高的淬透性，同时对材料不同位置端淬值有较高的要求，尤其距表面15mm 处硬度大于或等于45HRC，同时要求具有良好的冲击性能，还要求有细的晶粒度，一般要求大于或等于5级，以提高工业叉用钢韧性和避免工业叉在热处理时的淬火裂纹。

目前工业叉用钢27SiMn2淬透性低，热处理后冲击韧性低，端淬性能J15mm≤40HRC，冲击韧性Akv2≤20J，造成使用寿命短。为解决这一技术难题，本发明通过合理的化学成分配比，优化连铸工艺参数，及控制轧制措施，提高27SiMn2端淬及冲击韧性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高淬透性、高冲击韧性工业叉用钢27SiMn2及其制备方法，提供的工业叉用钢27SiMn2端淬值J15mm≥45HRC，冲击韧性Akv2≥25J。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种工业叉用钢27SiMn2，其化学成分及质量百分含量为：C 0.24%～0.30%、Si 0.80%～1.00%、Mn 1.70%～2.00%、Cr≤0.20%、Al 0.020%～0.030%、P≤0.025%、S≤0.025%、B0.0028%～0.005%、Ti≤0.008%、O≤20ppm、N≤80ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明各成分的功能机理为：

C：碳含量是材料的一项重要指标，是提高钢材硬度和强度的主要元素。碳含量过低，材料在热处理后强度过低，无法满足工业叉用钢所需强度要求；碳含量过高容易降低材料塑、韧性。

Mn：锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用；也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。锰是强烈增加淬透性且价格便宜的一种元素。锰经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性。锰与硫形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象。锰有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。考虑到工业叉用钢形状复杂，锰含量高容易引起热处理裂纹，所以适当降低了锰含量，最后设定为1.70%～2.00%。

B：硼是钢中另外一个重要元素。微量硼在晶界内吸附，形成共格硼相，阻止铁素体形核，增加奥氏体稳定性，从而提高材料的淬透性，同时适量硼元素可以改善材料的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度和耐磨性。钢材中锰与硼同时加入，可以提高材料的耐磨性能。硼是27SiMn2中重要一个元素，它的发展和推广应用，对于节约合金资源，提高端淬性能以及提高经济效益，有着重要作用。因此B的设定含量为0.0028%～0.0050%。

Cr：铬提高材料的强度和硬度，通过减缓奥氏体的分解速度来提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性。

Si：硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。通过提高退火、正火和淬火温度，来提高亚共析钢淬透性。但含硅超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb)，以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等，Si的设定含量为0.80%～1.00%。

S：硫在钢中偏析严重，容易形成夹杂物，不利于改善钢水纯净度；在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素。它以熔点较低的FeS的形式存在；单独存在的FeS的熔点只有1190℃，而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低，只有988℃。当钢凝固时，硫化铁析集在原生晶界处；钢在1100～1200℃进行轧制时，晶界上的FeS就将熔化，会大大地削弱晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象。S的设定含量为S≤0.025%。

P：磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢，在室温或更低的温度下使用时，会偏析严重、容易脆裂，称为冷脆；显著的降低钢的塑性和韧性。磷是有害元素，应严加控制，P的设定含量为≤0.025%。

Ti：钛为强碳化物及氮化物形成元素，其氮化物可以组织奥氏体晶粒长大，提高晶粒粗化温度。Ti在硼钢中主要作用是固氮，发挥有效硼的作用，提高材料的淬透性。Ti的设定含量为≤0.008%。

Al：铝在钢中能形成氧化物、氮化物等；能阻止奥氏体晶粒长大，提高晶粒粗化温度，细化晶粒，而Al含量较高时，会从材料的金相组织中发现其晶粒间有很多的AlN杂质，该杂质降低了晶粒间的边界强度，对材料的冲击韧性和塑性也有影响，在循环载荷作用下，含有杂质处容易产生微观裂纹，这就要求在零部件的制造过程中应注意避免引入杂质，以免降低结构的强度。Al的设定含量为0.020%～0.030%。

O：氧在钢中以氧化物夹杂的形式存在，这些非金属夹杂物破坏钢基体的连续性，其性质、大小、数量及分布状态影响钢的性能，对钢的塑性、韧性等性能危害较大，因此需控制钢中氧含量≤20ppm。

N：氮与钢中的铝结合成AlN,能够起到奥氏体晶粒长大，细化晶粒的作用，氮还与钢中的Ti结合，促进钢中B元素的吸收，控制N含量≤80ppm。

本发明提供的工业叉用钢27SiMn2的生产工艺流程为：转炉/电炉冶炼-LF精炼-VD真空精炼-连铸-加热-轧制工序，其中：

所述冶炼工序：出钢中碳含量≥0.06wt%，P含量≤0.015wt%；

所述LF精炼工序：采用散加碳化硅的方式造渣，保白渣25分钟，控制钢中化学成分含量。

所述VD真空精炼工序：真空度≤67Pa，保持真空时间10～15分钟，VD破空后喂铝线，加入硼铁，软吹15～30分钟；

所述连铸工序：浇注温度控制在1506℃～1526℃，控制浇注拉速为1.5～1.7m/min；

所述加热工序：均热温度为1050～1180℃，在炉加热时间为2～2.5h；

所述轧制工序：开轧温度为970～1030℃。

本发明所述LF精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.5～1.0MPa、流量为30～70 NL/min。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明通过成分控制，优化冶炼工艺降低钢中的夹杂物，钢水洁净度提高，铸坯表面质量提高。

本发明中通过添加微量B元素，提高了钢材淬透性；添加微量Ti元素，一方面促进硼钢中固氮，另一方面促进钢中有效硼的吸收，材料的淬透性进一步提高；添加Al元素,细化晶粒,提高了材料冲击性能。

本实例通过合理的化学成分配比，优化连铸工艺参数，及控制轧制措施，使27SiMn2端淬值J15mm≥45HRC，冲击韧性Akv2≥25J，材料的淬透性及冲击韧性显著提高，解决了27SiMn2淬透性低，冲击韧性达不到要求的技术问题。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例：工业叉用钢27SiMn2的制备方法采用下述具体工艺。

（1）化学成分：各实施例工业叉用钢27SiMn2的化学成分组成及质量百分含量见表1。

表1 各实施例27SiMn2钢的化学成分及百分含量（%）

（2）工业叉用钢27SiMn2的生产工艺流程为：转炉/电炉冶炼-LF精炼-VD真空精炼-连铸-加热-轧制工序，具体为：

A、冶炼工序：出钢中碳含量≥0.06wt%，P含量≤0.015wt%。

B、LF精炼工序：采用散加碳化硅的方式造渣，保白渣25分钟，控制钢中化学成分含量。精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.5～1.0MPa、流量为30～70 NL/min。

C、VD真空精炼工序：真空度≤67Pa，保持真空时间10～15分钟，VD破空后喂铝线，加入硼铁，软吹15～30分钟；

D、连铸工序：浇注温度控制在1506℃～1526℃，控制浇注拉速为1.5～1.7m/min；

E、加热工序：均热温度为1050～1180℃，在炉加热时间为2～2.5h；

F、轧制工序：开轧温度为970～1030℃。

各实施例冶炼、LF精炼和VD真空精炼工序的具体工艺参数见表2；各实施例连铸、加热和轧制工序的具体工艺参数见表3。

表2 各实施例冶炼、LF精炼和VD真空精炼具体工艺参数

表3 各实施例连铸、加热和轧制的具体工艺参数

（3）各实施例工业叉用钢27SiMn2端淬值检验见表4。

表4：各实施例27SiMn2钢的端淬值

由表4可以看出，本方法所得工业叉用钢27SiMn2端淬值J15mm≥45HRC。

（3）各实施例工业叉用钢27SiMn2冲击值检验结果见表5,冲击韧性Akv2≥25J。

表5：各实施例27SiMn2钢的冲击值

本发明通过合理的化学成分配比，优化连铸工艺参数，及控制轧制措施，使27SiMn2端淬值J15mm≥45HRC，冲击韧性Akv2≥25J，材料的淬透性及冲击韧性显著提高，解决了27SiMn2淬透性低，冲击韧性达不到要求的问题。

Claims

1.一种工业叉用钢27SiMn2，其特征在于：其化学成分及质量百分含量为：C 0.24%～0.30%、Si 0.80%～1.00%、Mn 1.70%～2.00%、Cr ≤0.20%、Al0.020%～0.030%、P≤0.025%、S≤0.025%、B 0.0028%～0.0050%、Ti ≤0.008%、O≤20ppm、N≤80ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的工业叉用钢27SiMn2的制备方法，其工艺流程为：转炉/电炉冶炼-LF精炼-VD真空精炼-连铸-加热-轧制工序，其特征在于：

所述冶炼工序：出钢中碳含量≥0.06wt%，P含量≤0.015wt%；

所述LF精炼工序：采用散加碳化硅的方式造渣，保白渣25分钟，控制钢中化学成分含量；

所述轧制工序：开轧温度为970～1030℃。

3.根据权利要求2所述的工业叉用钢27SiMn2的制备方法，其特征在于：所述LF精炼工序：LF精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.5～1.0MPa、流量为30～70 NL/min。