CN112808773A - 一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制低碳Mn‑Cr型齿轮钢组织的轧制方法，所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、穿水冷却、精轧、冷床冷却；其中，冷床冷却包括冷床保温罩内冷却和冷床空冷；精轧工序中，轧件进精轧机的温度为740‑760℃，终轧温度为730～770℃；穿水冷却工序中，所述穿水冷却根据轧制生产钢材的规格进行，通过控制水箱水量控制轧件进精轧机的温度和终轧温度；冷床保温罩内冷却工序中，冷床使用保温罩，钢材上冷床的温度≥680℃，钢材出冷床保温罩温度450～580℃。本发明通过采用合理的控轧控冷工艺，使最终生产得到的钢材达到采用离线退火工艺所能达到的齿轮钢质量要求，满足客户对材料硬度、组织和晶粒度需求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及16～27MnCr5的轧制方法，尤其涉及一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的方法。
背景技术
16～27MnCr5为渗碳钢，其轧制圆钢主要用于制造齿轮、蜗杆、密封轴套等，材料规格一般为Φ20～50，一般要求钢材本质晶粒度≥5级，组织为铁素体+珠光体，不允许有贝氏体。在钢材的硬度方面上，根据含碳量的不同，16～27MnCr5渗碳钢各钢种的硬度要求也各不相同。对于16MnCr5渗碳钢，主要化学成分(质量百分数)为：C：0.14～0.26％、Si：≤0.40％、Mn：1.10～1.30％、P：≤0.025％、S：0.01～0.035％、Cr：0.80～1.10％、Ni：≤0.20％、Cu≤0.20％、AL：0.015～0.060％，其余为基体Fe和不可避免的杂质；一般要求该钢种的硬度≤197HBW。对于20MnCr5钢种，一般要求硬度≤229HBW；27MnCr5钢种的硬度一般要求≤270HBW。
为控制晶粒度，常规工艺中普遍采取高温终轧，该高温轧制工艺流程为：加热—粗轧—中轧—精轧—冷却—矫直—探伤—精整—包装、入库；其中，钢坯加热的均热温度1200～1250℃，终轧温度≥900℃。但是，采用高温终轧工艺，钢材轧后组织为铁素体+珠光体+贝氏体，硬度偏高，以16MnCr5渗碳钢为例，其硬度为210～250HBW。为消除贝氏体和降低硬度，钢材必须进行热处理后再交货，否则会造成钢材硬度偏高、晶粒粗大，离散型大且掺混有贝氏体组织。
因此，合理设计一种控扎控冷工艺，避免钢材在控扎控冷过程中产生的表面激冷层，保证钢材在切削加工时所需要的硬度和组织需求，又不增加钢材的生产成本，在钢材的生产加工中具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的轧制方法，通过采用合理的控轧控冷工艺，控制钢材的组织、硬度、晶粒度，使钢材无需热处理即可达到离线热处理的交货状态，使最终生产得到的钢材达到采用离线热处理工艺所能达到的钢材质量要求，从而控轧控冷工艺代替实现离线热处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的轧制方法，所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、穿水冷却、精轧、冷床冷却工序；其中，冷床冷却工序依次包括冷床保温罩内冷却和冷床空冷。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述加热工序中，均热温度为1200～1250℃(例如，1210℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃)，保温时间为40～90min。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述粗轧工序中，开轧温度为1150-1200℃(例如，1155℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃)。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述精轧工序中，轧件进精轧机的温度为740-760℃(例如，745℃、750℃、755℃)；终轧温度为730～770℃(例如，735℃、740℃、750℃、760℃)。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，通过控制水箱水量控制轧件进精轧机的温度和终轧温度。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序根据轧制生产钢材的规格设置在中轧期间、和/或中轧结束后与精轧开始前。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，当仅需进行一次穿水冷却便保证轧件进精轧机的温度为740-760℃，则所述穿水冷却工序设置在中轧结束后与精轧开始前进行；
优选地，所述穿水冷却的水箱水量为160～240L/min(例如，170L/min、180L/min、190L/min、200L/min、220L/min、230L/min)，水压5～8MPa(例如，6MPa、7MPa)。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，当轧制生产钢材的规格较小(例如，Φ22mm、Φ33mm)时，所述穿水冷却包括第一次穿水冷却和第二次穿水冷却。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，当所述穿水冷却包括第一次穿水冷却和第二次穿水冷却两次穿水冷却才能保证轧件进精轧机的温度为740-760℃时，所述第一次穿水冷却设置在中轧期间进行，所述第二次穿水冷却设置在中轧结束后与精轧开始前进行。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，所述第一次穿水冷却的水箱水量为160～240L/min(例如，170L/min、180L/min、190L/min、200L/min、220L/min、230L/min)，水压5～8MPa(例如，6MPa、7MPa)。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述穿水冷却工序中，所述第二次穿水冷却的水箱水量为100～160L/min(例如，110L/min、120L/min、130L/min、140L/min、150L/min)，水压5～8MPa(例如，6MPa、7MPa)
本发明中，轧件从终轧后到冷床入口之间的输送辊道，即终轧后的轧件，不进行穿水冷却，以减缓轧件在终轧后的冷却速度。
上述轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述冷床保温罩内冷却工序中，冷床使用保温罩，钢材上冷床的温度≥680℃(例如，690℃、700℃、710℃、720℃)，钢材出冷床保温罩温度450～580℃(例如，460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃)。
本发明中，为了控制热轧后齿轮钢组织、硬度及晶粒度，通过控轧控冷，使用水箱控制终轧温度，使终轧温度控制在730～770℃，终轧后控制冷却速度，放下冷床保温罩，并控制轧件出保温罩的温度，使其在保温罩完成相变后再出保温罩。
本发明中，在相互不冲突的情况下，上述技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用合理的控轧控冷工艺，使最终生产得到的钢材达到采用离线退火工艺所能达到的齿轮钢质量要求，满足客户对材料硬度、组织和晶粒度需求。
2、采用本发明的轧制工艺，节省了退火工序，减少了生产流程，缩短生产周期，降低生产成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例2中生产的齿轮钢的显微组织图。
图2是本发明实施例2中生产的齿轮钢的晶粒度图。
图3是本发明对比例中生产的齿轮钢的显微组织图。
图4是本发明对比例中生产的齿轮钢的晶粒度图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的轧制方法，适用于16～27MnCr5渗碳钢各钢种组织的调控。
实施例1-3
本实施例1-3以16MnCr5齿轮钢为原料，采用本发明设计的技术方案轧制生产规格为Φ22mm、Φ30mm、Φ50mm各3批，通过钢坯加热—粗轧—中轧—穿水冷却—精轧—冷床保温罩内冷却—冷床空冷—剪切—收集—打捆—矫直—探伤—精整—入库，最终得到所需规格的齿轮钢。其中，
加热工序：均热温度为1230±10℃，保温时间70min。
粗轧工序：开轧温度为1160℃。
穿水冷却工序：当轧制规格为Φ22mm、Φ30mm，包括第一次穿水冷却和第二次穿水冷却。第一次穿水冷却在中轧期间进行，水箱水量为160～240L/min，水压6～7MPa；第二次穿水冷却在中轧结束后进行，水箱水量为100～160L/min，水压6～7MPa。
当轧制规格为Φ50mm，仅需一次穿水冷却。该穿水冷却在在中轧结束后进行，水箱水量为160～240L/min，水压6～7MPa。
精轧工序：轧件进精轧机温度为757℃，终轧温度为751℃。终轧后，轧件到冷床的沿线输送辊道不进行穿水冷却，即不给冷却水，从而减缓轧件终轧后的冷却速度。
冷床冷却工序：包括冷床保温罩内冷却和冷床空冷。
冷床保温罩内冷却工序：终轧后的轧件上冷床后使用保温罩，放下冷床保温罩以减缓轧件在冷床上的冷却速度，并控制轧件出保温罩的温度,使其在保温罩完成相变后再出保温罩。轧件上冷床的温度≥680℃；轧件出冷床保温罩的温度为450～580℃。
冷床空冷：出冷床保温罩后的轧件在冷床上空冷。
对按照上述设计的轧制工艺生产出的齿轮钢进行硬度、显微组织和本质晶粒度测试，表1列出了实施例1-3中轧制生产的不同规格的16MnCr5齿轮钢的硬度、显微组织和本质晶粒度。其中，硬度测试中的1、2、3分别代表试样1、2、3的硬度；显微组织中的1和2分别代表所检验的同一规格的齿轮钢中2个试样的组织。
表1实施例1-3中轧制的16MnCr5齿轮钢的硬度、显微组织和本质晶粒度
图1和图2分别是实施例2中轧制的齿轮钢的晶粒度图和显微组织图。从图1可以看出，该齿轮钢的组织为F+P，从图2可以看出，该齿轮钢的晶粒比较均匀，其本质晶粒度为8级；因此，综合表1和图1-2，分析可知，采用本发明提供的轧制方法制备的16MnCr5齿轮钢满足离线热处理工艺得到的齿轮钢的晶粒度、微观组织结构和硬度要求，本发明提供的轧制方法可以替代常规工艺中的离线热处理工艺进行16MnCr5齿轮钢的轧制生产。
实施例4-6
本实施例在实施例1的基础上，通过对中轧工序和水箱冷却工序中使用的水箱的水量和水压的工艺参数进行调整，实现对轧件进精轧机温度、终轧温度，和冷床冷却温度的控制。具体工艺参数如表2所示。
表2实施例4-6中16MnCr5齿轮钢的轧制工艺参数
采用本实施例4-6中的轧制方法制备的16MnCr5齿轮钢，其组织为F+P，该齿轮钢的晶粒比较均匀，其本质晶粒度为8级，硬度≤197HBW，满足离线热处理工艺得到的齿轮钢的晶粒度、微观组织结构和硬度要求，因而，本实施例4-6中的轧制方法可以替代常规工艺中的离线热处理工艺进行16MnCr5齿轮钢的轧制。
实施例7-12
本实施例7-12在实施例1的基础上，根据齿轮钢钢种和规格的不同，改变轧制工艺参数，轧制规格为Φ35、Φ38和Φ50的20MnCr5齿轮钢各3批，轧制规格为Φ35、Φ45和Φ50的27MnCr5齿轮钢各3批。表3列出了实施例7-12中齿轮钢的轧制工艺参数，表4列出了本实施例轧制的齿轮钢的硬度、显微组织和实际晶粒度。
表3实施例7-12中齿轮钢的轧制工艺参数
表4实施例7-12中轧制的齿轮钢的硬度、显微组织和实际晶粒度
由表4可以看出，采用本发明提供的轧制方法轧制生产不同规格的20MnCr5齿轮钢，其组织为F+P，该齿轮钢的晶粒比较均匀，其本质晶粒度为8级，硬度≤229HBW，满足离线热处理工艺得到的齿轮钢的晶粒度、微观组织结构和硬度要求；采用本发明提供的技术方案轧制生产不同规格的27MnCr5齿轮钢，其组织为F+P，本质晶粒度为5-8，硬度≤270HBW，因而，本发明提供的轧制方法可以替代常规工艺中的离线热处理工艺进行20MnCr5齿轮钢和27MnCr5齿轮钢的轧制生产。
对比例
本对比例中，采用常规工艺轧制规格为Φ30mm的16MnCr5圆钢。
轧制工艺中，加热温度1230℃，终轧温度905℃；轧后检验钢材硬度为211～214HBW。图3和图4分别为本对比例得到的16MnCr5的显微组织和本质晶粒度。
从图3可以看出，该齿轮钢的组织离散型大且掺混有贝氏体组织，为F+P+B。从图4可以看出，该齿轮钢的本质晶粒度为4～7级。
分析可知，采用常规工艺轧制规格为Φ30mm的16MnCr5圆钢，所得齿轮钢的硬度偏高、组织离散型大且掺混有贝氏体组织、晶粒粗大，因而所得齿轮钢的硬度、组织及本质晶粒度均不合格。
因此，为消除贝氏体和降低硬度，钢材必须进行热处理后再交货。
综上分析，采用本发明提供的技术方案，通过控轧控冷，控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织，硬度、本质晶粒度合格，硬度可控制在客户需求范围以内，较常规轧制的硬度低，能够达到离线热处理的硬度要求，代替离线热处理交货。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本领域内的技术工程人员在不违背本发明的精神及范畴下，可对这些实施例作出变更和修改。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种控制低碳Mn-Cr型齿轮钢组织的轧制方法，其特征在于，所述轧制方法包括加热、粗轧、中轧、穿水冷却、精轧、冷床冷却工序；其中，
冷床冷却工序依次包括冷床保温罩内冷却和冷床空冷。
2.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述加热工序中，均热温度为1200～1250℃，保温时间为40～90min。
3.根据权利要求2所述的轧制方法，其特征在于，所述粗轧工序中，开轧温度为1150-1200℃。
4.根据权利要求3所述的轧制方法，其特征在于，所述精轧工序中，轧件进精轧机的温度为740-760℃，终轧温度为730～770℃。
5.根据权利要求4所述的轧制方法，其特征在于，所述穿水冷却工序中，通过控制水箱水量控制轧件进精轧机的温度和终轧温度。
6.根据权利要求5所述的轧制方法，其特征在于，所述穿水冷却工序根据轧制生产钢材的规格设置在中轧期间、和/或中轧结束后与精轧开始前。
7.根据权利要求6所述的轧制方法，其特征在于，所述穿水冷却工序中，当仅需进行一次穿水冷却便保证轧件进精轧机的温度为740-760℃，则所述穿水冷却工序设置在中轧结束后与精轧开始前进行；
优选地，所述穿水冷却的水箱水量为160～240L/min，水压5～8MPa。
8.根据权利要求6所述的轧制方法，其特征在于，所述穿水冷却工序中，当所述穿水冷却包括第一次穿水冷却和第二次穿水冷却两次穿水冷却才能保证轧件进精轧机的温度为740-760℃时，所述第一次穿水冷却设置在中轧期间进行，所述第二次穿水冷却设置在中轧结束后与精轧开始前进行。
9.根据权利要求8所述的轧制方法，其特征在于，所述穿水冷却工序中，所述第一次穿水冷却的水箱水量为160～240L/min，水压5～8MPa；所述第二次穿水冷却的水箱水量为100～160L/min，水压5～8MPa。
10.根据权利要求1-9任一项所述的轧制方法，其特征在于，所述冷床保温罩内冷却工序中，冷床使用保温罩，钢材上冷床的温度≥680℃，钢材出冷床保温罩温度450～580℃。
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