CN113416828B - 16-27MnCrS5圆钢制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种16‑27MnCrS5圆钢制备方法，制备方法依次包括如下步骤：冶炼、加热、轧制、冷却和热处理，其中，在热处理为去应力退火。冶炼步骤中，将硫含量控制在0.025～0.035％范围内。本发明的目的在于提供一种16‑27MnCrS5圆钢制备方法，制备的16‑27MnCrS5圆钢的硬度为180～215HBW、实际晶粒度为5‑8级、无应力，完全满足高端汽车销轴精密车削零件要求。

Description

16-27MnCrS5圆钢制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种16-27MnCrS5圆钢制备方法。
背景技术
16-27MnCrS5是从德国引进的钢种，此系列钢通过合金元素Mn、Cr等实现钢的强韧化，热处理后能得到较高表面硬度、耐磨性和低温冲击韧性；同时此钢中添加0.020-0.040％的S元素，促进了钢中MnS夹杂物形成，具有易切削性能。该钢在国内外已被广泛的应用于制造汽车齿轮、涡轮、密封轴套等零部件。
一般车削加工的16-27MnCrS5钢材通常以热轧状态交货，也可以正火、退火状态交货，若此类状态交货用于精密车削汽车销轴零件用则存在以下缺点：
(1)常规热轧或者在线控冷的16-27MnCrS5钢材存在应力且交货硬度不能满足180～215HBW范围要求，不满足用户使用要求。硬度低则精密车难削加工，车加工表现为粘刀、缠屑、打刀、零件表面光洁度差、精度不满足要求，圆钢无法继续使用，无法热处理挽救；钢材硬度高，车削加工废刀，影响精密切削精度甚至损坏设备，需要返工增加热处理，影响交货周期，导致用户抱怨；
(2)16-27MnCrS5正火态交货棒材一般采用850-930℃正火工艺，会导致硬度低于180HBW，圆钢实际晶粒度变细(超过8.0级)，一样会导致精密车难削加工，表现为粘刀、缠屑、打刀、零件表面光洁度差、精度不满足要求，圆钢无法继续使用，无法热处理挽救；
(3)16-27MnCrS5退火态交货棒材一般采用670-750℃退火工艺，可去应力，但会导致圆钢硬度低，一样会造成精密车削难加工，表现为粘刀、缠屑、打刀、零件表面光洁度差、精度不满足要求，圆钢无法继续使用，无法热处理挽救；
近年来，随着我国汽车制造工业迅猛的发展，钢材的深加工技术得到广泛应用，对16-27MnCrS5钢材的加工方法由原来的锻造+车削+渗碳热处理工艺转变为精密车削成型+渗氮热处理工艺，加工效率和精度显著提高。圆钢交货硬度要求由≤255HBW加严到180-215HBW范围，圆钢实际晶粒度由不作要求变更为要求5-8级，并额外增加了去应力要求，现有的16-27MnCrS5钢种的硬度值、实际晶粒度、应力很难都满足要求。
为此，采取科学的、合理的工艺方法保证16-27MnCrS5硬度值、实际晶粒度等指标对提高市场竞争力具有非常重要的现实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种16-27MnCrS5圆钢制备方法，制备的16-27MnCrS5圆钢的硬度为180～215HBW、实际晶粒度为5-8级、无应力，完全满足高端汽车销轴精密车削零件要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种16-27MnCrS5圆钢制备方法，制备方法依次包括如下步骤：冶炼、加热、轧制、冷却和热处理，其中，在热处理为去应力退火。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，冶炼步骤中，将硫含量控制在0.025～0.035％范围内。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，冶炼步骤中，将硫含量控制在0.028-0.035％范围内。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，加热步骤中，钢坯在步进式加热炉内加热，加热炉均热段温度1200℃～1240℃，均热时间30min-90min。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，轧制步骤中，开轧温度控制在1030-1150℃，通过连轧机组将钢坯轧制成规定尺寸的成品圆钢，控制终轧温度在880-950℃。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，冷却步骤中，钢坯经加热轧制后进入冷床，冷床放下保温罩，出保温罩温度≤580℃。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，出保温罩后的棒材硬度在220～250HBW范围，实际晶粒度满足5-8级。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，热处理步骤中，热处理炉采用台车炉或者连续炉，
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，热处理步骤中，热处理的保温区和等温区的温度波动均控制在±10℃。
进一步地，在上述的16-27MnCrS5圆钢制备方法中，热处理步骤中，棒材进入热处理炉加热升温，温度升至630℃±10℃保温→快冷至620℃→620℃±10℃保温→缓冷→出炉。
分析可知，本发明公开一种16-27MnCrS5圆钢制备方法，制备的16-27MnCrS5圆钢的硬度为180～215HBW、实际晶粒度为5-8级、无应力，完全满足高端汽车销轴精密车削零件要求。精密车削易加工，零件表面光洁度好、精度能满足要求。
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。其中：
图1为16-27MnCrS5材料去应力退火工艺示意图。
图2为实施例1中的16MnCrS5材料去应力退火后实际晶粒度7.0级。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
如图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种16-27MnCrS5圆钢制备方法，16-27MnCrS5圆钢尤其适用于精密车削汽车销轴零件。
制备方法包括如下步骤：
(1)冶炼：16-27MnCrS5钢坯的冶炼成分将硫含量控制在0.025～0.035％范围内；为进一步提升16-27MnCrS5的切削性能，冶炼成分设计创新：将常规硫含量范围0.020-0.040％设定为硫含量范围为0.025-0.035％，更优选为0.028-0.035％。硫含量优选0.028-0.035％，促进了钢中MnS夹杂物形成，能够提供更优的切削性能。
以冶炼16MnCrS5钢坯为例，控制其熔炼成分为：碳0.16～0.19％，硅≤0.40％，锰优选1.20～1.30％，磷≤0.025％，硫0.025～0.035％，铬优选1.00～1.10％，镍≤0.30％，钼≤0.10％，Cu≤0.30％；控制熔炼成分，保证材料的强度，使经过步骤(4)冷却下线空冷后的棒材硬度在220～250HBW范围。
(2)加热：钢坯在步进式加热炉内加热，加热炉均热段温度为1200℃～1240℃(比如1200℃、1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃之中的任意数值或者任意两个数值之间的范围)，均热时间为30min-90min(比如30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min之中的任意数值或者任意两个数值之间的范围)；上述均热段温度和均热时间能保证钢坯各部分温度均匀，为后续开轧温度做准备。
(3)轧制：开轧温度控制在1030-1150℃(比如1030℃、1035℃、1040℃、1045℃、1050℃、1055℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃之中的任意数值或者任意两个数值之间的范围)，通过连轧机组将钢坯轧制成规定尺寸的成品圆钢，控制终轧温度在880-950℃(比如880℃、885℃、890℃、895℃、900℃、905℃、910℃、915℃、920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、945℃、950℃之中的任意数值或者任意两个数值之间的范围)；控制上述开轧温度和终轧温度，目的是让下线空冷后的棒材硬度在220～250HBW范围，实际晶粒度满足5-8级。
(4)冷却：16-27MnCrS5钢坯经加热轧制后进入冷床，冷床放下保温罩，出保温罩温度≤580℃，出保温罩后即下线空冷后棒材硬度在220～250HBW范围内；
(5)热处理：16-27MnCrS5钢坯轧制冷却后的棒材转去应力退火工序，热处理炉采用台车炉或者连续炉，热处理炉的保温区和等温区的温度波动控制不超过±10℃；
热处理工艺：16-27MnCrS5棒材进入去应力退火炉加热升温，温度升至630℃±10℃保温(保温区)→快冷至620℃→620℃±10℃保温(等温区)→缓冷→出炉。通过去应力退火处理，消除材料应力，并满足180～215HBW硬度要求。
轧制冷却后的棒材进行去应力退火处理，去应力退火炉退火工艺示意图，如附图1。
实施例1-19中熔炼成分数据及成品的硬度和实际晶粒度见表1：
表1实施例1-19熔炼成分数据及成品的硬度和实际晶粒度
Figure BDA0003131570420000051
表1中没提到的步骤参数，按上述内容中的范围选择。
表1中由上至下依次为实施例1-19，实施例1-19均实施了去应力退火，满足180～215HBW硬度要求，硬度1和硬度2分别是棒材中两处位置的硬度，实际晶粒度满足5-8级，实施例1的晶粒度金相图片见图2，16MnCrS5材料去应力退火后实际晶粒度7.0级。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于：
(2)加热步骤中，均热段温度为1150℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材的硬度为200HBW，低于该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处在于：
(2)加热步骤中，均热段温度1260℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材硬度为262HBW，高出了该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处在于：
(2)加热步骤中，均热时间25min，致使成品棒材的奥氏体晶粒度粗于5级。
对比例4
对比例4与实施例1的不同之处在于：
(2)加热步骤中，均热时间95min，均热时间长，能耗高，并致使成品棒材的棒脱碳加重。
对比例5
对比例5与实施例1的不同之处在于：
(1)冶炼步骤中，钢坯的冶炼成分S含量＝0.020％，同样硬度组织条件下，致使成品棒材车加工时铁屑不容易断。
对比例6
对比例6与实施例1的不同之处在于：
(1)冶炼步骤中，钢坯的冶炼成分S含量＝0.040％，致使成品棒材中A细非金属夹杂物恶化，超标准要求。
对比例7
对比例7与实施例1的不同之处在于：
(3)轧制步骤中，开轧温度1000℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材的硬度为210HBW，低于该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例8
对比例8与实施例1的不同之处在于：
(3)轧制步骤中，开轧温度1280℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材硬度为265HBW，高出了该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例9
对比例9与实施例1的不同之处在于：
(5)热处理步骤中，退火炉的保温区和等温区的温度波动控制超过±10℃，去应力退火后棒材各部分硬度不稳定，硬度散差会导致棒材局部硬度不符合180-215HBW范围要求。
对比例10
对比例10与实施例1的不同之处在于：
(3)轧制步骤中，终轧温度为960℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材硬度为260HBW，高出了该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例11
对比例10与实施例1的不同之处在于：
(4)冷却步骤中，出保温罩温度为630℃，致使(4)冷却步骤中下线空冷后棒材硬度为257HBW，高出了该步骤后棒材硬度应在的220～250HBW范围。
对比例12
对比例12与实施例1的不同之处在于：
(5)热处理步骤中，退火炉加热升温至650℃，退火后材料硬度为174HBW，低于180-215HBW的范围要求。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请提供的16-27MnCrS5圆钢的硬度为180～215HBW、实际晶粒度为5-8级、无应力，完全满足高端汽车销轴精密车削零件要求。精密车削易加工，零件表面光洁度好、精度能满足要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，制备方法依次包括如下步骤：冶炼、加热、轧制、冷却和热处理，
其中，热处理为去应力退火；
冶炼步骤中，将硫含量控制在0.025~0.035%范围内；
加热步骤中，均热段温度1200℃～1240℃，均热时间30min-90min；
轧制步骤中，开轧温度控制在1030-1150℃，控制终轧温度在880-950℃；
冷却步骤中，出保温罩温度≤580℃；
热处理步骤中，热处理的保温区和等温区的温度波动均控制在±10℃；
热处理步骤中，棒材进入热处理炉加热升温，温度升至630℃±10℃保温→快冷至620℃→620℃±10℃保温→缓冷→出炉。
2.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
冶炼步骤中，将硫含量控制在0.028-0.035%范围内。
3.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
加热步骤中，钢坯在步进式加热炉内加热。
4.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
轧制步骤中，通过连轧机组将钢坯轧制成规定尺寸的成品圆钢。
5.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
冷却步骤中，钢坯经加热轧制后进入冷床，冷床放下保温罩。
6.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
出保温罩后的棒材硬度在220~250HBW范围，实际晶粒度满足5-8级。
7.根据权利要求1所述的16-27MnCrS5圆钢制备方法，其特征在于，
热处理步骤中，热处理炉采用台车炉或者连续炉。
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