CN114015847A - 采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于45钢轴类件生产技术领域，涉及采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法。步骤为：将钢坯加热均匀化，经除鳞后轧制成中间矩形坯，然后进入连轧机液压剪前进行待温，待温至850～920℃，时间为5～6分钟；待温后经切头尾后进入连轧机经5～7道次轧制成直径Φ140～160mm圆钢棒材；出轧机后立即进入穿水管穿水冷却，采用强冷‑弱冷交替，测温点返红温度为520‑640℃；最后经缓冷、精整、矫直工序、检测后入库。本发明通过控制铁素体‑珠光体钢轧后冷却速度，可细化铁素体晶粒，增加珠光体占比和缩小片间距，通过低温轧制和控冷两大工艺技术，最终实现控轧控冷满足45钢优异综合的组织和的力学性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于45钢轴类件生产技术领域，涉及一种直接切削用45钢的生产方法，具体涉及采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢代替正火45钢轴类件的方法。
背景技术
45钢是一种广泛应用于机械制造的优质碳素结构钢，综合性能良好、加工性好、同时价格低廉，应用于交通运输、机械制造、国防工业等行业，在工程领域常常用于制造一些结构件和工具，由于国内冶炼水平提高以及国内各大钢材相继开发出低成本45钢使得利润逐渐下降，在原有45钢化学成分基础上加微合金元素通过控轧工艺达到45钢调质性能要求，该方法成本较高且范围较窄只能适用性小规格的应用上，同时市场上也迫切开发一种新一代能够取代常规45钢正火的一种“非调钢”通过控轧控冷来达到最终轴类件的性能要求。
由于国标GB/T 699-2015中45钢化学元素只加C和Mn元素控制成本以及优异加工性能达到最终的力学性能，通常大规格圆钢通过正火来改善钢材内部组织细化晶粒以达到性能要求。由于未加入淬透性元素中、大规格45钢淬不透，外圆皮下区域组织与内圆心部区域组织差异性大，造成最终性能波动差异大。对于大规格目前大多数采用正火处理通过细化晶粒组织来获得性能要求。
大规格正火态45钢存在生产周期长、能源消耗高，制造成本高、成产周期长等弊端。目前工程机械领域往往涉及大量大尺寸规格零件制造；钢材随着轧制圆钢使用规格逐渐增大，造成圆钢截面边部与心部的强韧性性能波动大、组织晶粒度大小不均匀易出现混晶现象，也成为我国钢铁行业亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢代替正火45钢轴类件的方法，满足圆棒具有良好的力学性能和加工性能的要求。
为了实现以上目的，具体步骤如下：
一种直接切削用大规格45钢，由下列重量百分比的成分组成：
C：0.42～0.50％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.50～0.80％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr≤0.25％、Ni≤0.030％、Cu≤0.25％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明还提供采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，包括以下步骤：
主要包括：电炉冶炼、钢包脱氧合金化、LF钢包精炼、VD钢包真空精炼、连铸、控轧控冷。
其中关键性技术轧制步骤如下：
(1)钢坯加热：钢坯经过预热段升温至900～1100℃加热保温2～3h，使钢坯充分加热、最后在高温段按照1180～1260℃加热3～4h使坯料加热均匀化，得到加热后的钢坯；在此温度区间合金元素充分固溶、组织完全奥实体化，提高钢坯可塑性，降低轧制难度。
(2)除磷：经步骤(1)加热后的钢坯进入轧制辊道进行除磷；具体是将钢坯采用高压水除鳞机去除钢坯表面的氧化铁皮，防止成品圆钢表面产生凹坑、麻点等缺陷；
(3)开坯：经步骤(2)除鳞后的钢坯采用往复式轧机(二辊可逆式轧机)经过6-10道次轧制成中间矩形坯，开坯轧制温度1120～980℃，前4道单道次变形量≥17％，通过开坯机前4道变形量使铸态组织充分变形；
(4)待温及切头尾：经步骤(3)轧制的中间矩形坯出开坯机进入连轧机液压剪前进行待温，使组织变形的奥氏体晶粒充分再结晶以及防止混晶、粗晶现象。中间矩形坯待温至850～920℃结束后进入液压剪切除头尾，以确保中间矩形坯端部质量完好连轧机顺利咬入，待温过程时间为5～6分钟。
(5)连轧：经步骤(4)处理后的中间矩形坯切头尾后进入连轧机经5～7道次轧制成圆钢棒材，圆钢棒材终轧温度780～880℃，连轧机精轧；得到棒材直径Φ140～160mm；
(6)穿水：步骤(5)得到的圆钢棒材出轧机后立即进入穿水管穿水，经多段穿水冷却，采用强冷-弱冷交替，通过控制穿水冷却装置的阀门开度调节水流量进而控制圆钢冷却的强弱，圆钢穿水结束后表面温度冷却至330-400℃，测温点返红温度为520-640℃；
(7)缓冷：冷床散开冷却，入坑缓冷，出坑温度≤200℃。
优选的，步骤(2)中所述除磷压力为18～24MPa。
优选的，步骤(3)中所述具体经过7道次轧制成中间矩形坯。
优选的，步骤(4)中所述待温的温度为845-880℃。
优选的，步骤(5)中所述具体经过5道次轧制成圆钢棒材。
优选的，步骤(6)中所述多段穿水冷却具体为4-5段；从第一段穿水管至出末段穿水管的时间为1.2～1.4分钟。
优选的，步骤(6)中所述测温点返红温度为560-580℃。
本发明的优点和技术效果是：
本专利通过控制铁素体-珠光体钢轧后冷却速度，特别是在连轧800℃左右至冷却至500℃左右，控制冷却速度可细化铁素体晶粒，增加珠光体占比和缩小片间距，通过低温轧制和控冷两大工艺技术，通过控轧空冷条件实现替代正火45钢，组织性能要求符合客户需求。
本发明通过二段式轧制(开坯+精轧)以及二段式冷却(待温空冷+穿水水冷)方式，半连轧轧线的优势采用开坯大压下量、在线待温、低温连轧、穿水冷却，最终实现控轧控冷满足45钢优异综合的组织和的力学性能的要求，可代替正火45钢轴类件。
附图说明
图1为最终产品圆钢1/3半径位置金相组织。
图2为最终产品圆钢1/2半径位置金相组织。
图3为最终产品圆钢心部位置金相组织。
图4为最终产品圆钢力学性能、硬度、组织检测示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
本实施例涉及的圆钢直径140mm，其化学成分按质量百分比计为：
C：0.44％、Si：0.25％、Mn：0.66％、P：0.008％、S：0.001％、Cr：0.06％、Ni：0.0016％、Cu：0.02％、V:0.002％％、Nb:0.003％、Ti:0.002％、Al:0.024％；余量为Fe及不可避免杂质。
(1)上述圆钢依次经过：(铁水约82％+废钢→电炉→LF精炼→VD真空精炼→连铸→缓冷)
电炉工序、LF精炼工序、VD真空工序生产出钢水，在经过连铸生产得到钢坯；将钢坯进入步进梁式加热炉，先在1100℃加热保温2h，使钢坯充分加热、最后在高温段按照1220℃加热3h使坯料加热均匀化，得到加热后的钢坯；在此温度区间合金元素充分固溶、组织完全奥实体化，提高钢坯可塑性，降低轧制难度。
(2)除磷：经步骤(1)加热后的钢坯进入轧制辊道，将钢坯采用高压水除鳞机去除钢坯表面的氧化铁皮，除磷压力为20MPa，防止成品圆钢表面产生凹坑、麻点等缺陷；
(3)经过高压水除鳞后去除钢坯氧化铁皮，直接进入往返式轧机，经过7道轧制成中间矩形坯200*220mm，前4道单道次变形量≥17％，开坯轧制温度控制在1100℃。
(4)中间坯出开坯机在连轧机前辊道待温空冷，在辊道上待温至880℃，进行中间坯切头和切尾，此过程在5.5分钟内完成。第一支中间坯切头尾时，第二支坯料出炉进行步骤1开坯。
(5)经步骤(4)处理后的中间矩形坯切头尾后进入连轧机组，经过5道次轧制成140mm圆钢，终轧温度约在810℃。
(6)圆钢轧制后立即进入水冷系统(穿管)穿水冷却，采用4段穿水管穿水，控制第一段阀门开度20％，控制第二段阀门开度40％，控制第三段阀门开度20％，控制第四段阀门开度30％，圆钢穿水结束后表面温度冷却至约331℃，从进第一段穿水管至出第4段穿水管时间为1.2分钟。
(7)圆钢进入横移编组系统移至锯切辊道进行锯切，此时圆钢表面返红温度至557℃，锯切后上冷床，随后下线进坑缓冷、精整、矫直工序、检测后入库。
实施例2：
本实施例涉及的圆钢直径为160mm，其化学成分按质量百分比计为：
C：0.43％、Si：0.25％、Mn：0.64％、P：0.005％、S：0.001％、Cr：0.05％、Ni：0.002％、Cu：0.03％、V:0.002％％、Nb:0.003％、Ti:0.002％、Al:0.015％；余量为Fe及不可避免杂质。
(1)上述圆钢依次经过：(铁水约82％+废钢→电炉→LF精炼→VD真空精炼→连铸→缓冷)电炉工序、LF精炼工序、VD真空工序生产出钢水，在经过连铸生产铸坯；将连铸圆坯进入步进梁式加热炉，先在1000℃加热保温3h，使钢坯充分加热、最后在高温段按照1240℃加热3h使坯料加热均匀化，得到加热后的钢坯；在此温度区间合金元素充分固溶、组织完全奥实体化，提高钢坯可塑性，降低轧制难度。
(2)除磷：经步骤(1)加热后的钢坯进入轧制辊道，将钢坯采用高压水除鳞机去除钢坯表面的氧化铁皮，除磷压力为20MPa，防止成品圆钢表面产生凹坑、麻点等缺陷；
(3)钢坯在辊道上经过高压水除鳞后去除钢坯氧化铁皮，直接进入往返式轧机，经过7道轧制成坯型200*220mm，前4道变形量≥17％，开坯轧制温度控制在1080℃。
(4)中间坯出开坯机在连轧机前辊道待温空冷，在辊道上待温至845℃，进行中间坯切头和切尾，此过程在6分钟内完成。第一支中间坯切头尾时，第二支坯料出炉进行步骤1开坯。
(5)经步骤(4)处理后的中间矩形坯切头尾后进入连轧机组，经过5道次轧制成160mm圆钢，终轧温度约在790℃。
(6)圆钢轧制后立即进入水冷系统(穿管)穿水冷却，采用五段穿水管穿水，控制第一段阀门开度20％，控制第二段阀门开度30％，控制第三段阀门开度20％，控制第四段阀门开度40％，控制第五段阀门开度20％，圆钢穿水结束后表面温度冷却至约331℃，从进第一段穿水管至出第五段穿水管时间为1.4分钟。
(7)圆钢进入横移编组系统移至锯切辊道进行锯切，此时圆钢表面反红温度至560℃，锯切后上冷床，随后下线进坑缓冷、精整、矫直工序、检测后入库。
本实施例1～2主要是一种直接切削用45钢代替普通正火45钢的生产方法，所述棒材经过5段穿水冷却。采用强冷-弱冷-强冷复合冷却，连轧之后棒材温度较高，使用强冷方式使棒材迅速降温，由于热量由高向低传递作用，使圆钢心部热量逐渐向表面传递，为了使圆钢心部热量尽可能多的传递到表面同时避免圆钢温度梯度大造成热应力，强冷后采取弱冷，使得冷却过程中预留较多的时间给心部进行热量传递，弱冷之后表面温度提高，再次用过采取强冷带走圆钢表面温度。如此强冷-弱冷-强冷交替反复，最终使心部温度和表面温度趋于一致，从而确保圆钢组织和力学性能均匀。
上述实施例1的非调质钢，金相组织为铁素体和珠光体(图1～图3所示)，按照GB/T6394标准实际晶粒度(100倍图2)评级为7.5级，晶粒度均匀细小，心部到边缘力学性能均匀波动范围小，满足一般的机械加工要求，由心部到边缘的硬度差≤35HBW，可以有效的避免硬度变化大时对刀具加工产生不利的影响。
上述实施例1～例2的机械性能数据见下表1和下表2，圆钢不同位置金相组织见图1～图3。
表1实施例1～2的力学性能数据
表2实施例1～2的硬度数据
关于表1和2中的“正火45钢”用作对比，其制造工序为：铁水约82％+废钢→电炉→LF精炼→VD真空精炼→连铸→缓冷→加热→正常轧制(终轧温度约950℃)Φ160mm→精整→成品，取成品圆钢试样进行整体正火热处理(热处理制度：试样整体正火热处理：按≤80℃/h升温至880±10℃保温3～4h，空冷)，正火热处理后检测性能。
45钢通过控轧控冷工艺获得均匀细小珠光体组织，对比正常轧制45钢(终轧温度高，晶粒回复再结晶明显，内部组织粗大)后经过正火处理，进行性能对比，控轧控冷工艺45钢抗拉强度有明显提升，提升值范围为32～105MPa，屈服强度也略微有提升，效果显著；延伸率和面缩率有所下降，但在合理范围之内，不影响整体性能；同时，冲击值有大幅提升0～20J。控轧控冷45钢硬度偏差范围19～33HBW硬度相对比较均匀能满足用户加工要求。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钢坯加热：钢坯先经过预热段升温至900～1100℃加热保温2～3h，然后在高温段按照1180～1260℃加热3～4h使坯料加热均匀化，得到加热后的钢坯；
(2)除磷：经步骤(1)加热后的钢坯进入轧制辊道进行除磷；
(3)开坯：经步骤(2)除鳞后的钢坯采用往复式轧机经过6-10道次轧制成中间矩形坯，开坯轧制温度1120～980℃，前4道单道次变形量≥17％；
(4)待温及切头尾：经步骤(3)轧制的中间矩形坯出开坯机进入连轧机液压剪前进行待温，待温至850～920℃结束后进入液压剪切除头尾，待温过程时间为5～6分钟；
(5)连轧：经步骤(4)处理后的中间矩形坯切头尾后进入连轧机经5～7道次轧制成圆钢棒材，圆钢棒材终轧温度780～880℃，连轧机精轧，得到棒材直径为140～160mm；
(6)穿水：步骤(5)得到的圆钢棒材出轧机后立即进入穿水管穿水，经多段穿水冷却，采用强冷-弱冷交替，通过控制穿水冷却装置的阀门开度调节水流量进而控制圆钢冷却的强弱，圆钢穿水结束后表面温度冷却至330-400℃，测温点返红温度为520-640℃；
(7)缓冷：冷床散开冷却，入坑缓冷，出坑温度≤200℃；
所述直接切削用45钢，由下列重量百分比的成分组成：
C：0.42～0.50％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.50～0.80％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr≤0.25％、Ni≤0.030％、Cu≤0.25％；余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(2)中所述除磷压力为18～24MPa。
3.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述具体经过7道次轧制成中间矩形坯。
4.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(4)中所述待温的温度为845-880℃。
5.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(5)中所述具体经过5道次轧制成圆钢棒材。
6.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(6)中所述多段穿水冷却具体为4-5段；从第一段穿水管至出末段穿水管的时间为1.2～1.4分钟。
7.根据权利要求1所述的采用控轧控冷工艺生产一种直接切削用45钢的方法，其特征在于，步骤(6)中所述测温点返红温度为560-580℃。
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