CN117548638B - 用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法及凸轮轴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法及凸轮轴，属于连铸工艺技术领域，对成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸；在凝固阶段，采用压下工艺；凝固后，将热态铸坯进行轧制；所述压下工艺为通过铸坯中心固相率的变化来控制压下量，压下区域的中心固相率为0.09‑1.0之间，总压下量为10mm，中心固相率小于0.4所对应的连铸压下区域内，总压下量不小于1mm且不大于2mm。通过控制压下工艺，同时抑制等轴晶区域的宏观偏析和半宏观点状偏析的形成，大大改善带状缺陷，提高了凸轮轴棒材径向塑性和冲击韧性，使得后续采用楔横轧制备出的凸轮轴满足指标要求。
Description
技术领域
本发明属于连铸工艺技术领域，具体涉及用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法及凸轮轴。
背景技术
凸轮轴作为发动机的关键传动部件，其主要用于控制气门的开关和闭合，对整个发动机系统的性能起着决定性的作用。凸轮轴的生产一般采用楔横轧工艺，该工艺适于轧制变断面回转体，在轧制时心部往往承受复杂的交变剪切应力和拉应力，同时凸轮轴在工作中需要承受弯曲，摩擦，扭转载荷以及挤压应力，要求具有良好的强韧性和耐磨性，这对凸轮轴的均质性提出了极高的要求。然而，当凸轮轴基体中存在较为严重的带状缺陷时，带状组织缺陷和周围基体组织的硬度存在较大差异，引起凸轮轴力学性能各项异性，楔横轧过程中极容易发生局部应力集中，直接恶化凸轮轴的服役性能甚至导致报废。
目前，铸态等轴晶区的点状偏析被认为是轧材带状缺陷的源头。铸坯中点状偏析是由于冷却凝固过程中，等轴晶相互连接生长形成相对封闭的网络空间，对周围区域形成一定的负压，当负压达到一定程度时抽吸富集溶质的浓化钢水，使溶质元素在等轴晶间富集，其在铸坯横断面上呈斑点状，而纵断面上呈V型。作为带状缺陷源头的点状偏析与铸态组织形貌密切相关，基于连铸源头的调控手段，施加轻压下促进凝固末端钢液的流动，加速对流换热，减小等轴晶尺寸，限制点状偏析的形成，有望从根本上改善带状组织缺陷进而提升凸轮轴力学性能。
制备凸轮轴之前需要将方坯轧制成棒材，采用楔横轧将棒材轧制成符合尺寸要求的凸轮轴，因此制备出满足性能指标要求的棒材尤为关键。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法及凸轮轴。通过控制压下工艺，同时抑制等轴晶区域的宏观偏析和半宏观点状偏析的形成，大大改善带状缺陷，提高了棒材径向塑性和冲击韧性，使得后续采用楔横轧制备出的凸轮轴满足指标要求。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，包括：对成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸；在凝固阶段，采用压下工艺；凝固后，将热态铸坯进行轧制；所述压下工艺为通过铸坯中心固相率的变化来控制压下量，压下区域的中心固相率为0.09-1.0之间，总压下量为10mm，中心固相率小于0.4所对应的连铸压下区域内，总压下量不小于1mm且不大于2mm。
进一步的，所述浇铸的工艺参数为：连铸过程恒温恒拉速，中间包过热度为25-35℃，结晶器电磁搅拌电流为280-320A，拉速为0.9-1.1m/min，二冷比水量为0.30-0.40L/kg，凝固末端电磁搅拌电流为220-280A。
进一步的，单次最大压下量的计算公式为：
其中，ε为最大临界应变，取值为0.7％，v为工况拉速，h为铸坯厚度，r为压下辊直径，b为辊间距，a为压下量。
进一步的，所述压下量与中心固相率的关系为：当0.09≤fs≤0.11，压下量为1mm；当0.21≤fs≤0.23，压下量为1mm；当0.46≤fs≤0.50，压下量为2mm；当0.68≤fs≤0.72，压下量为2mm；当0.88≤fs≤0.91，压下量为2mm；当0.98≤fs≤1，压下量为2mm。
进一步的，所述棒材用钢为CF53钢。
进一步的，轧制工艺为：将热态的铸坯进行加热，加热温度为1150-1200℃并进行保温100-120min，开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为850-950℃，轧制成φ65mm的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材。
进一步的，所述连铸机为全弧形连铸机生产，六机六流，浇铸断面为200mm×240mm。
本发明的另一方面提供了一种凸轮轴，采用上述用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法所制备的棒材轧制而成。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
(1)本发明通过上述控制方法，针对凸轮轴用钢并结合后续压下工艺，保障所制备的连铸坯能够抑制宏观和半宏观偏析的出现，采用本发明的压下控制方法所制备的连铸坯宏观偏析指数由1.25降低至1.06，半宏观点状偏析最大尺寸由2143.06μm降低至1109.72μm，主要元素，如C、Cr和Mn溶质最大偏析比由7.47、6.32和4.05降低至3.62、2.81和2.75，所制备的棒材带状组织缺陷最大宽度可由279.17μm降低至200.94μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比由4.43、2.40和2.63持续降低至2.06、2.01和1.78，提高了棒材径向塑性和冲击韧性，使得制备的棒材满足屈服强度(轴向AD和径向RD均≥400Mpa)、抗拉强度(轴向AD和径向RD均≥700-850Mpa)、断后伸长率(轴向AD和径向RD均≥16％)、断面收缩率(轴向AD≥40％，径向RD≥30％)和冲击功(轴向AD和径向RD均≥40J)等技术指标，使得制备的凸轮轴产品的形状稳定性及抗蠕变性能提高。
(2)本发明的压下工艺中，压下辊在中心固相率为0.09-0.4范围内的总压下量为2mm，压下量较小，钢液流动较慢，对流换热较轻，已有晶核缓慢长大，在固相率为0.4-1.0范围内，压下量为8mm，钢液流动加快，对流换热加强，局部冷速陡增，已有晶核迅速凝固，枝晶间无法搭桥从而减轻乃至消除凝固负压抽吸作用下浓化钢液在中心的聚集，进而降低中心偏析，中心缩孔完全消失，最终组织为细小等轴晶，点状偏析尺寸小、数量少，满足后续采用楔横轧所制备产品的质量要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所制备的铸坯取样示意图；
图2为本发明实施例1所制备的铸坯横截面低倍金相图，a为整体金相图，b为局部放大图；
图3为本发明实施例1所制备的铸坯不同位置的偏析指数；
图4为本发明实施例1所制备的铸坯半宏观点状偏析形貌和EPMA扫描结果图；
图5为本发明实施例1所制备的棒材带状缺陷形貌图，a为1/3轧材直径的左侧，b为中部，c为1/3轧材直径的右侧，右侧分别为d和e处的局部放大图；
图6为本发明实施例所制备的棒材的力学性能测试结果，a为屈服强度，b为抗拉强度，c为断后伸长率，d为断后收缩率，e为冲击功；
图7为本发明对比例1所制备的铸坯横截面低倍金相图，a为整体金相图，b为局部放大图；
图8为本发明对比例1所制备的铸坯不同位置的偏析指数；
图9为本发明对比例1所制备的铸坯半宏观点状偏析形貌和EPMA扫描结果图；
图10为本发明对比例1所制备的棒材带状缺陷形貌图，a为1/3轧材直径的左侧，b为中部，c为1/3轧材直径的右侧，右侧分别为d和e处的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，对成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸；在凝固阶段，采用压下工艺；凝固后，将热态铸坯进行轧制；其特征在于，所述压下工艺为通过铸坯中心固相率的变化来控制压下量，压下区域的中心固相率为0.09-1.0之间，总压下量为10mm，中心固相率小于0.4所对应的连铸压下区域内，总压下量不小于1mm且不大于2mm。
本发明通过上述控制方法，针对凸轮轴用钢并结合后续压下工艺，保障所制备的连铸坯能够抑制宏观和半宏观偏析的出现，采用本发明的压下控制方法所制备的连铸坯宏观偏析指数由1.25降低至1.06，半宏观点状偏析最大尺寸由2143.06μm降低至1109.72μm，主要元素，如C、Cr和Mn溶质最大偏析比由7.47、6.32和4.05降低至3.62、2.81和2.75，所制备的凸轮轴带状组织缺陷最大宽度可由279.17μm降低至200.94μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比由4.43、2.40和2.63持续降低至2.06、2.01和1.78，提高了棒材径向塑性和冲击韧性，使得制备的棒材满足屈服强度(轴向AD和径向RD均≥400Mpa)、抗拉强度(轴向AD和径向RD均≥700-850Mpa)、断后伸长率(轴向AD和径向RD均≥16％)、断面收缩率(轴向AD≥40％，径向RD≥30％)和冲击功(轴向AD和径向RD均≥40J)等技术指标。
本发明所提出的技术方案用于制备出满足要求的宏观偏析和半宏观偏析的高碳低合金钢铸坯，而现有技术中两者通常为相互矛盾的技术指标，如现有技术中认为等轴晶凝固界面的平齐性比柱状晶差，更有利于形成大面积点状偏析。目前基于凝固组织调控的连铸工艺(高过热度、弱结晶器电磁搅拌)是降低铸坯点状偏析和轧材带状缺陷的有效控制思路。但是以往研究点状偏析的控制手段往往都是朝着恶化中心偏析的趋势发展。
采用BOF+LF+VD精炼后成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸，连铸过程恒温恒拉速，中间包过热度为25-35℃，结晶器电磁搅拌电流为280-320A，拉速为0.9-1.1m/min，二冷比水量为0.30-0.40L/kg，凝固末端电磁搅拌电流为220-280A。需要指出的是，现有技术，连铸过程中保持钢液低过热度浇注、强结晶器电磁搅拌可以扩大铸坯的等轴晶率，从而减轻由于柱状晶过于发达导致的中心缩孔和中心偏析等问题。然而，针对半宏观偏析的调控，抑制等轴晶的发展对降低铸坯中点状偏析尺寸和溶质浓度比较有效，等轴晶凝固界面的平齐性比柱状晶差，更有利于形成大面积点状偏析；而本发明所提出的连铸过程中的浇铸工艺，通过上述工艺参数与压下控制方法结合最终实现了本发明所提出的技术指标，使得制备出的连铸坯经轧制成的棒材后可采用楔横轧工艺进一步加工，制备出满足指标要求的凸轮轴。
为了保证压下过程中，避免铸坯出现裂纹，钢液流速快，增强对流换热，局部冷速陡增，已有晶核迅速凝固，枝晶间无法搭桥，对单次最大压下量进行了限定，具体的，单次最大压下量的计算公式为：
其中，ε为最大临界应变，取值为0.7％，v为工况拉速，h为铸坯厚度，r为压下辊直径，b为辊间距，a为压下量。
本发明实施例中，v＝0.9-1.1m/min；h＝200mm；r＝350mm；b＝855mm。通过计算，压下量a不大于2mm。
本发明的压下量综合考虑辊的几何尺寸以及针对本发明提出的CF53钢的成分含量等因素，制备出满足相应技术指标的连铸坯。
为了同时抑制宏观和半宏观偏析，所述压下量与中心固相率的关系为：当0.09≤fs≤0.11，压下量为1mm；当0.21≤fs≤0.23，压下量为1mm；当0.46≤fs≤0.50，压下量为2mm；当0.68≤fs≤0.72，压下量为2mm；当0.88≤fs≤0.91，压下量为2mm；当0.98≤fs≤1，压下量为2mm。压下辊在中心固相率为0.09-0.40范围内的总压下量为2mm，压下量较小，钢液流动较慢，对流换热较轻，已有晶核缓慢长大，在固相率为0.4-1范围内，总压下量为8mm，单次压下量为2mm，钢液流动加快，对流换热加强，局部冷速陡增，已有晶核迅速凝固，枝晶间无法搭桥从而减轻乃至消除凝固负压抽吸作用下浓化钢液在中心的聚集，进而降低中心偏析，中心缩孔完全消失，最终组织为细小等轴晶，点状偏析尺寸小、数量少。
所述凸轮轴用钢为CF53钢，具体成分如表1所示。
表1CF53钢化学成分(wt％)
| 编号 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Cu |
| 标准范围 | 0.52-0.57 | 0.60-0.80 | 0.15-0.35 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.35 | ≤0.30 | ≤0.25 |
本发明实施例采用全弧形连铸机生产，六机六流，浇铸断面为200mm×240mm。
所述轧制工艺为：将热态的铸坯进行加热，加热温度为1150-1200℃并进行保温100-120min，开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为850-950℃，轧制成φ65mm的棒材，随后进行冷却，即得所述凸轮轴用棒材。具体的，轧钢工艺为铸坯下线后热送至轧钢厂，预热段温度750-950℃，加热段温度1130-1200℃，均热段温度1150-1200℃，加热保温时间100-120min，开轧温度1050-1100℃，终轧温度850-950℃，轧制规格轧后送至缓冷坑缓冷，冷却速度为0.5℃/s以下。
本发明还提供了一种凸轮轴，采用上述方法所制备的棒材轧制而成。
为了测量连铸坯横截面的偏析指标，针对连铸坯的取样方式如图1所示，内弧侧为全弧形连铸机所生产的铸坯的内测，外弧侧为全弧形连铸机生产的铸坯的外侧，分别在铸坯横截面的内外弧侧和水平侧进行取样检测。
为了探究带状缺陷对棒材横向和纵向力学性能的影响，开展了CF53轧材力学性能实验，沿轧材轴向(axial direction；AD)和径向(radial direction；RD)取样后将试样分别加工成拉伸和冲击试样，拉伸实验机型号：WAW-300D，位移速度：屈服阶段10mm/min，强化和缩颈断裂阶段20mm/min，应变速率为3.3×10-4s-1，断后延伸率由引伸计测得。冲击试验机型号：JB-300B；冲击能量：300J(大锤)；冲击速度5.2m/s，摆锤预扬角：150°。
为了更好的说明本发明的实施方式，下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，所述棒材用钢为CF53，将经BOF+LF+VD精炼合格的钢液进行浇铸，采用6流全弧形连铸机，浇铸断面为200mm×240mm，中间包过热度为30℃，结晶器电磁搅拌电流为300A，拉速为1.00m/min，二冷比水量为0.33L/kg，末端电磁搅拌电流为250A。
在中心固相率fs＝0.10处压下1mm，在中心固相率fs＝0.22处压下1mm，在中心固相率fs＝0.48处压下2mm；在中心固相率fs＝0.70处压下2mm，在中心固相率fs＝0.90处压下2mm，在中心固相率fs＝1.00处压下2mm，对冷却后的铸坯取样分析。
凝固后，将热态的铸坯，加热至1150℃保温120min，开轧温度为1050℃，终轧温度为850℃，轧制成的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材，对所述棒材进行取样分析。
如图2所示，本实施例所制备的铸坯横截面不具有中心缩孔。
如图3所示，可以看到本实施例所制备的铸坯宏观偏析指数为1.06。
如图4所示，所制备的铸坯最大点状偏析尺寸为1109.72μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为3.62、2.81和2.75。
图5显示了轧材试样纵截面不同位置处带状缺陷的宏观分布结果，可以看出轧材试样纵截面的带状缺陷在距表层8mm的区域并不明显，随着距表面距离的增加，其带状缺陷数量和宽度逐渐增加，在轧材心部的带状缺陷密集分布且颜色较暗，试样两条带状缺陷最大宽度分别仅为200.94μm和146.68μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析为2.06、2.01和1.78。
对本发明所制备的棒材的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率和冲击功进行检测，检测结果如图6中的a-e所示。
实施例2
本实施例提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，所述棒材用钢为CF53，将经BOF+LF+VD精炼合格的钢液进行浇铸，采用6流全弧形连铸机，浇铸断面为200mm×240mm，中间包过热度为25℃，结晶器电磁搅拌电流为280A，拉速为0.9m/min，二冷比水量为0.3L/kg，末端电磁搅拌电流为220A。
在中心固相率fs＝0.09处压下1mm，在中心固相率fs＝0.21处压下1mm，在中心固相率fs＝0.46处压下2mm；在中心固相率fs＝0.68处压下2mm，在中心固相率fs＝0.88处压下2mm，在中心固相率fs＝0.98处压下2mm，冷却后取样分析。
凝固后，将热态的铸坯，加热至1180℃保温100min，开轧温度为1080℃，终轧温度为900℃，轧制成的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材，对所述棒材进行取样分析。
本实施例所制备的铸坯横截面不具有中心缩孔，铸坯宏观偏析指数为1.09，铸坯最大点状偏析尺寸为1309.66μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为3.70、2.92和2.83。
试样两条带状缺陷最大宽度分别仅为210.9435μm和156.93μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析为2.16、2.08和1.96。
本实施例所制备的棒材AD和RD方向断面收缩率分别为42％和33％，AD和RD方向冲击功分别为47J和41J。
实施例3
本实施例提供了本实施例提供了用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，所述棒材用钢为CF53，将经BOF+LF+VD精炼合格的钢液进行浇铸，采用6流全弧形连铸机，浇铸断面为200mm×240mm，中间包过热度为35℃，结晶器电磁搅拌电流为320A，拉速为1.10m/min，二冷比水量为0.4L/kg，末端电磁搅拌电流为280A。
在中心固相率fs＝0.11处压下1mm，在中心固相率fs＝0.23处压下1mm，在中心固相率fs＝0.50处压下2mm；在中心固相率fs＝0.72处压下2mm，在中心固相率fs＝0.91处压下2mm，在中心固相率fs＝1.00处压下2mm，冷却后取样分析。
凝固后，将热态的铸坯，加热至1150℃保温120min，开轧温度为1050℃，终轧温度为850℃，轧制成的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材，对所述棒材进行取样分析。
本实施例所制备的铸坯横截面不具有中心缩孔，铸坯宏观偏析指数为1.0911，铸坯最大点状偏析尺寸为1309.66μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为3.70、2.92和2.83。
试样两条带状缺陷最大宽度分别仅为223.33μm和163.54μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析为2.25、2.13和2.02。
本实施例所制备的棒材AD和RD方向断面收缩率分别为42％和32％，AD和RD方向冲击功分别为46J和42J。
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中不采用压下控制，即在中心固相率为0-1区间内，不采用压下操作。
如图7所示，本对比例所制备的铸坯横截面具有中心缩孔，尺寸可达5mm。
如图8所示，铸坯宏观偏析指数为1.25，与实施例1相比，铸坯宏观偏析指数明显过高。
如图9所示，铸坯最大半宏观点状偏析尺寸为2143.06μm；C、Cr和Mn溶质最大偏析比为7.47、6.32和4.05，与实施例相比，半宏观偏析即溶质最大偏析比增大了将近一倍。
图10显示了轧材试样纵截面不同位置处带状缺陷的宏观分布结果，可以看出轧材试样纵截面的带状缺陷在距表层8mm的区域并不明显，随着距表面距离的增加，其带状缺陷数量和宽度逐渐增加，在轧材心部的带状缺陷密集分布且颜色较暗，试样两条带状缺陷最大宽度分别为279.17μm和202.70μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为4.43、2.40和2.63，远远超过本发明实施例所制备的棒材试样。
对本对比例所制备的棒材的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率和冲击功进行检测，检测结果如图6中的a-e所示。
对比例2
与实施例1不同的是，压下工艺为：在中心固相率fs＝0.10处压下2mm，在中心固相率fs＝0.22处压下2mm，在中心固相率fs＝0.48处压下2mm；在中心固相率fs＝0.70处压下2mm，在中心固相率fs＝0.90处压下2mm，在中心固相率fs＝1.00处压下2mm。
本对比例所制备的铸坯横截面不具有中心缩孔，铸坯宏观偏析指数为1.15，铸坯最大点状偏析尺寸为1810.53μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为5.23、4.82和3.45。
试样两条带状缺陷最大宽度分别仅为253.22μm和183.47μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析为3.54、2.28和2.44。
本对比例所制备的棒材AD和RD方向断面收缩率分别为43％和28％，AD和RD方向冲击功分别为50J和34J。
对比例3
与实施例1不同的是，压下工艺为：在中心固相率fs＝0.10处压下1mm，在中心固相率fs＝0.22处压下1mm，在中心固相率fs＝0.48处压下1mm；在中心固相率fs＝0.70处压下1mm，在中心固相率fs＝0.90处压下1mm，在中心固相率fs＝1.00处压下1mm。
本对比例所制备的铸坯横截面不具有中心缩孔，铸坯宏观偏析指数为1.19，铸坯最大点状偏析尺寸为1952.44μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比为5.78、4.99和3.64。
试样两条带状缺陷最大宽度分别仅为266.54μm和190.87μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析为3.66、2.33和2.56。
本对比例所制备的棒材AD和RD方向断面收缩率分别为43％和27％，AD和RD方向冲击功分别为49J和33J。
通过图6中的a-e可以看出，对比同一试样轴向和径向力学性能结果可知，带状缺陷对轧材径向下屈服强度、抗拉强度和断后伸长率影响不大，但对轧材径向塑性和冲击韧性产生严重的负面影响，由于钢材力学性能的各向异性，在楔横轧工艺以及工作过程中容易造成应力集中，从而导致不同损伤的萌生和扩展，缩短材料的使用寿命。此外，对比例1所制备的试样带状缺陷严重，径向塑性和冲击韧性均较低，实施轻压下后，实施例1所制备的试样带状缺陷持续改善，径向塑性和冲击韧性也持续提高，说明带状缺陷与轧材径向塑性和冲击韧性息息相关。
通过实施例1-3可以看出，通过本发明所提供的技术方案所制备的铸坯宏观偏析指数不超过1.1，铸坯最大点状偏析尺寸小于1400μm，C、Cr和Mn溶质最大偏析比小于4、3和3，满足采用楔横轧所制备凸轮轴产品的质量要求。由实施例1和对比例1对比可知，仅对连铸工艺参数进行改进，而不采用压下工艺，是无法满足后续采用楔横轧所制备产品的质量要求，原因在于宏观偏析高，最大点状偏析尺寸大，溶质最大偏析比高，导致后续在楔横轧过程中由于性能的均一性差，所制备的凸轮轴无法满足使用要求。
通过实施例1、对比例2和3对比，可以看出，虽然2mm的压下量不会使得铸坯产生裂纹，但前期压下过多(对比例2)，即中心固相率小于0.4所对应的连铸压下区域压下量过多，使得钢液流动加快，对流换热增强，局部冷速陡增，已有晶核迅速凝固，使得铸坯最大点状偏析尺寸大，元素的偏析比增加，不满足后续加工需求；而后期压下过少(对比例3)，即中心固相率大于0.4所对应的连铸压下区域，钢液流动较慢，对流换热较轻，已有晶核缓慢长大，导致中心偏析严重，使得铸坯最大点状偏析尺寸大，元素的偏析比增加，所制备的棒材试样径向塑性和冲击韧性较低，难以满足通过楔横轧制备出满足性能指标要求的凸轮轴。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)
1.用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，所述棒材用于制备凸轮轴，所述方法包括：
对成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸；
在凝固阶段，采用压下工艺；
凝固后，将热态铸坯进行轧制；
其特征在于，所述压下工艺为通过铸坯中心固相率的变化来控制压下量，压下区域的中心固相率为0.09-1.0之间，总压下量为10mm，中心固相率小于0.4所对应的连铸压下区域内，总压下量不小于1mm且不大于2mm；
单次最大压下量的计算公式为：
；
其中，ε为最大临界应变，取值为0.7%，v为工况拉速，h为铸坯厚度，r为压下辊直径，b为辊间距，a为压下量；
所述压下量与中心固相率的关系为：
当，压下量为1mm；当/>，压下量为1mm；当/>，压下量为2mm；当/>，压下量为2mm；当/>，压下量为2mm；当，压下量为2mm。
2.根据权利要求1所述的用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，其特征在于，所述浇铸的工艺参数为：连铸过程恒温恒拉速，中间包过热度为25-35℃，结晶器电磁搅拌电流为280-320A，拉速为0.9-1.1m/min，二冷比水量为0.30-0.40L/kg，凝固末端电磁搅拌电流为220-280A。
3.根据权利要求1所述的用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，其特征在于，所述棒材所用钢为CF53钢。
4.根据权利要求3所述的用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，其特征在于，轧制工艺为：将热态的铸坯进行加热，加热温度为1150-1200℃并进行保温100-120min，开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为850-950℃，轧制成65mm的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材。
5.根据权利要求1所述的用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法，其特征在于，所述连铸机为全弧形连铸机生产，六机六流，浇铸断面为200mm×240mm。
6.一种凸轮轴，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法所制备的棒材轧制而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311517738.0A CN117548638B (zh) | 2023-11-15 | 用于改善棒材带状缺陷和力学性能的方法及凸轮轴 |
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| CN117548638A CN117548638A (zh) | 2024-02-13 |
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Citations (1)
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| CN117226059A (zh) * | 2023-11-15 | 2023-12-15 | 北京科技大学 | 改善高碳低合金钢宏观和半宏观偏析的压下控制方法 |
Patent Citations (1)
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