CN101948986B - 高品质合结钢棒材及其生产工艺 - Google Patents

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本发明属于冶金领域，是一种高品质合结钢棒材及其生产工艺，按重量百分比包括以下组分：C：0.10％～0.50％，Cr：0.10％～1.50％，Mn：0.50％～1.50％，Ti：0.010％～0.015％，Si：≤0.40％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Al：0.020％～0.050％，N：≤0.020％，Mo：≤0.03％，V：0.05～0.50％，Ni≤0.030％，Cu≤0.090％，B≤0.0018％，O≤0.0014％，Fe和不可避免的杂质：余量。工艺采用结晶器电磁搅拌方式，结晶器电磁搅拌设备电流强度0～550A，频率2～4Hz，凝固末段采用轻压下，压下量3～9mm。本发明可以显著提高铸坯内在质量，减轻铸坯中心疏松及成分偏析。

Description

高品质合结钢棒材及其生产工艺
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种高品质合结钢棒材及其生产工艺。
背景技术
一般生产合金钢棒材时在浇注时极易出现铸坯的中心疏松及成分偏析，严重时中心疏松达到2级以上，甚至于超过标准要求的3级以上，因采用电磁搅拌出现带状偏析，铸坯断面碳含量差别达到熔炼成分的20％。在轧制后的成品上取样检验化学成分表现为横截面上成分差异大且易出现不合格。取样检验淬透性时同一位置不同面差值较大(有较多位置差值大于4HRC)。试验的16CrMnBH各区域C含量见表1，
表1
 区域   急冷层区域   白亮带区域   框型偏析区域   中心疏松区域   中心最后凝固区域
 C含量％   0.154～0.163   0.135～0.146   0.161～0.164   0.169～0.178   0.176～0.192
中心疏松区域与白亮带区域的C含量相差最大达熔炼成分的27％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高品质合结钢棒材及其浇铸工艺，可减小铸坯的中心疏松和成分偏析，进而提高棒材的低倍质量并稳定淬透性。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
高品质合结钢棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.10％～0.50％，Cr：0.10％～1.50％，Mn：0.50％～1.50％，Ti：0.010％～0.015％，Si：≤0.40％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Al：0.020％～0.050％，N：≤0.020％，Mo：≤0.03％，V：0.05～0.50％，Ni≤0.030％，Cu≤0.090％，B≤0.0018％，O≤0.0014％，Fe和不可避免的杂质：余量。
本类钢种主要元素为C、Mn、Cr、B；C是钢材的强化元素，随着碳的增加，钢材的强度、硬度、淬透性提高，而冲击韧性明显下降。Mn对淬透性贡献显著，特别是当Mn的含量超过0.8％时，对淬透性的贡献更为显著，同时Mn还可以显著增加钢材的机械性能。Cr对淬透性的影响，在低碳钢中略低于Mn；在中碳钢时，其效果要好于Mn，同时Cr还可以显著提高钢材的塑韧性。B是提高淬透性方面的一个强有力元素，只需10ppm级别的含量即可显著提高材料的淬透性。
高品质合结钢棒材的生产工艺，包括电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→三机三流合金钢连铸机连铸→缓冷→加热→轧制→锯切→缓冷→剥皮→探伤→检验→入库，三机三流合金钢连铸机连铸工序中，采用结晶器电磁搅拌方式，结晶器电磁搅拌设备电流强度0～550A，频率2～4HZ，凝固末段采用轻压下，压下量3～9mm。
由于三机三流合金钢连铸机连铸工序中采用结晶器电磁搅拌方式电流强度0～550A，频率2～4HZ，凝固末段采用轻压下，压下量3～9mm，可以显著提高铸坯内在质量，减轻铸坯中心疏松及成分偏析。通过电磁搅拌工艺可以迫使钢水以一定速度旋转，从而均匀结晶器内的温度场，改善凝固结构；通过在连铸凝固未期施加压力，使铸坯厚度减少，消除因凝固搭桥而形成的中心封闭区，提高铸坯密度，减少中心疏松，消除中心缩孔、偏析等。
采用本发明的工艺生产的18CrMnBH、42CrMoA等棒材，低倍中心疏松同样都在1.5级以下，一般疏松在1.0级以下，铸坯碳偏析指数控制在1.05以内。淬透性全带检验同一位置不同面硬度差值在4HRC以内。探伤合格率在99％以上。
具体实施方式
实施例一
本实施例的是一种16CrMnBH高品质合结钢棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.157％，Cr：0.98％，Mn：1.17％，Ti：0.012％，Si：0.26％，P：0.01％，S：0.017％，Al：0.030％，N：0.0120％，Mo：0.03％，V：0.12％，Ni：0.03％，Cu：0.090％，B：0.0018％，O：0.0014％，Fe和不可避免的杂质：余量。
本实施例共轧制了φ100mm和φ150mm二个规格二个批次的棒材，工序具体如下：
100t超高功率电弧炉冶炼：通过电极放电产生的高温，熔化废钢，并脱去P、S等杂质。
100tLF精炼：脱氧，按照要求调整C、Mn、Si、Cr等元素含量，通过静搅去除钢水中的夹杂物。
80tVD真空处理：在1Mba以下真空度中脱O、N、H等气体夹杂物。
三机三流合金钢连铸机连铸：采用结晶器电磁搅拌方式，结晶器电磁搅拌设备电流强度300A，频率2HZ，凝固末段采用轻压下，压下量3mm，结晶器电磁搅拌设备生产厂家为ABB(阿西布朗勃法瑞)公司，型号为ORMD-900；
缓冷：将钢坯在500℃以上收集，放入缓冷坑中缓冷至200℃以下出坑，减轻钢坯组织应力，消除钢坯内外缺陷。
加热：将钢坯加热到1100℃以上，进行完全奥氏体化，使钢坯具有良好的塑性，易于轧制加工。
轧制：使用轧机，将钢坯通过一系列不同形状的孔型加工，最终变为要求的尺寸和形状。
锯切：将轧制好的长长的成品钢材锯切成要求的长度，易于运输和用户使用。
缓冷：将钢材在600℃以上收集，放入缓冷坑中缓冷至200℃以下出坑，减轻钢材组织应力，消除钢材内外缺陷，降低钢材硬度。
剥皮：使用砂轮剥皮机，将钢材表面磨去一定的厚度，去除表面轻微缺陷，并为涡流探伤做准备。
探伤：通过超声波和涡流探伤检查钢材内部和表面缺陷，避免问题钢材流到用户手中。
检验：检查钢材的表面、尺寸、标识，抽检钢材的理化性能等。
入库：经检验合格的成品打包、过磅，放入仓库。
经检测，各区域C含量情况见下表：
表2
 区域   急冷层区域   白亮带区域   框型偏析区域   中心疏松区域   中心最后凝固区域
 C含量％   0.168～0.173   0.162～0.170   0.152～0.157   0.164～0.172   0.175～0.190
除了对材料性能影响不大的中心最后凝固区域，其它区域C含量相差最大仅有0.021％，只有熔炼成分的13％，下降了一半。
其淬透性检测结果也很好，见下表：
表3
产品的低倍中心疏松都在1.5级以下，一般疏松在1.0级以下。
实施例二
本实施例的是一种15B36Cr高品质合结钢棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.331％，Cr：0.31％，Mn：1.26％，Ti：0.013％，Si：0.28％，P：0.009％，S：0.004％，Al：0.030％，N：0.0120％，Mo：0.02％，V：0.3％，Ni：0.02％，Cu：0.050％，B：0.001％，O：0.001％，Fe和不可避免的杂质：余量。
本实施例共轧制了φ120mm规格一个批次的棒材，工序具体如下：
100t超高功率电弧炉冶炼：通过电极放电产生的高温，熔化废钢，并脱去P、S等杂质。
100tLF精炼：脱氧，按照要求调整C、Mn、Si、Cr等元素含量，通过静搅去除钢水中的夹杂物。
80tVD真空处理：在1Mba以下真空度中脱O、N、H等气体夹杂物。
三机三流合金钢连铸机连铸：采用结晶器电磁搅拌方式，结晶器电磁搅拌设备电流强度200A，频率4HZ，凝固末段采用轻压下，压下量6mm，结晶器电磁搅拌设备生产厂家为ABB(阿西布朗勃法瑞)公司，型号为ORMD-900；
缓冷：将钢坯在500℃以上收集，放入缓冷坑中缓冷至200℃以下出坑，减轻钢坯组织应力，消除钢坯内外缺陷。
加热：将钢坯加热到1100℃以上，进行完全奥氏体化，使钢坯具有良好的塑性，易于轧制加工。
轧制：使用轧机，将钢坯通过一系列不同形状的孔型加工，最终变为要求的尺寸和形状。
锯切：将轧制好的长长的成品钢材锯切成要求的长度，易于运输和用户使用。
缓冷：将钢材在600℃以上收集，放入缓冷坑中缓冷至200℃以下出坑，减轻钢材组织应力，消除钢材内外缺陷，降低钢材硬度。
剥皮：使用砂轮剥皮机，将钢材表面磨去一定的厚度，去除表面轻微缺陷，并为涡流探伤做准备。
探伤：通过超声波和涡流探伤检查钢材内部和表面缺陷，避免问题钢材流到用户手中。
检验：检查钢材的表面、尺寸、标识，抽检钢材的理化性能等。
入库：经检验合格的成品打包、过磅，放入仓库。
经检测，各区域C含量情况见下表：
表4
 区域   急冷层区域   白亮带区域   框型偏析区域   中心疏松区域   中心最后凝固区域
 C含量％   0.328～0.330   0.322～0.337   0.322～0.334   0.323～0.349   0.299～0.329
除了对材料性能影响不大的中心最后凝固区域，其它区域C含量相差最大仅有0.027％，只有熔炼成分的8％。
其淬透性检测结果也很好，见下表：
表5
  距离(mm)   规格(mm)   J13
  上/下淬透性(HRC)   120   44.0/46.0
产品的低倍中心疏松都在1.5级以下，一般疏松在1.0级以下。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (1)

1.高品质合结钢棒材，所述的高品质合结钢棒材的生产工艺，包括电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→三机三流合金钢连铸机连铸→缓冷→加热→轧制→锯切→缓冷→剥皮→探伤→检验→入库，所述三机三流合金钢连铸机连铸工序中，采用结晶器电磁搅拌方式，结晶器电磁搅拌设备电流强度0～550A，频率2～4HZ，凝固末段采用轻压下，压下量3～9mm；
其特征在于：高品质合结钢棒材按重量百分比包括以下组分：C：0.157％，Cr：0.98％，Mn：1.17％，Ti：0.012％，Si：0.26％，P：0.01％，S：0.017％，Al：0.030％，N：0.0120％，Mo：0.03％，V：0.12％，Ni：0.03％，Cu：0.090％，B：0.0018％，O：0.0014％，Fe和不可避免的杂质：余量。
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