CN107419174B - 经济型高碳钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经济型高碳钢及其制造方法，该钢包括以下化学组分及其重量百分比：C：0.60～1.00％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.10～1.20％，Alt≤0.040％，P≤0.020％，S≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质元素。该方法中，轧制分为三个阶段：第一阶段为1～2道次轧制，单道次压下率为45～60％；第二阶段为单道次轧制，压下率为35～55％；第三阶段为3～5道次轧制，第一道次压下率为40～65％，其余道次压下率为10～35％；保温步骤，保温时间为10～30min，保温温度为630～700℃。该钢产品组织为均匀的粒状珠光体组织，塑韧性和成形性能优良，且大幅缩短了制造周期，降低了制造成本，提高了产品成材率。

Description

经济型高碳钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金技术，具体地指一种经济型高碳钢及其制造方法。
背景技术
高碳钢经球化退火后具有良好的塑性和成形性能，经淬火后具有高强度、高硬度、高耐磨性和良好的疲劳寿命，因此，高碳钢多用于制造弹簧、阀片、安全带扣、链条等形状复杂的小型精密零部件，广泛应用于机械、汽车、高新技术等关键产业。
为满足精密零部件对原材料薄规格、高塑性、高成形性能的要求，高碳钢制造工序往往冗长而复杂，包括热轧、酸洗、冷轧、退火等多道工序，制造周期较长、能源消耗高、制造成本高。近几年来，很多企业尝试在薄板坯连铸连轧产线生产高碳钢，一方面该产线具有偏析轻、脱碳浅、板形好等优点，另一方面产品规格薄，厚度上可替代部分冷轧产品，但由于采用常规轧制方法生产的热轧产品组织为片层状珠光体，经过长时间退火也难以获得均匀的粒状珠光体组织，导致产品在后续成形过程中容易出现裂纹、损伤磨具等质量问题。
近几年来，国内对中高碳钢的免球化退火开展了很多工作，以缩短工艺流程。中国专利申请CN 101029351A公开了一种中碳钢形变诱导铁素体超量析出生产方法，其针对中碳钢(成分为C：0.32～0.38；Si： 0.10～0.30；Mn：0.40～0.80；P≤0.025；S≤0.015；Als≥0.015)，采用四机架低温控制连轧工艺，在680～850℃温度下压下50～80％，变形速率为10～30/s，随后以0.2～15℃/s的冷却速度冷却至660～700℃区间快速相变，相变后铁素体含量达60～65％，珠光体发生退化，该方法主要通过形变诱导铁素体析出使塑性提高，但珠光体中碳化物仍有部分呈片状。另外，中国专利申请CN201210179243.7公开了一种免球化退火优质高强冷镦钢的制造方法，其针对化学成分为C：0.25～0.40％，Mn： 0.45～0.85％，Si：0.05～0.35％，Cr：0.70～1.45％，Mo：0.03～0.45％， Alt：0.015～0.030％的钢种，在650～800℃后入罩缓冷，罩内冷速为 0.2～0.7℃/s，该方法采用余热退火，降低了退火加热的消耗，但冷却时间过长，生产效率较低，设备周转率也较低。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种经济型高碳钢及其制造方法，该钢产品组织为均匀的粒状珠光体组织，塑韧性和成形性能优良，且大幅缩短了制造周期，降低了制造成本，提高了产品成材率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种经济型高碳钢，该钢包括以下化学组分及其重量百分比：C：0.60～1.00％，Si： 0.15～0.35％，Mn：0.10～1.20％，Alt≤0.040％，P≤0.020％，S≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
进一步地，该钢包括以下化学组分及其重量百分比：C：0.68～1.00％， Si：0.17～0.30％，Mn：0.37～1.20％，Cr：0.10～1.10％，Alt：0.019～0.04％， P：0.011～0.02％，S：0.001～0.01％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
更进一步地，该钢包括以下化学组分及其重量百分比：C： 0.75～0.85％，Si：0.17～0.20％，Mn：0.40～0.70％，Cr：0.20～1.10％，Alt： 0.019～0.025％，P：0.015～0.017％，S：0.003～0.005％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
一种上述经济型高碳钢的制造方法，依次包括冶炼，连铸，加热，轧制，保温步骤；所述轧制分为三个阶段：第一阶段为1～2道次轧制，单道次压下率为45～60％；第二阶段为单道次轧制，压下率为35～55％；第三阶段为3～5道次轧制，第一道次压下率为40～65％，其余道次压下率为10～35％；所述保温步骤，保温时间为10～30min，保温温度为 630～700℃。
进一步地，所述轧制步骤，第一阶段轧制温度为970～1080℃、第二阶段轧制温度为850～950℃、第三阶段轧制温度为630～730℃。
进一步地，所述连铸步骤，铸坯厚度为55～110mm。
进一步地，所述轧制步骤，轧制速度为0.5～15m/s，第二阶段至第三阶段冷却速度≥20℃/s。
进一步地，所述加热步骤，加热温度为1150～1250℃。
进一步地，所述轧制步骤，第一阶段轧制的单道次压下率为 53～60％；第三阶段轧制为3道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为25～35％或第三阶段轧制为4道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为20～30％，或第三阶段轧制为5道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为15～25％。
更进一步地，所述轧制步骤，第一阶段轧制温度为1000～1050℃、第二阶段轧制温度为850～900℃、第三阶段轧制温度为630～700℃；所述保温步骤，保温温度为700～730℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
其一，本发明通过第一阶段大压下量促进奥氏体完全再结晶，获得晶粒细小的奥氏体晶粒；通过第二阶段压下使奥氏体发生变形，奥氏体晶内产生位错、空位等缺陷，为珠光体的生成提供更多形核位置；通过第三阶段低温大压下量使奥氏体在变形过程中直接转变为粒状珠光体；通过轧后的短时保温，促进铁素体晶粒和碳化物颗粒聚集长大，使组织性能更加均匀。
其二，本发明采用薄板坯作为铸坯原料，成品厚度最薄可达1.0mm，采用本发明制造方法无需进行退火就可获得均匀的粒状珠光体组织，产品具备良好的塑性和成形性能，可实现高碳钢“以热代冷”，塑韧性和成形性能优良，且大幅缩短制造周期，降低了制造成本，提高了产品成材率。
其三，本发明采用短时保温取代了常规生产过程中的长时间罩式退火或罩式保温(长达几十个小时)，能有效减轻脱碳现象，提高产品的表面硬度和疲劳寿命。
附图说明
图1为采用常规轧制方法生产的高碳钢热轧产品的组织。
图2为采用常规轧制方法生产的高碳钢热轧产品经长时间退火之后的组织。
图3为实施例1制造的高碳钢热轧产品的组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
一种经济型高碳钢65Mn，化学成分为C：0.70wt.％、Si:0.27wt.％、 Mn:1.20wt.％、P：0.012wt.％、S：0.001wt.％，Alt：0.021％其余为Fe 和不可避免的杂质。
制备过程如下：铸坯厚度为55mm，加热温度为1150℃，铸坯轧制分为7道次，其中第一阶段为1道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为5道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表1所示。
表1
制得的产品厚度为1.0mm，经过700℃保温30min后，产品硬度为161HV，屈服强度为415MPa，抗拉强度为578MPa，延伸率为37％；如图3所示，该钢产品组织为均匀的粒状珠光体组织，使得产品塑韧性和成形性能优良；而图1为采用常规轧制方法生产的高碳钢热轧产品的组织，图2则为采用常规轧制方法生产的高碳钢热轧产品经长时间退火之后的组织，图1和图2所示的金相组织明显不如本发明的均匀、细密。
实施例2
一种经济型高碳钢S75C，化学成分为C：0.75wt.％、Si:0.20wt.％、 Mn:0.70wt.％、P：0.015wt.％、S：0.003wt.％，Alt：0.025％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
制备过程如下：铸坯厚度为75mm，加热温度为1200℃，铸坯轧制分为6道次，其中第一阶段为1道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为4道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表2所示。
表2
制得的产品厚度为2.8mm，经过630℃保温20min后，产品硬度为191HV，屈服强度为571MPa，抗拉强度为713MPa，延伸率为28％。
实施例3
一种经济型高碳钢SK85，化学成分为C：0.85wt.％、Si:0.17wt.％、 Mn:0.40wt.％、Cr:0.20wt.％、P:0.017wt.％、S：0.005wt.％，Alt：0.019％，其余为Fe和不可避免的杂质。
制造过程如下：铸坯厚度为110mm，加热温度为1250℃，铸坯轧制分为6道次，其中第一阶段为2道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为3道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表3所示。
表3
制得的产品厚度为2.6mm，经过670℃保温15min后，产品硬度为184HV，屈服强度为564MPa，抗拉强度为697MPa，延伸率为31％。
实施例4
一种经济型高碳钢SK95，化学成分为C:1.00wt.％、Si:0.30wt.％、 Mn:0.50wt.％、Cr:0.17wt.％、P:0.020wt.％、S：0.010wt.％，Alt：0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
制备过程如下：铸坯厚度为70mm，加热温度为1190℃，铸坯轧制分为5道次，其中第一阶段为1道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为3道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表4所示。
表4
制得的产品厚度为2.56mm，经过690℃保温24min后，产品硬度为175HV，屈服强度为547MPa，抗拉强度为673MPa，延伸率为34％。
实施例5
一种经济型高碳钢65Mn，化学成分为C：0.68wt.％、 Si:0.25wt.％、Mn:1.00wt.％、P：0.011wt.％、S：0.004wt.％，Alt：0.035％其余为Fe和不可避免的杂质。
制造过程如下：铸坯厚度为65mm，加热温度为1210℃，铸坯轧制分为7道次，其中第一阶段为2道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为4道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表5所示。
表5
制造过程如下：产品厚度为2.44mm，经过670℃保温25min后，产品硬度为174HV，屈服强度为482MPa，抗拉强度为614MPa，延伸率为33％。
实施例6
一种经济型高碳钢S75C，化学成分为C：0.80wt.％、Si:0.26wt.％、 Mn:0.80wt.％、P：0.014wt.％、S：0.007wt.％，Alt：0.040％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
制造过程如下：铸坯厚度为90mm，加热温度为1205℃，铸坯轧制分为8道次，其中第一阶段为2道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为5道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表6所示。
表6
制得的产品厚度为2.64mm，经过710℃保温21min后，产品硬度为177HV，屈服强度为485MPa，抗拉强度为628MPa，延伸率为 30％。
实施例7
一种经济型高碳钢SK85，化学成分为C：0.87wt.％、Si:0.24wt.％、 Mn:0.37wt.％、P：0.017wt.％、S：0.003wt.％，Alt：0.031％，其余为Fe和不可避免的杂质。
制造过程如下：铸坯厚度为76mm，加热温度为1230℃，铸坯轧制分为8道次，其中第一阶段为2道次，第二阶段为单道次轧制，第三阶段为5道次，各道次的轧制温度、压下率、轧制速度等主要轧制工艺参数如表7所示。
表7
制得的产品厚度为1.2mm，经过730℃保温27min后，产品硬度为165HV，屈服强度为430MPa，抗拉强度为591MPa，延伸率为33％。

Claims (6)

1.一种经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：该钢包括以下化学组分及其重量百分比：C：0.60～1.00％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.10～1.20％，Alt≤0.040％，P≤0.020％，S≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质元素；所述经济型高碳钢的制造方法，依次包括冶炼，连铸，加热，轧制，保温步骤；所述轧制分为三个阶段：第一阶段为1～2道次轧制，单道次压下率为45～60％；第二阶段为单道次轧制，压下率为35～55％；第三阶段为3～5道次轧制，第一道次压下率为40～65％，其余道次压下率为10～35％；所述保温步骤，保温时间为10～30min，保温温度为630～700℃；所述轧制步骤，第一阶段轧制温度为970～1080℃、第二阶段轧制温度为850～950℃、第三阶段轧制温度为630～730℃。
2.根据权利要求1所述的经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：所述连铸步骤，铸坯厚度为55～110mm。
3.根据权利要求1所述的经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：所述轧制步骤，轧制速度为0.5～15m/s，第二阶段至第三阶段冷却速度≥20℃/s。
4.根据权利要求1所述的经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：所述加热步骤，加热温度为1150～1250℃。
5.根据权利要求1所述的经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：所述轧制步骤，第一阶段轧制的单道次压下率为53～60％；第三阶段轧制为3道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为25～35％或第三阶段轧制为4道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为20～30％，或第三阶段轧制为5道次轧制，第一道次压下率为55～65％，其余道次压下率为15～25％。
6.根据权利要求1所述的经济型高碳钢的制造方法，其特征在于：所述轧制步骤，第一阶段轧制温度为1000～1050℃、第二阶段轧制温度为850～900℃、第三阶段轧制温度为630～700℃；所述保温步骤，保温温度为700～730℃。
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