CN115415320A - 一种20Cr钢的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种20Cr钢的轧制方法，包括：以连铸坯为原料，依次进行加热工序、轧制工序、冷却工序；轧制工序包括：粗轧工序、中轧工序、精轧工序；其中，在加热工序中，预热温度为650‑735℃，加热温度为1200‑1250℃，加热时间为50‑80min，均热温度为1220‑1250℃，均热时间为40‑70min，总加热时间为180‑240min；开轧温度≥1150℃，终轧温度为800‑840℃。本发明采取高温加热和保温，控制带状和晶粒度，采取控轧控冷，控制组织、硬度和抗拉强度，轧制后无需退火工艺即可得到质量满足要求的20Cr钢材。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种20Cr钢的轧制方法。
背景技术
20Cr钢是我国产量最大的几个合金结构钢之一，已经在齿轮、齿轮轴、凸轮、活塞销、蜗杆等零件用钢中广泛应用。其中，20Cr钢的化学成分(质量百分数)为：C：0.17～0.23％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.50～0.80％、P：≤0.035％、S：≤0.025％、Cr：0.80～1.10％、Ni：≤0.30％、Mo：≤0.20、Cu≤0.20％、Al：≤0.025％，其余为基体Fe和不可避免的杂质。
现有技术中20Cr钢的生产工艺包括：钢坯加热、粗轧、中轧、精轧、冷却、退火，其中，加热温度为1100-1200℃，开轧温度为950-1150℃，终轧温度为850-980℃，退火温度为700-730℃；现有生产工艺需要在轧制后进行退火，才能保证钢材达到如下性能要求，要求硬度：150-180HBW，抗拉强度≥350MPa，带状≤2.5级，钢材奥氏体晶粒度≥5级；而只有满足上述性能要求，钢材规格为30-40mm的20Cr钢材才能用于生产加工对材料性能有严格要求的法兰轴等零件。
上述20Cr钢的生产工艺中退火的主要目的在于控制20Cr钢的带状组织和硬度，使其满足性能要求；然而，上述20Cr钢的生产流程多，能耗大、成本高，因此，找到一种生产流程短、生产成本低的钢材制造方法尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种20Cr钢的轧制方法。本发明采取高温加热和保温，控制带状和晶粒度，采取控轧控冷，控制组织、硬度和抗拉强度，轧制后无需退火工艺即可得到质量满足要求的20Cr钢材。
为了实现上述目的，本发明提供了一种20Cr钢的轧制方法，采用如下的技术方案：
一种20Cr钢的轧制方法，包括：以连铸坯为原料，依次进行加热工序、轧制工序、冷却工序；轧制工序包括：粗轧工序、中轧工序、精轧工序；
其中，在加热工序中，预热温度为650-735℃(比如680℃、700℃、710℃、720℃、730℃)，加热温度为1200-1250℃(比如1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1230℃、1240℃、1245℃)，加热时间为50-80min(比如52min、55min、60min、65min、70min、75min、78min)，均热温度为1220-1250℃(比如1225℃、1228℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1248℃)，均热时间为40-70min(比如42min、45min、50min、55min、60min、65min、68min)，总加热时间为180-240min(比如185min、190min、200min、210min、220min、230min、235min)；
开轧温度≥1150℃，终轧温度为800-840℃(比如805℃、810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、835℃)。
本发明将均热温度控制在1220-1250℃范围内，目的使钢坯在高温区保温，碳化物扩散均匀，为轧后获得均匀的带状组织做准备；若均热温度低于1220℃，则由于均热温度过低，轧制后得到的钢材带状严重同时带状组织不均匀，会导致产品不合格；若均热温度高于1250℃，则容易出现过热，不利于后续的轧制工序的进行。
本发明中开轧温度是指粗轧工序中开始轧制的温度，终轧温度是指精轧工序后的温度；开轧温度主要是由均热温度决定的，若开轧温度低于1150℃，则制得的钢材的带状较严重，不合格；而终轧温度限定为800-840℃的目的在于使得在此温度区间内进行终轧，能够获得均匀的奥氏体组织，若终轧温度高于840℃，则在冷却后形成部分B组织，而冷却后组织要求F+P，因此，终轧温度高于840℃则会使产品硬度高，不合格超标；若终轧温度低于800℃，则在两相区进行轧制，带状变差，超标。
在上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，在所述粗轧工序中，轧制道次为10-12道次，轧制速度为1-1.2m/s(比如1.05m/s、1.1m/s、1.15m/s)，粗轧后温度为950-1050℃(比如955℃、970℃、990℃、1000℃、1020℃、1040℃、1045℃)。
在上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，在所述中轧工序中，中轧后利用水箱进行喷水冷却，控制冷却速度为20-60℃/s(比如25℃/s、30℃/s、40℃/s、50℃/s、55℃/s)。
本发明在中轧后利用水箱进行喷水冷却的目的在于控制终轧温度，水箱喷水冷却时，轧件从水箱的喷冷环中通过从而实现冷却。
在上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，在所述精轧工序中，轧制道次为4-6道次，轧制速度为3-4.5m/s(比如3.2m/s、3.5m/s、3.8m/s、4.0m/s)，轧制温度为805-840℃(比如808℃、810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、838℃)。
在上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，在所述冷却工序中，在精轧工序结束后，首先在冷床保温罩内冷却，然后出保温罩在空气中进行冷却。
本发明中通过现在冷床保温罩内冷却，主要是降低冷却速度，然后出保温罩在空气中进行冷却，二者共同实现对冷却工序中冷却速度的控制，进而控制轧制后得到钢材的组织和硬度。
在上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，在所述冷却工序中，在进入冷床保温罩冷却时，钢材的温度≥730℃；优选地，出保温罩在空气中进行冷却时，钢材的温度≤550℃。
本发明中钢材进入冷床保温罩时的温度，一方面与终轧温度有关，另一方面，若此时钢材的温度太低，则会使得其发生组织转变，造成组织不均匀；若出保温罩的温度高于550℃，则同样也会使其发生组织转变，产生贝氏体，进而硬度也不均匀。需要说明的是，本发明中冷却工序均是在冷床上进行的，首先是加入保温罩，使得钢材在保温罩内进行冷却，然后将保温罩移除，在空气中进行冷却。
上述20Cr钢的轧制方法中，作为一种优选实施方式，所述连铸坯中各元素的质量百分比为：C：0.17～0.23％(比如0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％)、Si：0.15～0.40％(比如0.18％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％)、Mn：0.50～0.80％(比如0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％)、P：≤0.035％、S：≤0.025％、Cr：0.80～1.10％(比如0.82％、0.85％、0.90％、1.0％、1.05％)、Ni：≤0.30％、Mo：≤0.20、Cu≤0.20％、Al：≤0.025％，其余为基体Fe和不可避免的杂质。
本发明所述优选方案在不互相冲突的情况下，可以互相组合。
本发明的目的之二在于提供一种20Cr钢，采用上述的制备方法得到。
在上述20Cr钢中，作为一种优选实施方式，所述20Cr钢的直径为30-40mm(比如32mm、35mm、37mm、39mm)，硬度为150-180HBW(比如152HBW、155HBW、160HBW、170HBW、175HBW)，抗拉强度≥350MPa，带状≤2.5级，钢材奥氏体晶粒度≥5级。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明采取高温加热和保温，以控制钢材带状和晶粒度，再采取控轧控冷，来控制组织、硬度和抗拉强度，本发明控轧控冷后轧无需退火工艺即可得到质量满足要求的钢材，减少了生产流程，节约了能源，提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的20Cr钢的带状组织图(沿轧制方向取样)。
图2为本发明对比例1制得的20Cr钢的带状组织图(沿轧制方向取样)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中的试验方法中，如无特殊说明，均为常规方法，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。以下实施例中所述的原料均可从公开商业途径获得。
以下实施例中所用20Cr连铸坯中各元素成分的质量百分比如表1所示；
表1 20Cr连铸坯中各元素成分的质量百分比(余量为Fe和不可避免的杂质)
实施例1一种20Cr控轧控冷代替离线退火的制造方法，包括：
(1)加热工序：以连铸坯为原料，在步进式加热炉内进行加热，加热工序具体为：预热温度732℃，预热时间86min，加热温度1239℃，加热时间62min，均热温度1246℃，均热时间54min。
(2)粗轧工序：采用粗轧机组进行轧制，开轧温度为1179℃，轧制道次为10道次，轧制速度为1.15m/s，粗轧后温度为1006℃。
(3)中轧工序：采用中轧机组进行中轧，中轧后利用水箱进行喷水冷却，控制冷却速度为20～35℃/s。
(4)精制工序：采用精轧机组进行精轧，轧制道次为4道次，轧制速度为4.2m/s，轧制温度为835℃，控制终轧温度为830℃。
(5)冷却工序：首先在冷床保温罩内冷却，然后出保温罩在空气中进行冷却，其中，在进入冷床保温罩冷却时，钢材的温度为747℃，出保温罩在空气中进行冷却时，钢材的温度为529℃；得到20Cr钢，其带状组织图参见图1。
实施例2-7
实施例2-7中除了某些具体的工艺参数与实施例1不同以外，其余均与实施例1完全相同，具体的参工艺参数参见表1。
表1为实施例2-7中的具体工艺参数
对比例1
本对比例1除了开轧温度和终轧温度不同于实施例1以外，其他工艺与实施例1相同，本对比例的开轧温度为1100℃，终轧温度为870℃。组织F+P+B,硬度180～210HBW，其带状组织图参见图2。
对比例2
本对比例中均热温度为1210℃，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例中均热温度为1260℃，其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例中终轧温度为790℃，其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例中终轧温度为850℃，其余均与实施例1相同。
对比例6
本对比例中进入冷床保温罩冷却时，钢材的温度为720℃，其余均与实施例1相同。
对比例7
本对比例中出保温罩在空气中进行冷却时，钢材的温度为560℃，其余均与实施例1相同。
性能检测
将本发明实施例1-7和对比例1-7得到的20Cr钢材进行性能测试，其中，硬度试验按照GB/T 231.2《金属材料布氏硬度试验》进行；抗拉强度试验按照GB/T 228.1《金属材料拉伸试验》进行；其金相组织(横向取样)和带状组织(沿轧制方向取样)按照GB/T 13299《钢的显微组织评定方法》进行；具体结果参见表2。
表2为本发明实施例1-7和对比例1-7得到的20Cr钢材的性能结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种20Cr钢的轧制方法，其特征在于，包括：以连铸坯为原料，依次进行加热工序、轧制工序、冷却工序；轧制工序包括：粗轧工序、中轧工序、精轧工序；
其中，在加热工序中，预热温度为650-735℃，加热温度为1200-1250℃，加热时间为50-80min，均热温度为1220-1250℃，均热时间为40-70min，总加热时间为180-240min；
开轧温度≥1150℃，终轧温度为800-840℃。
2.根据权利要求1所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，在所述粗轧工序中，轧制道次为10-12道次，轧制速度为1-1.2m/s，粗轧后温度为950-1050℃。
3.根据权利要求1或2所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，在所述中轧工序中，中轧后利用水箱进行喷水冷却，控制冷却速度为20-60℃/s。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，在所述精轧工序中，轧制道次为4-6道次，轧制速度为3-4.5m/s，轧制温度为805-840℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，在所述冷却工序中，在精轧工序结束后，首先在冷床保温罩内冷却，然后出保温罩在空气中进行冷却。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，在所述冷却工序中，在进入冷床保温罩冷却时，钢材的温度≥730℃；优选地，出保温罩在空气中进行冷却时，钢材的温度≤550℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的20Cr钢的轧制方法，其特征在于，所述连铸坯中各元素的质量百分比为：C：0.17-0.23％、Si：0.15-0.40％、Mn：0.50-0.80％、P：≤0.035％、S：≤0.025％、Cr：0.80-1.10％、Ni：≤0.30％、Mo：≤0.20、Cu≤0.20％、Al：≤0.025％，其余为基体Fe和不可避免的杂质。
8.一种20Cr钢，采用如权利要求1-7中任一项所述的20Cr钢的轧制方法得到。
9.根据权利要求8所述的20Cr钢，其特征在于，所述20Cr钢的直径为30-40mm，硬度为150-180HBW，抗拉强度≥350MPa，带状≤2.5级，钢材奥氏体晶粒度≥5级。
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