一种铬钼合金轴用钢及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种铬钼合金轴用钢及其生产工艺，轴用钢控碳、控硅降低钢性能对温度的敏感性，提高奥氏体稳定性；控制V、Nb、Ti、Zr、Al提高奥氏体再结晶温度，控制轧制细化晶粒；控制锰当量、Ni、Cu提高淬透性、回火抗力、防止回火脆性，抑制铁素体向珠光体的转变，按电炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、加热、高压水除鳞、轧制、控冷工序流程，采用变渣工艺，多段弱穿水冷却+空冷+风冷+缓冷控冷处理，通过成分设计、钢水纯净度和组织质量控制、控轧和控冷技术，生成以均匀分布的细小软铁素体为基体+体积分数15%

【技术实现步骤摘要】
一种铬钼合金轴用钢及其生产工艺


[0001]本专利技术属于轴用钢
，具体涉及一种铬钼合金轴用钢及其生产工艺。

技术介绍

[0002]矿山机械、工程机械、石油机械、液压、机床、汽车、起重设备等的轴受弯曲和冲击杂合，是易损部件之一，随着工业技术的发展，对轴用钢的可靠性要求更高。现有轴用钢主要采用中碳合金结构钢，存在以下问题：（1）成分设计：脱碳、温度敏感性和变形抗力较大，未能有效保证化学成分的窄范围控制，在轧制和热处理过程中具有脱碳和石墨化倾向，影响奥氏体数量、降低铁素体形核中心，导致材料韧性较差，淬透性在奥氏体晶界处出现先共析铁素体、马氏体组织不均，回火抗力和回火脆性不足导致抗疲劳性能恶化。
[0003]（2）对钢水纯净度和组织质量要求更高：精炼渣烧损较高、对硫化物夹杂的吸收能力较弱，炉渣流动性随冶炼变差，易出现化渣慢或顶渣结壳现象，炉渣卷入难以控制夹杂，炉次间成分波动，点状不变形夹杂、Al2O3夹杂和碳氮化等夹杂物导致水口结瘤、破坏了钢基体的连续性，硫、磷夹杂物在枝晶间的富集在界面上产生微观裂纹，在外载荷作用下造成应力集中，导致疲劳裂纹和断裂，冲击性能下降；铸坯柱状晶发达、坯壳表面反复回温、固液交界面出现裂纹，中心疏松、缩孔和中心偏析影响性能一致性。
[0004]（3）控轧不当：初锻坯表面裂纹，轧温和变形控制下变形温度高、静态软化率打、有效晶界面积小、奥氏体的再结晶、产生变形铁素体导致铁素体和马氏体晶粒粗大或不均，铁素体易向珠光体转变，在交变应力下产生不均匀滑移，引起疲劳裂纹。
[0005]（4）控冷不当：前期温度过高造成铁素体晶粒粗大，奥氏体向贝氏体转变，导致铁素体时效和马氏体自回火而升高屈强比、降低一致性，马氏体呈岛状导致晶粒粗大，后期冷速过慢生产非马氏体和铁素体组织或冷速过快造成马氏体量过大而降低塑性，难以获得理想的马氏体体积分数和屈强比，性能波动较大，延伸率和可靠性下降。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种铬钼合金轴用钢及其生产工艺，通过成分设计、钢水纯净度和组织质量控制、控轧和控冷技术，生成以均匀分布的细小软F（铁素体）为基体+体积分数15%
‑
24%的少量位错硬纤维状M（马氏体）为强化相的组织，提高抗疲劳裂纹性能，保持适当屈强比、高延伸率和可靠性。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铬钼合金轴用钢，其组成成分按质量百分数计为：C：0.32
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0.36%，Si：0.18
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0.34%，Mn：0.55
ꢀ‑
0.72%，Cr：1.22
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1.29%，Mo：0.22
‑
0.28%，Ni：0.70
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1.30%，Cu：0.10
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0.42%，V：0.015
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0.03%， Nb：0.020
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0.050%，Ti：0.015
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0.03%，Zr：0.015
‑
0.029%，Al：0.015
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0.045%，P：≤0.01%，S：≤0.008%，[O]≤ 0.0015%，[N]≤0.005%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
[0008]上述轴用钢，进一步地，组成中锰当量[Mn]%=Mn+1.3Cr+2.76Mo=2.8
‑
2.95%，提高淬透性、回火抗力、防止回火脆性，可以增加奥氏体数量，抑制铁素体向珠光体的转变，保证获得均匀的马氏体组织；轴用钢的力学性能：抗拉强度为1210
‑
1350MPa，屈服强度为940
‑
1020MPa，伸长率≥27%，断面收缩率≥45%，冲击功Akv≥64J，冲击韧性值≥75J/cm2。
[0009]上述轴用钢的成分设计依据为：（1）C：C可以增加针状铁素体的数量，对钢的强度、硬度等有利，但C过高对钢的塑性和韧性极为不利，且使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能；为了获得所需的马氏体的数量、高强度和疲劳性能，本专利技术C含量确定为0.32
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0.36%。
[0010]（2）Si：Si是钢中主要的脱氧元素和置换固溶强化铁素体的有效元素，可以扩大α（铁素体相）+γ（奥氏体相）两相区而降低钢性能对温度的敏感性，提高热轧时奥氏体的稳定性，影响多边形铁素体的析出、铁素体的位错交互，可以提高淬透性和回火抗力，利于形成细小均匀分布的马氏体，保证强韧性能的良好配合和均匀应变，但Si含量过高使冶炼困难、易形成夹杂物，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，增加氧化皮厚度，恶化钢的抗疲劳性能和表面质量，降低塑性和韧性；本专利技术Si含量为0.18
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0.34%。
[0011]（3）Mn：Mn是脱氧和脱硫的有效元素，具有置换固溶强化作用，降低铁素体中的固溶碳而提高塑性，可以提高马氏体淬透性、扩大γ区，增加奥氏体数量，以保证获得均匀的马氏体组织；但Mn含量过高使淬火钢回火时，Mn和P有强烈的晶界共偏聚倾向，促进回火脆性而恶化钢的韧性；本专利技术Mn含量确定为0.55
ꢀ‑
0.72%。
[0012]（4）Cr、Mo：加入Cr、Mo合金元素使钢的CCT曲线中铁素体最短孕育期向左移动，使轧后冷却过程析出大量铁素体，抑制A（奥氏体）
→
P（珠光体）相的转变，Mo 元素与Cr元素的合理配合可以提高淬透性、回火抗力、防止回火脆性，以获得所需的高强度；Cr还可降低C的活度，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳倾向，利于获得高的抗疲劳性能；但Cr含量过高会恶化钢的韧性；本专利技术Cr含量为1.22
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1.29%；Mo还可以降低钢种对控冷工艺的敏感性，有强烈的固溶拖拽作用，可以推迟碳化物的析出，Mo含量过低则作用有限，Mo含量过高则作用饱和、增加成本；本专利技术Mo含量确定为0.22
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0.28%。
[0013]（5）Ni、Cu：Ni可提高钢的淬透性、耐蚀性和保证钢在低温下的韧性，考虑到经济性；本专利技术 Ni含量为0.80
‑
1.30％；Cu在固溶强化、提高淬透性方面与Ni相似，Cu沉淀阻滞了疲劳的初期阶段脉状结构的形成，可以抗腐蚀疲劳性能、阻碍疲劳裂纹的扩展，Cu还可以提高钢的腐蚀疲劳强度，但Cu含量过高，钢在加热轧制或锻造过程中容易引起热脆；本专利技术Cu含量确定为0.10
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0.42％。
[0014]（6）V、Nb、Ti、Zr、Al：V的碳化物在热处理下部分熔入奥氏体提高奥氏体再结晶温度，控制轧制增加形核中心而细化晶粒，本专利技术V含量确定为：0.015
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0.03%；Nb通过晶粒细化、析出强化和相变强化作用而具有强韧化效果，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，对再结晶具有强烈的阻止作用，提高了奥氏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铬钼合金轴用钢，其特征在于，其组成成分按质量百分数计为：C：0.32
‑
0.36%，Si：0.18
‑
0.34%，Mn：0.55
ꢀ‑
0.72%，Cr：1.22
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1.29%，Mo：0.22
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0.28%，Ni：0.70
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1.30%，Cu：0.10
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0.42%，V：0.015
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0.03%， Nb：0.020
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0.050%，Ti：0.015
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0.03%，Zr：0.015
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0.029%，Al：0.015
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0.045%，P：≤0.01%，S：≤0.008%，[O]≤ 0.0015%，[N]≤0.005%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种铬钼合金轴用钢，其特征在于，组成中锰当量[Mn]%为2.8
‑
2.95%；轴用钢的力学性能：抗拉强度为1210
‑
1350MPa，屈服强度为940
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1020MPa，伸长率≥27%，断面收缩率≥45%，冲击功Akv≥64J，冲击韧性值≥75J/cm2。3.一种根据权利要求1或2所述铬钼合金轴用钢的生产工艺，其特征在于，包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、加热、高压水除鳞、轧制、控冷工序；所述电炉冶炼工序出钢过程中加入铝饼、硅锰合金、低碳锰铁、促净剂、石灰和莹石；所述LF精炼工序采用变渣工艺，变渣前碱度为2.8
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3.4，变渣后碱度为0.6
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1.1；所述VD真空工序破空后喂入钙线和铝钛线；所述连铸工序控制过热度为15
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25℃；所述轧制工序粗轧开轧温度为1030
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1080℃，终轧温度为770
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820℃；所述控冷工序采用多段弱穿水冷却+空冷+风冷+缓冷处理，多段弱穿水冷却冷速为6.5
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9℃/s；风冷冷速为18
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26℃/s。4.根据权利要求3所述的一种铬钼合金轴用钢的生产工艺，其特征在于，所述电炉冶炼工序经预脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼处理，预脱硫终点S≤0.0045%，以石灰与白云石造渣料，控制终点S≤0.013%，吹气枪位波动控制在1200mm
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1700mm，控制出钢终点C：0.07
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0.12%，目标温度T≥1610℃。5.根据权利要求3所述的一种铬钼合金轴用钢的生产工艺，其特征在于，所述LF精炼工序采用沉淀脱氧与扩散脱氧结合变渣，沉淀脱氧采用0.5
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0.8kg/t钢水的硅钙钡线，扩散脱氧采用0.4
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0.6kg/t钢水的CaC2与2
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3...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈小波，唐佳勇，张林祥，
申请(专利权)人：联峰钢铁张家港有限公司，
类型：发明
国别省市：