一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢及其制备方法，该钢的化学成分按质量百分比计为C：0.50～0.57％，Si：0.17～0.37％，Mn：1.90～2.05％，P：≤0.010％，S：≤0.005％，Ni：0.30～0.50％，Mo：0.45～0.55％，Cr：0.40～0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；整个工艺流程为：配料

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于特种钢冶炼领域，具体涉及一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]早在100多年前，西方就专利技术了钢球在螺旋传动中完成循环滚动的构想。日本THK公司于1972年首次设计出直线运动“滚动化”，直线导轨就此孕育而生。而感应淬火和精密磨削的诞生和发展，使产品的精度和档次迅速提升，大大推动了直线导轨的专业化生产，到20世纪70年代美、德、日等国家，首先从轴承行业中涌现出一批滚动功能部件专业生产企业。
[0003]在材料选用方面，绝大多数国内直线导轨生产厂家原材料还是采用S55C、GCr15等。但是经过多年实践证明：这类轴承钢仅仅能勉强满足接触刚度的性能要求，作为细长杆件，与轴承有很大差别。直线导轨的耐磨性和精密性是导轨行业最关注的两个问题，从原材料角度，一方面，采用全新的成分设计，大幅提高材料耐磨性；另一方面，提高直线导轨用钢球化率，解决导轨制造过程中的热处理变形问题，最终实现直线导轨的高精密性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢及其制备方法，大幅提高最终导轨成品的耐磨性，原材料高球化率，解决直线导轨变形问题。
[0005]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢，该直线导轨用钢的化学成分按质量百分比计为C：0.50～0.57％，Si：0.17～0.37％，Mn：1.90～2.05％，P：≤0.010％，S：≤0.005％，Ni：0.30～0.50％，Mo：0.45～0.55％，Cr：0.40～0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
[0006]本专利技术直线导轨用钢的化学成分是这样确定的:
[0007]C：是确保钢材强度所必须的元素，但过高的C含量对钢的延性、韧性不利。本专利技术控制碳含量为0.50～0.57％。
[0008]Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10％时，脱氧效果较差，Si含量较高时会增加钢的脆性，并使钢中的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向增大。本专利技术控制硅含量为0.17～0.37％。
[0009]Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用以弥补钢中因C含量降低而引起的强度损失，而且Mn能提高钢的淬透性，提高材料的耐磨性。本专利技术Mn含量控制为1.90～2.05％。
[0010]Ni：通过增加合金Ni可以提高材的淬透性，且在钢中加入一定量的Ni，可以增加材料的韧性。本专利技术将其含量控制在0.30～0.50％。
[0011]Mo：存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，能改善钢的淬透性和回火稳
定性，还能细化晶粒，改善碳化物不均匀性，从而提高钢的强度和韧性。Mo也是贵重金属，含量过高会增加成本。本专利技术中Mo的含量控制在0.45～0.55％。
[0012]Cr：是中等碳化物形成元素，加热时溶入奥氏体的Cr强烈提高淬透性。钢中的Cr，一部分置换铁形成合金渗碳体，提高稳定性；一部分溶入铁素体中，起固溶强化作用，提高铁素体的强度和硬度。本专利技术将其含量控制在0.40～0.50％。
[0013]P：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给钢材的韧性(特别是心部的韧性)带来不利的影响，应尽量地减少其含量。本专利技术控制P：≤0.010％，S：≤0.005％。
[0014]本专利技术解决另一技术问题的技术方案为，一种制造上述高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢的方法，整个工艺流程为：配料
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铁水KR预处理
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转炉冶炼
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LF精炼
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RH真空脱气
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连铸
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入缓冷坑缓冷
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冷装入炉加热
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高压水除鳞
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开坯轧制
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中间坯入坑缓冷
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冷装入炉加热
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轧制成型
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轧制余温淬火
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球化退火
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矫直
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探伤
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入库。
[0015]具体工艺步骤如下：
[0016]首先将冶炼原料经KR预处理，确保铁水中的五害元素、P、S含量降至最低，为转炉冶炼提供优质原料；
[0017]再经转炉冶炼，为防止后道工序回P并保证成品的P要求，转炉出钢需采用扒渣工艺，P含量务必控制在0.008％以下；
[0018]再将钢水经过LF精炼，微调合金含量，确保钢水的化成成分满足要求，并加入脱氧剂，将钢水中的氧含量降至最低；
[0019]再将钢水运至RH工序进行真空脱气处理，高真空时间必须大于10分钟，软吹氩时间不得短于20分钟，以促使非金属夹杂物充分上浮；
[0020]再经连续浇铸，得到满足化学成分要求、规格为390mm*510mm的连铸大方坯；
[0021]将铸坯高温下线入缓冷坑，下线温度不得低于630℃，缓冷时间必须大于72小时，出坑，出坑温度不得高于180℃，连铸坯缓慢冷却，避免因冷却不当导致应力开裂；
[0022]然后将390mm*510mm的连铸大方坯冷装入加热炉加热，加热温度1230
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1260℃，保温7
‑
8小时出炉；
[0023]经高压水除鳞后进行开坯轧制，粗轧采用往复式轧机，轧制15道次，采用大压下轧制，其中两道次的压下量大于10％，粗轧过程中对坯料表面喷水，适当降低坯料表面温度，使得轧制力渗透到坯料心部，改善连铸坯心部缩孔等缺陷，为避免温度降低太快，粗轧最后5道次关闭冷却水，以保证坯料进后续轧机时的温度，轧制成的尺寸为230mm*230mm，轧制结束后将中间坯入坑缓冷，缓冷时间大于48小时；
[0024]中间坯冷装入炉加热，加热温度1230
‑
1260℃，保温3
‑
4小时出炉，并采用高精度的Kocks轧机轧制，保证开轧温度960℃
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1020℃，终轧温度880℃
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920℃；
[0025]终轧结束后，利用轧制余温淬火，得到“马氏体+贝氏体+珠光体”组织，再将材料冷装入退火炉进行球化退火，球化退火采用多段式的工艺，实现球化率90％以上，具体球化工艺见附图。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]1)全新的成分设计，在传统的直线导轨用钢S55C基础上，大幅增加了Mn含量，同时额外增加了合金元素Cr、Ni和Mo，提高了直线导轨表面感应淬火时的淬硬层深度和硬度，最
终实现了直线导轨成品的高耐磨性。本专利技术材料Mn含量远高于传统材料和进口材，Mn含量能提高材料的淬硬性，因此，材料在制成导轨并经过表面感应淬火后，感应层的硬度更高；与此同时，Cr、Ni、Mo合金的加入，能大大提高材料的淬透性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢，其特征在于：该直线导轨用钢的化学成分按质量百分比计为C：0.50～0.57％，Si：0.17～0.37％，Mn：1.90～2.05％，P：≤0.010％，S：≤0.005％，Ni：0.30～0.50％，Mo：0.45～0.55％，Cr：0.40～0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢，其特征在于所述直线导轨用钢的金相组织为马氏体+贝氏体+珠光体的混合组织。3.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯生产超长寿命滚珠丝杠用钢，其特征在于所述直线导轨用钢的碳钢球化率达到90％以上。4.一种如权利要求1所述的高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢的制备方法，其特征在于：整个工艺流程为：配料
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铁水KR预处理
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转炉冶炼
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LF精炼
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RH真空脱气
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连铸
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入缓冷坑缓冷
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冷装入炉加热
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高压水除鳞
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开坯轧制
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中间坯入坑缓冷
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冷装入炉加热
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轧制成型
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轧制余温淬火
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球化退火
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矫直
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探伤
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入库。5.根据权利要求4所述的一种高耐磨性、抗热处理变形直线导轨用钢的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：首先将冶炼原料经KR预处理，再经转炉冶炼，P含量控制在0.008％以下，再将钢水经过LF精炼，加入脱氧剂，将钢水中的氧含量降至最低，再将钢水运至RH工序进行真空脱气处理，然后经过连续浇铸得到满足化学成分要求、规格为390mm*510mm的连铸大方坯；将铸坯高温下线入缓冷坑，出坑；然后将390mm*510mm的连铸大方坯冷装入加热炉加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊启航，白云，翟蛟龙，吴小林，欧屹，芦莎，梁医，冯虎田，张磊，殷加银，庹小雨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：