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CN110918642A - 一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法 - Google Patents

一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括加热、轧制和冷却控制工序，所述加热工序采用步进式加热炉，加热顺序依次包括预热段、加热一段、加热二段及均热段；其中，预热段温度为600～720℃，加热一段温度为950～1060℃，加热二段温度为1060～1130℃，均热段温度为1080～1120℃，总加热时间120‑180min。采用本发明生产的42CrMo棒材具有较好的弯曲度指标、均匀性的组织，在后续加工过程中降低其淬火开裂比率，提高了用户产品加工效率和合格率。

Description

一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法
技术领域
本发明涉及一种钢材的生产控制方法，具体涉及一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法。
背景技术
由于42CrMo在调质后具有较高的强度、韧性和疲劳性能，多用来加工汽车、机械锻件和高强螺栓等产品。近年来，伴随着机加工行业向着节能、精密、智能化方向发展，机加工企业对于钢材尺寸精度、弯曲度等性能指标的要求也越来越高。生产过程中，42CrMo钢空冷易形成不均匀的贝氏体、马氏体等过冷组织，在热应力和组织应力的作用下42CrMo弯钢的现象时有发生，生产控制难度大，也给用户的使用带来较大影响。
目前国内钢铁企业控制42CrMo弯曲度的主要技术措施有：（1）通过轧后矫直等离线精整措施来改善弯曲度；（2）通过冷床加盖保温罩保温，实现对钢材组织的控制；（3）通过高温剪（锯）切后进入缓冷坑冷却，实现对钢材组织的控制。以上技术措施在钢材弯曲度或组织的控制方面虽然有一定效果，但也存在如下缺点：（1）钢材轧后矫直需要利用矫直机进行离线精整，使用过程中一方面增加了生产设备、人力消耗，延长了交货周期，另一方面矫直过程也会带来矫痕、表面应力等次生缺陷，而且对于弯曲严重的钢材，无法通过矫直来满足产品要求；（2）通过冷床加盖保温罩保温会会延长保温时间，不利于在线生产控制；（3）通过高温剪（锯）切下线，入缓冷坑冷却的措施可实现对组织的有效控制，但实践表明该技术不利于棒材弯曲度的控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，该方法可有效改善42CrMo棒材弯曲度，同时亦会带来棒材热轧态硬度和组织的优化。
解决上述技术问题的技术方案为：
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括加热、轧制和冷却控制工序，所述加热工序采用步进式加热炉，加热顺序依次包括预热段、加热一段、加热二段及均热段；其中，预热段温度为600～720℃，加热一段温度为950～1060℃，加热二段温度为1060～1130℃，均热段温度为1080～1120℃，总加热时间120-180min。
上述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，所述轧制工序全线采用连续无扭轧制，包括粗轧机5-7架，中轧机6-8架，精轧机5-7架，减定径轧机3-4架；开轧温度950～1010℃，终轧温度870～920℃。
上述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，所述冷却工序，棒材上冷床温度840～900℃，在冷床高温缓冷区冷却至480-550℃，冷却速率15-25℃/min，冷却时间14.4-21min；在冷床低温空冷区冷却至300-360℃，后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切，剪切温度280～340℃，剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷方式将棒材冷却至室温。
上述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，所述42CrMo棒材成品的化学成分组成及质量百分含量分别为：C：0.39-0.43%；Si：0.18-0.26%；Mn：0.65-0.70%；P：≤0.020%；S：≤0.010%；Cr：1.00-1.10%；Mo：0.16-0.19%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
上述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，所述棒材成品的直径在φ40-90mm。
本发明加热工序的目的是控制奥氏体化的加热温度与保温时间，影响所形成的奥氏体晶粒大小与成分的均匀程度。因为奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，先共析相(如渗碳体)及其他难溶相颗粒溶解愈完全，奥氏体成分愈均匀，晶粒愈粗大，降低过冷奥氏体分解时的形核率，增大过冷奥氏体的稳定性，从而使C曲线右移，易形成贝氏体等过冷组织。因此本发明在满足轧制力和组织均匀的条件下，采用较低的加热温度、较短的加热时间使用步进式加热炉对铸坯进行加热，为得到均匀的铁素体-珠光体组织创造条件。
轧制工序的目的是在满足钢材热塑性变形要求的基础上，通过使钢材在低温奥氏体区轧制，得到晶粒度细小、均匀的轧态组织。42CrMo轧制变形温度降低，塑性形变诱导使C曲线向左上方移动，降低过冷奥氏体稳定性，容易诱导形成铁素体-珠光体组织，同时降低轧制温度也保证了钢材较低的上冷床温度。因此轧制工序全线采用连续无扭轧制，包括粗轧机5-7架，中轧机6-8架，精轧机5-7架，减定径轧机3-4架。开轧温度950～1010℃，终轧温度870～920℃。
冷却工序将棒材冷却设计为三个阶段：第一阶段是在900-480℃进行的冷床高温缓冷区冷却，该阶段通过控制奥氏体转变冷却速率，来获得均匀的铁素体-珠光体组织；第二阶段是在480-300℃进行的冷床低温空冷区冷却，通过使棒材在冷床的均匀冷却，实现对其弯曲度的有效控制；第三阶段是控制剪切温度、减小剪切应力，通过对打捆棒材进行有效避风堆垛缓冷，进一步释放钢材内应力，均匀化组织。因此冷却工序中，保证棒材上冷床温度840～900℃，在冷床高温缓冷区冷却至480-550℃，冷却速率15-25℃/min，冷却时间14.4-21min。在冷床低温空冷区冷却至300-360℃，后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切，剪切温度280～340℃。剪切后打捆下线，采取有效避风堆垛缓冷方式将棒材冷却至室温。
由于溶入奥氏体的合金元素会增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，推迟珠光体转变。因此成品棒材的化学成分及质量百分比设计为：C：0.39-0.43%；Si：0.18-0.26%；Mn：0.65-0.70%；P：≤0.020%；S：≤0.010%；Cr：1.00-1.10%；Mo：0.16-0.19%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
本发明的有益效果为：
本发明通过对棒材生产过程中加热、轧制、冷却等工序的系统精准控制，改善棒材内部组织类型、降低内应力，从而达到改善42CrMo棒材弯曲度的目的。
采用本发明生产的42CrMo棒材弯曲度可控制在4.0mm/m以下，部分规格可控制在3.0mm/m以下，避免了因钢材弯曲度超标造成的降级、判废等生产损失，节约了矫直成本。
采用本发明生产的42CrMo棒材热轧态组织以铁素体-珠光体为主，晶粒度8-10级，带状组织≤1.5级，热轧态硬度210-240HB，截面径向硬度偏差≤10HB。
采用本发明生产的42CrMo棒材具有较好的弯曲度指标、均匀性的组织，在后续加工过程中降低其淬火开裂比率，提高了用户产品加工效率和合格率。
本发明工艺路线简单可行，生产成本低廉，推广前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
图2为本发明实施例2轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
图3为本发明实施例3轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
图4为本发明实施例4轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
图5为本发明实施例5轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
图6为本发明实施例6轧制的42CrMo棒材热轧态金相组织照片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明：
具体实施例1
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤：
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度680℃，加热一段温度1020℃，加热二段温度1100℃，均热段温度1095℃；总加热时间150min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度990℃，终轧温度870℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度840℃，在冷床高温缓冷区冷却至480℃，冷却时间14.4min，平均冷率25℃/min。在冷床低温空冷区冷却至300℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度280℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ40mm，化学成分为：C：0.40%；Si：0.23%；Mn：0.68%；P：0.015%；S：0.006%；Cr：1.05%；Mo：0.17%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度8.5级，带状组织1.0级，硬度平均值240HB，截面径向硬度偏差10HB，弯曲度4.0mm/m。
具体实施例2
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤。
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度600℃，加热一段温度950℃，加热二段温度1060℃，均热段温度1080℃；总加热时间180min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度950℃，终轧温度880℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度865℃，在冷床高温缓冷区冷却至550℃，冷却时间21min，平均冷率15℃/min。在冷床低温空冷区冷却至360℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度340℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ90mm，化学成分为：C：0.43%；Si：0.26%；Mn：0.70%；P：0.020%；S：0.010%；Cr：1.10%；Mo：0.19%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度9.0级，带状组织1.5级，硬度平均值220HB，截面径向硬度偏差7HB，弯曲度3.0mm/m。
具体实施例3
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤。
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度720℃，加热一段温度1060℃，加热二段温度1130℃，均热段温度1120℃；总加热时间120min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度1010℃，终轧温度920℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度900℃，在冷床高温缓冷区冷却至550℃，冷却时间18.4min，平均冷率19℃/min。在冷床低温空冷区冷却至350℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度325℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ70mm，化学成分为：C：0.39%；Si：0.18%；Mn：0.65%；P：0.010%；S：0.003%；Cr：1.00%；Mo：0.16%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度10.0级，带状组织0.5级，硬度平均值210HB，截面径向硬度偏差6HB，弯曲3.0mm/m。
具体实施例4
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤。
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度623℃，加热一段温度982℃，加热二段温度1091℃，均热段温度1098℃；总加热时间162min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度972℃，终轧温度897℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度878℃，在冷床高温缓冷区冷却至542℃，冷却时间19.8min，平均冷率17℃/min。在冷床低温空冷区冷却至355℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度329℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ80mm，化学成分为：C：0.42%；Si：0.24%；Mn：0.69%；P：0.012%；S：0.008%；Cr：1.08%；Mo：0.18%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度9.0级，带状组织1.0级，硬度平均值225HB，截面径向硬度偏差7HB，弯曲度3.0mm/m。
具体实施例5
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤。
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度701℃，加热一段温度1038℃，加热二段温度1112℃，均热段温度1110℃；总加热时间132min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度998℃，终轧温度903℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度880℃，在冷床高温缓冷区冷却至522℃，冷却时间17.9min，平均冷率20℃/min。在冷床低温空冷区冷却至340℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度315℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ65mm，化学成分为：C：0.40%；Si：0.20%；Mn：0.66%；P：0.008%；S：0.004%；Cr：1.02%；Mo：0.17%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度9.5级，带状组织1.0级，硬度平均值228HB，截面径向硬度偏差8HB，弯曲度3.5mm/m。
具体实施例6
一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括以下步骤。
(1)加热：在步进式加热炉内对坯料进行加热，预热段温度650℃，加热一段温度988℃，加热二段温度1098℃，均热段温度1094℃；总加热时间155min。
(2)轧制：全线采用连续无扭轧制，由粗轧机6架，一中轧机4架，二中轧机4架，精轧机6架，减定径轧机3架组成。开轧温度989℃，终轧温度884℃。
(3)冷床冷却：棒材上冷床温度858℃，在冷床高温缓冷区冷却至500℃，冷却时间16.3min，平均冷率22℃/min。在冷床低温空冷区冷却至320℃后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切。
(4)定尺剪切、下线缓冷：定尺剪切温度293℃。剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷将棒材冷却至室温。
本实施例棒材直径φ55mm，化学成分为：C：0.41%；Si：0.22%；Mn：0.67%；P：0.014%；S：0.007%；Cr：1.03%；Mo：0.17%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。热轧态组织为铁素体-珠光体，晶粒度8.0级，带状组织1.0级，硬度平均值230HB，截面径向硬度偏差9HB，弯曲度3.5mm/m。

Claims (5)

1.一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，包括加热、轧制和冷却控制工序，其特征在于：所述加热工序采用步进式加热炉，加热顺序依次包括预热段、加热一段、加热二段及均热段；其中，预热段温度为600～720℃，加热一段温度为950～1060℃，加热二段温度为1060～1130℃，均热段温度为1080～1120℃，总加热时间120-180min。
2.如权利要求1所述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，其特征在于：所述轧制工序全线采用连续无扭轧制，包括粗轧机5-7架，中轧机6-8架，精轧机5-7架，减定径轧机3-4架；开轧温度950～1010℃，终轧温度870～920℃。
3.如权利要求1所述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，其特征在于：所述冷却工序，棒材上冷床温度840～900℃，在冷床高温缓冷区冷却至480-550℃，冷却速率15-25℃/min，冷却时间14.4-21min；在冷床低温空冷区冷却至300-360℃，后进入冷床输出辊道输送至定尺剪处剪切，剪切温度280～340℃，剪切后打捆下线，采取避风堆垛缓冷方式将棒材冷却至室温。
4.如权利要求1所述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，其特征在于：所述42CrMo棒材成品的化学成分组成及质量百分含量分别为：C：0.39-0.43%；Si：0.18-0.26%；Mn：0.65-0.70%；P：≤0.020%；S：≤0.010%；Cr：1.00-1.10%；Mo：0.16-0.19%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种改善42CrMo棒材弯曲度的生产控制方法，其特征在于：所述棒材成品的直径在φ40-90mm。
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