专利名称：一种生产窄淬透性带钢的方法
技术领域：
本发明属于高质量钢生产领域，涉及一种端淬硬度要求很严的钢的生产方法。它是通过对母钢号钢中元素含量范围的控制，依照本发明提出的端淬硬度预报的数学公式和子钢号判定法来实现的。勿需采用成份微调措施即能可控地生产出端淬硬度带宽在8HRC以内的齿轮钢。本发明也可用于生产下述钢种调质钢、弹簧钢、渗碳轴承钢及高碳轴承钢。
目前，工业发达国家普遍采用“钢的端淬硬度预报及成份微调工艺”来控制钢的端淬硬度。钢的端淬硬度波动范围可控制在10HRC以内。例如日本的J-COMP法，日本专利昭63-33547昭63-33548、昭63-89612。在国内，经国家科技攻关之后，采用成份微调工艺，能使钢的端淬硬度波动幅度控制在8.9HRC以内。
采用成份微调工艺技术，设备投资大，配套技术措施要求甚严，在我国迅速推广应用十分困难。例如为了实现化学成份的快速分析及合金料的快速计算，需要有风动送样的装置系统，为了将大型直读光谱仪、红外定碳仪等现代化测试仪器测定出的数据以最快的速度输入到电子计算机中，需要有二者之间的接口技术，以代替手工键盘输入。对碱性平炉冶炼，还需要有分渣及造渣的配套设备及相应的技术措施。另外，合金元素回收率的波动，钢水重量的波动等冶炼工艺参数的交替影响，使采用“成份微调”工艺技术来精确地实现控制钢的端淬硬度，频增了困难程度。
本发明的目的在于，克服成份微调工艺技术存在的上述问题;提供一种操作方便，设备简单，并能有效地得到窄淬透性带钢的生产方法。
本发明所指的一种窄淬透性带钢的生产方法是首先，用本发明提出的计算式矫正冶炼钢号(称母钢号)的化学成份规范，使用矫正过的化学成份规范冶炼;其后，完成端淬硬度预报;最后，对母钢号划小的数个子钢号进行判定。
本发明所指的一种窄淬透性带钢的生产方法分三个步骤第一步，在母钢号冶炼之前，根据用户对钢的淬透性的具体要求数值，运用下述计算式确定或矫正母钢号的化学成份规范;用矫正过的化学成份中限值，计算出端淬硬度值，必须与母钢号的淬透性带的中限值相吻合，或与子钢号中端淬值中的最大、最小值的平均值相吻合。符合上述条件后，按矫正后的母钢号的化学成份规范冶炼和浇铸。
上述计算式为
当C≤0.16时，FC＝0.1+0.23C当C＞0.16时，FC=0.23/C0.1(10c-2.5)2-(10c-2.5)+3.05]]>FM1＝exp(1.3Mn+0.001Mn6)FM2＝exp(1.23Cr+0.005Cr6)FM3＝exp(2M0+0.22M03)FM4＝exp(0.345Ni+0.01Ni3)FM5＝exp(0.28Si+0.01Si3)FM6＝exp(2.23P+0.0005P6)FM7＝exp(0.3Cu+0.01Cu3)FM8＝exp(0.5w+0.001w6)FM9＝f(AL，Ti，Nb，N，zr)FM10＝0.27+〔exp(-V)-0.27exp(-100V)〕FM11＝1+2.5(0.9-C)FM12＝f(Ti，Nb，zr)当B≥0.0013时，D0＝FC·FM1·FM2·FM3·FM4·FM5·FM6·FM7·FM8·FM9·FM10·FM11·FM12当B＜0.0013时，D0＝FC·FM1·FM2·FM3·FM4·FM5·FM6·FM7·FM8·FM9·FM10·FM12当D0≥3时，S0＝6.6D0
当D0＜3时，S0＝5.6D0HRC(4)＝22+44(1-e-4C)A＝0.39+0.22(1-e-C)+0.004So-0.015(S/So)B1＝0.61-0.22(1-e-C)-0.004So(2.6C44S/So)]]>D＝exp｛[lu(0.41+0.39C-0.004So)]·(S/So)｝HRC(S)＝HRC(4)·(A+B1·D)上述式中1.C，Mn，Cr，Si，Ni，M0，W，V，Cu，AL，N，Zr，Nb，B，Ti，P等钢中元素含量均以1%为1计算。
2.S为末端淬火试样上距淬火末端的距离(毫米)。
3.HRC(S)是距淬火末端S毫米(mm)处的洛氏硬度值。
4.FM9，FM12为未公开的计算式。
第二步对经冶炼，浇铸后的母钢号，采用上述计算式预报钢的端淬硬度值。
第三步对母钢号划小的子钢号进行判定。
按矫正过的化学成份规范，不经成份微调，冶炼、浇铸完成的端淬钢;其端淬硬度波动幅度为从A值到B值的母钢号，在其端淬硬度A～B波动幅度范围内，按端淬硬度值的高低分为四个淬透性带宽段落，每相邻两段为一个子钢号的淬透性带宽。这样，一个母钢号可分为两个或三个子钢号。用户得到的端淬钢，不是母钢号钢而是所需要的窄淬透性带的子钢号钢。
子钢号的判定是将母钢号的成品化学成份，用户(计划)要求的子钢号数(炉)，已获得的各子钢号数(炉)三组数据输入到电子计算机中;计算机启动后，首先显示该炉钢的端淬硬度值，再显示出该炉钢具体判定所属的子钢号。直到一组冶炼计划数(炉)的完成。
电子计算机可采用PC1500-A型或Hx-20型及其它型号。计算机程序中淬透性的预报按本发明的计算式编写;判定程序根据以下原则编写(1)根据母钢号成品化学成份预报出的端淬值，必须落在被判定的某一子钢号的淬透性带宽范围内。
(2)当淬透性预报值落在两个子钢号淬透性带的公共区域时，将该炉钢判为冶炼计划要求的子钢号。
(3)当淬透性预报值落在两个子钢号淬透带的公共区域，冶炼计划又同时包含有这二个子钢号，将该炉钢判为出现几率较小的子钢号。
按照本发明提供的方法，得到的子钢号的端淬硬度波动幅度仅为母钢号的二分之一，例如母钢号端淬硬度波动幅度为12HRC时，子钢号的波动幅度为6HRC。在化学分析误差、硬度测试误差，成份偏析，计算误差多因素影响条件下，子钢号端淬硬度的波动幅度完全可以控制在8HRC以内。如果将本发明与成份微调技术联用，则端淬硬度可以控制在6HRC以内。
钢的化学成份与端淬硬度之间精确的计算式，是控制钢的端淬硬度的基础。这里要特别提出的是，本发明提供的计算式的精度显著地高于目前公诸于世的各种回归方程或通用方程。表1是本发明计算式与余氏通用计算式精确性的比较表1，高碳轴承钢GCr15M0实测值与计算公式预报值比较
与目前的成份微调工艺技术相比，本发明只需在普通冶炼设备基础上增设一台小型电子计算机。省去了钢包精炼炉、电子秤、蒸气喷射泵负压风动送样装置、大型电子计算机等一系列成份微调设备;对碱性平炉炼钢，省去了分渣设备及技术措施。对化学成份的分析速度没有过严的要求。因此，采用本发明，设备的投入大大减少，生产过程简化，技术难度降低。
实施例120MnVBH1，20MnVBH2，20MnVBH3窄带子钢号钢的生产技术条件规定三个子钢号的J，值(HRC)
20MnVBH1J9＝32～4020MnVBH2J9＝36～4420MnVBH3J9＝34～42订货时，用户在三个子钢号中任意选择适合自己要求的子钢号。(1)母钢号化学成份规范的确定(%)C0.17/0.23Mn1.10/1.45Si0.17/0.37B0.0013/0.0035V0.07/0.12运用本发明提出的计算式，计算J9的硬度值。上述化学成份的中限值对应的J，计算值为38.44HRC。这与上述技术条件中三个子钢号中的J，最大值44，最小值32的中限值38基本吻合，即与母钢号的J9＝32～44的中限值吻合。
(2)按上述确定的化学成份规范，在平炉冶炼。冶炼中，不采用成份微调工艺，只按碱性平炉的一般操作冶炼。
(3)一组冶炼计划为20MnVBH12炉20MnVBH23炉20MnVBH31炉(4)计算机判定程序中，子钢号的判定参数20MnVBH132≤J9预报值＜3820MnVBH238≤J9预报值≤4420MnVBH335≤J9预报值≤41
(5)在每冶炼完成一炉后，将下列三组数据输入到计算机中a、该炉钢的成品化学成份C、Mn、Si、Cr、Ni、M0、W、V、B、N、P、AL、Ti、Zr、Nb、Cu、b、每组冶炼计划中，每个子钢号计划冶炼的炉数。
c、每个子钢号已冶炼完成的炉数。
计算机启动之后，显示该炉钢的J9值，再显示所属的子钢号，具体数据如下表6炉钢的成品化学成份如下(%)
※N＝0.008，Nb＝0，Zr＝0输入的冶炼计划，子钢号完成炉数，子钢号判定结果
※输入的冶炼计划H12炉，H23炉，H31炉第6炉冶炼完成之后，各子钢号完成炉数与原计划要求相符。按同样的方法，开始第二组计划的冶炼。每个子钢号在每次冶炼计划中所占的比例，可以在下述范围内变化H10～50%，H20～50%，H30～100%从89年至90年5月，在100吨碱性平炉共生产出上述窄带子钢号钢10000吨，全部符合上述技术条件的要求。
实施例220CrMnTiH120CrMnTiH220CrMnTiH3窄带钢的生产技术条件规定三个子钢号的J9值
20CrMnTiH1J9＝30-3720CrMnTiH2J9＝35-4220CrMnTiH3J9＝32-39在订货时，用户根据自己的需要，任意选择某个子钢号。
(1)母钢号化学成份的确定(%)C0.18/0.23Mn0.80/1.10Cr1.00/1.30Ti0.04/0.10Si0.17/0.37运用本发明中的计算式，计算J9硬度值。上述化学成份中限值对应的J9计算值＝33.66(HRC)。在上述技术条件中J9的最大值＝42(HRC)，J9最小值＝30(HRC);平均值＝36(HRC)。J9计算值小于J9平均值。即比三个子钢号对应的母钢号的J9值的中限值低。用本发明中的计算式，计算出对应J9＝36的化学成份(%)C0.18/0.23Mn0.85/1.15Cr1.05/1.35Ti0.04/0.10Si0.17/0.37矫正过的化学成份的中限值对应的J，计算值＝35.74基本与J9＝36相吻合。
(2)按矫正过的化学成份规范，在碱性平炉，按一般的生产工艺冶炼。
(3)一组冶炼计划20CrMnTiH11炉20CrMnTiH21炉20CrMnTiH33炉(4)计算机判定程序中，子钢号的判定参数20CrMnTiH130≤J9预报值＜3620CrMnTiH236≤J9预报值≤4220CrMnTiH333≤J9预报值≤38(5)每炉钢冶炼完成之后，将下列三组数据输入到计算机中。
a、该炉钢的成品化学成份C、Mn、Si、Cr、Ni、M0、CuW、V、P、N、AL、Nb、Zr、Ti、Bb、冶炼计划中每个子钢号所需冶炼的炉数。
c、每个子钢号已完成的炉数。
计算机启动后，先显示该炉钢J9预报值，再显示该炉钢应判的子钢号。
具体数据如下表5炉钢成品化学成份
※N＝0.008B＝0V＝0Zr＝0Nb＝0输入的冶炼计划，子钢号完成炉数，子钢号判定结果
※输入的冶炼计划H11炉H21炉H33炉按照同样的方法，开始第二组冶炼计划炼钢。每个子钢号在每次冶炼计划中所占比例可在下列范围内变化H10～50%H20～50%H30～100%从90年2月开始，应用上述方法在100吨碱性平炉已生产上述窄带齿轮钢5000吨。完全符合上述技术条件。
实施例320CrM0H1，20CrM0H2，20CrM0H3窄带钢的生产技术条件规定J9值20CrM0H1J9＝33-3920CrM0H2J9＝36-4220CrM0H3J9＝34-40(1)一组冶炼计划为20CrM0H11炉20CrM0H23炉20CrM0H32炉(2)母钢号化学成份及冶炼工艺(%)C0.17/0.23Mn0.55/0.90Si0.15/0.35Cr0.85/1.25M00.15/0.35按上述化学成份规范，采用成份微调工艺冶炼。在冶炼时，成份微调工艺所确定的J9目标值＝37.5。这个目标值与技术条件中J9值的最大、最小值的平均值37.5应当完全符合。如果不相符则必须修正微调工艺中计算机控制程序的参数，将微调工艺的J9目标值对准J9＝37.5。
(3)计算机判定程序中子钢号判定参数20CrM0H133≤J9预报值＜37.520CrM0H237.5≤J9预报值≤42
20CrM0H335.5≤J9预报值≤39.5(4)每炉钢冶炼完成之后，将下列数据输入到计算机中a、该炉钢的成品化学成份C、Mn、Si、Cr、Ni、M0、W、V、B、N、Ti、AL、Zr、Nb、P、Cub、冶炼计划中每个子钢号的炉数。
C、每个子钢号已完成的炉数。
计算机运算后，显示J9预报值与子钢号名称，结果如下6炉钢成品化学成份(%)
※Ti＝0Zr＝0Nb＝0V＝0B＝0
输入的冶炼计划、每个子钢号已完成炉数，子钢号判定结果
※输入的冶炼计划H11炉，H23炉，H32炉从本实施例看出，本发明与成份微调工艺联用，可以生产出质量水平更高的钢。
实施例4应用本发明的方法生产窄淬透性带钢，正确地矫正母钢号的化学成份规范，准确的预报钢的端淬硬度值都要靠本发明提出的计算式。计算式的精确性与广泛适用性决定了本发明方法的广泛适用性与准确性。在这个实施例中，应用计算式对下述钢号进行计算，并与实际测量值或大量检验数据的统计平均值进行比较(1)对一些常见母钢号端淬值的计算
(2)对高碳轴承钢的计算
化学成份
端淬值计算(HRC)
这个实施例表明，本发明提出的计算式，具有很高的精确性;可以适用于齿轮钢、调质钢、弹簧钢、渗碳轴承钢及高碳轴承钢。因而，本发明提出的生产窄淬透性钢的方法，具有广泛的适用性。
权利要求
1.一种生产窄淬透性带钢的方法，其特征在于首先用本发明提出的计算式矫正或确定冶炼钢号(称母钢号)的化学成份规范，使用矫正过的化学成份规范冶炼；其后，完成端淬硬度预报；最后对母钢号划小的数个子钢号进行判定，钢的淬透性带宽可控制在8HRC以内。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于将母钢号淬透性带分为四段，每相邻两段为一个子钢号的淬透性带宽，一个母钢号分为二个或三个子钢号，每个子钢号的淬透性带宽均在6HRC以内。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于用钢中化学成份与端淬硬度之间的计算式确定或矫正冶炼钢号的化学成份规范、预报钢的端淬硬度值，该计算式为当C≤0.16时，FC＝0.1+0.23C当C＞0.16时，FC=0.23/C0.1(10c-2.5)2-(10c-2.5)+3.05]]>FM1＝exp(1.3Mn+0.001Mn6)FM2＝exp(1.23Cr+0.005Cr6)FM3＝exp(2M0+0.22M03)FM4＝exp(0.345Ni+0.01Ni3)FM5＝exp(0.28Si+0.01Si3)FM6＝exp(2.23P+0.0005P6)FM7＝exp(0.3Cu+0.01Cu3)FM8＝exp(0.5W+0.001W6)FM9＝f(AL，Ti，Nb，N、Zr)FM10＝0.27+〔exp(-V)-0.27exp(-100V)〕FM11＝1+2.5(0.9-C)FM12＝f(Ti，Nb，Zr)当B≥0.0013时，D0＝FC·FM1·FM2·FM3·FM4·FM5·FM6·FM7·FM8·FM9·FM10FM11·FM12当B＜0.0013时，D0＝FC·FM1·FM2·FM3·FM4·FM5·FM6·FM7·FM8·FM9·FM10·FM12当D0≥3时，S0＝6.6D0当D0＜3时，S0＝5.6D0HRC(4)＝22+44(1-e-4C)A＝0.39+0.22(1-e-c)+0.004So-0.015(S/So)B1＝0.61-0.22(1-e-c)-0.004So(2.6C44S/So)]]>D＝exp｛[lu(0.41+0.39C-0.004So)]·(S/So)｝HRC(S)＝HRC(4)·(A+B1·D)式中(1).C、Mn、Cr、Si、Ni、Mo、W、V、Cu、ALN、zr、Nb、B、Ti、P钢中元素含量均以1%为1计算。(2).S为末端淬火试样上距淬火末端的距离(毫米)。(3).HRC(S)为末端淬火试样上距淬火末端S毫米处的洛氏硬度值。(4).FM9、FM12为未公开计算式。
4.根据权利要求1、2、3的方法，其特征在于母钢号的冶炼采用成份微调工艺，其端淬硬度带宽可控制在6HRC以内。
5.根据权利要求1、2、3、4的方法，其特征在于此法不仅适用齿轮钢、对调质钢、弹簧钢、渗碳轴承钢以及高碳轴承钢也能适用。
全文摘要
一种生产窄淬透性带钢的方法，属于高质量钢生产领域，涉及一种端淬硬度要求很严的钢的生产方法。本发明在钢的冶炼、浇铸过程中不进行成份微调。它采用精度高、适用性广泛的通用计算式预报钢的端淬硬度值，确定或矫正母钢号的化学成分规范；完成母钢号的冶炼和浇铸，端淬硬度预报，子钢号判定三大步骤来可控地实现窄淬透性带钢的生产。应用本发明，能生产出淬透性带宽在8HRC以内的端淬钢。
文档编号C21D1/55GK1047697SQ9010340
公开日1990年12月12日 申请日期1990年7月3日 优先权日1990年7月3日
发明者常曙光 申请人:大冶钢厂