一种20MnCr5齿轮钢及其轧制方法与流程

一种20mncr5齿轮钢及其轧制方法
1.技术领域
2.本发明涉及一种20mncr5齿轮钢及其轧制方法，属于冶金行业轧钢技术领域。


背景技术：

3.20mncr5 钢在齿轮钢中属德标系列较高端的钢种，φ600mm连铸坯生产的φ200mm~ φ300mm的20mncr5齿轮钢棒材超声探伤合格率91.2%，通过探伤、解剖分析发现95%以上的超声探伤不合缺陷处无氧化、无脱碳层、存在自由表面特征，随着轧材规格减小，缺陷当量也随之减小，说明探伤不合是由于连铸坯中的缩孔在轧制过程中未焊合造成的。
4.目前，连铸坯为堆冷工艺，在步进梁式加热炉中加热时间短，加热速度快，开坯机轧制工艺中最大单道次压下量为90mm，最大压下率18%，并且轧制速度高，变形不能很好的渗透到芯部，芯部应变小，未把连铸坯中的残余缩孔缺陷有效焊合。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种20mncr5齿轮钢及其轧制方法，能够改善轧材的低倍组织，使组织更加致密，提高超声探伤合格率，解决背景技术中存在的问题。
6.本发明的技术方案是：一种20mncr5齿轮钢，化学成分质量百分比为：c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：0.01～0.10、mo：0.01～0.05，其余为fe和其它不可避免的杂质。
7.一种20mncr5齿轮钢轧制方法，包含连铸、加热、轧制、冷却，化学成分质量百分比为：c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：0.01～0.10、mo：0.01～0.05，其余为fe和其它不可避免的杂质；连铸：连铸坯采用热装或缓冷工艺，采用热装时热装温度≥650℃，采用缓冷工艺时入缓冷坑温度≥650℃，出坑温度＜200℃；加热：均热段温度1150~1260℃，出炉温度1240~1260℃；轧制：开坯机轧制温度1080~1180℃，连轧开轧温度980℃~1020℃，终轧温度＞950℃；冷却：轧材入缓冷坑温度500~600℃，缓冷时间55h~72h。
8.所述加热：连铸坯热装时：热装温度≥650℃，预热区温度≤850℃，加热时间＞9h；连铸坯冷装时：预热区温度≤700℃，加热时间＞13h。
9.所述轧制：开坯机轧制9~11道次，第1~4道次压下率≥12%，第5~8道次平均压下率≥18%，并且两个单道次压下量不低于110mm；连轧轧制道次4~6道次，平均延伸系数大于1.13。
10.所述开坯机轧制的速度为1.0~1.5m/s。
11.所述连铸坯规格为φ600mm，成品规格为φ200mm~ φ300mm。
12.本发明的有益效果是：（1）优化了连铸坯缓冷和加热工序，降低了热应力和组织转变应力的叠加；（2）提高了最大单道次的压下量，降低了轧制速度，增加了芯部的变形渗透；（3）有效提高了大规格20mncr5齿轮钢超声探伤合格率，满足gb/t4162 b级的探伤合格率由原来的91.2%提高到99.1%，并且还可以改善轧材的低倍组织，使组织更加致密。
附图说明
13.图1为不同压下量时芯部的等效应变；图2为不同轧制速度时芯部的等效应变；图3为轧制速度为1.0m/s时等效应变云图；图4为轧制速度为3.0m/s时的等效应变云图。
具体实施方式
14.以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
15.参照附图1-4，一种20mncr5齿轮钢，化学成分质量百分比为：c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：0.01～0.10、mo：0.01～0.05，其余为fe和其它不可避免的杂质。
16.一种20mncr5齿轮钢轧制方法，包含连铸、加热、轧制、冷却，化学成分质量百分比为：c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：0.01～0.10、mo：0.01～0.05，其余为fe和其它不可避免的杂质；连铸：连铸坯采用热装或缓冷工艺，采用热装时热装温度≥650℃，采用缓冷工艺时入缓冷坑温度≥650℃，出坑温度＜200℃；加热：均热段温度1150~1260℃，出炉温度1240~1260℃；轧制：开坯机轧制温度1080~1180℃，连轧开轧温度980℃~1020℃，终轧温度＞950℃；冷却：轧材入缓冷坑温度500~600℃，缓冷时间55h~72h。
17.所述加热：连铸坯热装时：热装温度≥650℃，预热区温度≤850℃，加热时间＞9h；连铸坯冷装时：预热区温度≤700℃，加热时间＞13h。
18.所述轧制：开坯机轧制9~11道次，第1~4道次压下率≥12%，第5~8道次平均压下率≥18%，并且两个单道次压下量不低于110mm；连轧轧制道次4~6道次，平均延伸系数大于1.13。
19.所述开坯机轧制的速度为1.0~1.5m/s。
20.所述连铸坯规格为φ600mm，成品规格为φ200mm~ φ300mm。
21.实施例1：φ600mm连铸坯轧制φ300mm，按照以下步骤进行：第一步：连铸坯采用热送或者缓冷工艺，冶炼成分如下：单位,wt%，c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：0.01～0.10、mo：0.01～0.05。
22.连铸坯入缓冷坑温度≥650℃，出坑温度＜200℃，降低冷却速度，减小连铸坯芯部
的拉应力，cu、ni、mo成分按照下线控制。
23.第二步：φ600mm连铸坯热装或者冷装的连铸坯送入步进式加热炉加热，加热工艺如下：第三步：经过高压水除鳞机除掉连铸坯表面的氧化铁皮，除鳞压力250bar~280bar。
24.第四步：开坯机开轧温度1150℃~1180℃。开坯机轧制工艺如下：轧制速度在1.0~1.5m/s之间，5~8道次压下率不小于10%，并且最少有2道次的单道次大压下量不小于110mm，当最大压下时轧制速度为1.0m/s。
25.第五步：开坯后的中间坯，在液压剪切头后输送至连轧机组，轧制4道次，连轧开轧温度980℃~1020℃，轧制工艺规程如下：第六步：金属锯锯切后经过步进式冷床冷却，缓冷入坑温度500℃~550℃，缓冷时间72h，出坑温度＜200℃。
26.第七步：出坑后人工摊检，并进行超声波探伤。满足gb/t4162 b级的探伤合格率为96.1%。
27.实施例2:φ600mm连铸坯轧制φ200mm，按照以下步骤进行：第一步：连铸坯热送或者缓冷工艺，冶炼成分如下：单位,wt%,c：0.17～0.22、si：0.20～0.40、mn：1.10～1.40、cr：1.00～1.30、p：≤0.025、s：≤0.035、cu：0.01～0.04、ni：
0.01～0.10、mo：0.01～0.05。
28.连铸坯入缓冷坑温度≥650℃，出坑温度＜200℃，降低冷却速度，减小连铸坯芯部的拉应力。cu、ni、mo成分按照下线控制。
29.第二步：600圆连铸坯热装或者冷装的连铸坯送入步进式加热炉加热，加热工艺如下：第三步：经过高压水除鳞机除掉连铸坯表面的氧化铁皮，除鳞压力250bar~280bar。
30.第四步：开坯机开轧温度1150℃~1180℃。开坯机轧制工艺如下：轧制速度在1.0~1.5m/s之间，5~8道次压下率不小于10%，并且最少有2道次的单道次大压下量不小于110mm，当最大压下时轧制速度为1.0m/s。
31.第六步：开坯后的中间坯，在液压剪切头后输送至连轧机组，轧制6道次，连轧开轧温度980℃~1020℃，终轧温度＞950℃，轧制工艺规程如下：第七步：金属锯锯切后经过步进式冷床冷却，缓冷入坑温度500℃~550℃，缓冷时
间72h，出坑温度＜200℃。
32.第八步：出坑后人工摊检，并进行超声波探伤。满足gb/t4162 b级的探伤合格率为99.8%。
33.参照附图1-4，选用六面体单元进行变形体的离散，分别对比了压下量和轧制速度对轧材芯部应变的影响。由图1可见，相同条件下，当压下量为120mm和60mm时，芯部的等效应变分别为0.314、0.144。由图2 可见，相同条件下，当轧制速度分别为1.0m/s和3.5m/s时芯部应变分别为0.071、0.103。结果表明，提高单道次压下量和降低轧制速度可以增加芯部的等效应变，对芯部缺陷的焊合是非常有利的。