一种基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法及低碳齿轮钢

1.本发明属于钢铁冶炼生产领域，特别涉及一种基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法及低碳齿轮钢。


背景技术：

2.低碳齿轮钢作为汽车、铁路、等工程机械中使用要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料。带状组织是低碳齿轮钢中常见的有害组织，一般指热轧缓慢冷却下形成的铁素体/珠光体带，其存在不仅会恶化钢材横向韧性和塑性，造成钢材力学性能各向异性，而且还会影响后续加工零件热处理变形均匀性，严重时导致齿轮加工零件报废。因此，带状组织是当前低碳齿轮钢生产过程迫切希望避免的有害组织。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法及低碳齿轮钢，本发明能够有效解避免带状组织的形成，提高低碳齿轮钢的性能。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法，包括如下过程：
6.冶炼过程夹杂物改性调控、连铸以及轧制过程控轧控冷；
7.其中，冶炼过程夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，夹杂物改质剂采用re基改质剂、zr-ti基改质剂或mg基改质剂，改性变质得到弥散氧化物；
8.轧制过程控轧控冷时，将连铸坯加热至1000～1250℃保温2～3h；然后冷却至1100～1130℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为30％～40％、变形速率为0.1～1.0/s；随后冷却至920～960℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为30％～50％、变形速率为0.01～0.1/s；第二阶段轧制变形后，冷却至室温，冷却速率控制为1.0～3.0℃/s。
9.优选的，当夹杂物改质剂采用re基改质剂时，以质量百分数计，re基改质剂中re含量为15％～30％，re基改质剂的加入量为1.0～2.0kg/t。
10.优选的，当夹杂物改质剂采用zr-ti基改质剂时，以质量百分数计，zr-ti基改质剂中zr含量为30％～50％，ti含量为15％～20％，zr-ti基改质剂的加入量为0.5～2.0kg/t。
11.优选的，当夹杂物改质剂采用mg基改质剂时，以质量百分数计，mg基改质剂中mg含量为10％～20％，mg基改质剂的加入量为1.0～3.0kg/t。
12.优选的，所述弥散氧化物的尺寸为0.5～3.0μm，弥散氧化物数量密度为80～200个/mm2。
13.优选的，第一阶段轧制温降控制在70～100℃，第二阶段轧制温降控制在40～60℃，第二阶段轧制变形后，铸坯温度不小于860℃。
14.本发明还提供了一种低碳齿轮钢，所述低碳齿轮钢通过本发明如上所述的基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法加工得到。
15.优选的，以质量百分数计，所述低碳齿轮钢的成分包括：c 0.18％～0.22％，si 0.20％～0.33％，mn 0.75％～0.85％，p≤0.01％，s≤0.01％，cr 0.45％～0.55％，ni 0.55％～0.68％，mo 0.2％～0.3％，al 0.010％～0.015％，t.o≤0.0020％，n 0.0020％～0.0035％，余量为fe。
16.本发明具有如下有益效果：
17.本发明通过精炼过程夹杂物变性改质处理获得可以诱导晶内铁素体的细小弥散分布的氧化物，通过轧制过程控轧控冷，发挥夹杂物的氧化物冶金作用，促进晶内铁素体在冷却过程形核长大，细化晶粒的同时，有效抑制晶界铁素体形成，在热轧冷却过程实现带状组织的原位控制，有效避免了带状组织的形成。
附图说明
18.图1是传统冶炼工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图；
19.图2是本发明实施例1加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图；
20.图3是本发明实施例2加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图；
21.图4是本发明实施例3加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
22.图5是本发明实施例4加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
23.图6是本发明实施例5加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
24.图7是本发明实施例6加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
25.图8是本发明实施例7加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
26.图9是本发明实施例8加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
27.图10是本发明实施例9加工工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.本发明基于氧化物冶金改善低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
30.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
31.所述夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为80～200个/mm2；所述夹杂物改质剂为re基、zr-ti基和mg基中的一种；当夹杂物改质剂采用re基改质剂时，以质量百分数计，re基改质剂中re含量为15％～30％，re基改质剂的加入量为1.0～2.0kg/t。当夹杂物改质剂采用zr-ti基改质剂时，以质量百分数计，zr-ti基改质剂中zr含量为30％～50％，ti含量为15％～20％，zr-ti基改质剂的加入量为0.5～2.0kg/t。当夹杂物改质剂采用mg基改质剂时，以质量百分数计，mg基改质剂中mg含量为10％～20％，mg基改质剂的加入量为1.0～3.0kg/t。
32.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1200～1250℃
保温2～3h，然后冷却至1100～1130℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为30％～40％，变形速率为0.1～1.0/s，第一阶段轧制温降控制在70～100℃；随后冷却至920～960℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为30％～50％，变形速率为0.01～0.1/s，第二阶段轧制温降控制在40～60℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度不小于860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为1.0～3.0℃/s。
33.本发明通过精炼过程变性改质处理获得可诱导晶内铁素体形核的氧化物，通过轧制过程控轧控冷，发挥夹杂物的氧化物冶金作用，促进晶内铁素体在冷却过程形核长大，细化晶粒的同时，有效抑制晶界铁素体形成，进而达到改善带状组织的目的。
34.本发明的方法适合于加工低碳齿轮钢，以质量百分数计，所述低碳齿轮钢主要化学成分包括：c 0.18％～0.22％，si 0.20％～0.33％，mn 0.75％～0.85％，p≤0.01％，s≤0.01％，cr 0.45％～0.55％，ni 0.55％～0.68％，mo 0.2％～0.3％，al 0.010％～0.015％，t.o≤0.0020％，n 0.0020％～0.0035％，余量为fe。
35.实施例1
36.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：
37.c：0.18％，si：0.33％，mn：0.65％，p：0.01％，s：0.007％，cr：0.55％，ni：0.59％，mo：0.25％，al：0.015％，t.o：0.0016％，n：0.0027％，余量为fe。
38.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
39.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
40.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为80个/mm2；所述夹杂物改质剂为re基，以质量百分数计，re基改质剂中re含量为15％，re基改质剂的加入量为2.0kg/t。
41.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1200℃保温3h，然后冷却至1100℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为0.1/s，第一阶段轧制温降控制在70℃；随后冷却至920℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为50％，变形速率为0.1/s，第二阶段轧制温降控制在40℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为1.0℃/s。
42.实施例2
43.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：
44.c：0.18％，si：0.33％，mn：0.65％，p：0.01％，s：0.007％，cr：0.55％，ni：0.59％，mo：0.25％，al：0.015％，t.o：0.0016％，n：0.0027％，余量为fe。
45.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
46.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
47.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为200个/mm2；所述夹杂物改质剂为re基，以质量百分数计，re基改质剂中re含量为30％，re基改质剂的加入量为1.0kg/t。
48.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1200℃保温3h，然后冷却至1100℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为
0.1/s，第一阶段轧制温降控制在70℃；随后冷却至920℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为50％，变形速率为0.1/s，第二阶段轧制温降控制在40℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为1.0℃/s。
49.实施例3
50.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：
51.c：0.18％，si：0.33％，mn：0.65％，p：0.01％，s：0.007％，cr：0.55％，ni：0.59％，mo：0.25％，al：0.015％，t.o：0.0016％，n：0.0027％，余量为fe。
52.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
53.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
54.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为140个/mm2；所述夹杂物改质剂为re基，以质量百分数计，re基改质剂中re含量为24％，re基改质剂的加入量为1.5kg/t。
55.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1200℃保温3h，然后冷却至1100℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为0.1/s，第一阶段轧制温降控制在70℃；随后冷却至920℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为50％，变形速率为0.1/s，第二阶段轧制温降控制在40℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为1.0℃/s。
56.实施例4
57.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.20％，si：0.20％，mn：0.75％，p：0.008％，s：0.005％，cr：0.45％，ni：0.68％，mo：0.3％，al：0.013％，t.o：0.0018％，n：0.0035％，余量为fe。
58.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
59.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
60.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为80个/mm2；所述夹杂物改质剂为zr-ti基，以质量百分数计，以质量百分数计，zr-ti基改质剂中zr含量为30％，ti含量为20％，zr-ti基改质剂的加入量为0.5kg/t。
61.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1250℃保温2h，然后冷却至1130℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为1/s，第一阶段轧制温降控制在100℃；随后冷却至960℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为0.01/s，第二阶段轧制温降控制在60℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为3℃/s。
62.实施例5
63.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.20％，si：0.20％，mn：0.75％，p：0.008％，s：0.005％，cr：0.45％，ni：0.68％，mo：0.3％，al：0.013％，t.o：0.0018％，n：0.0035％，余量为fe。
64.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
65.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
66.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为140个/mm2；所述夹杂物改质剂为zr-ti基，以质量百分数计，以质量百分数计，zr-ti基改质剂中zr含量为50％，ti含量为15％，zr-ti基改质剂的加入量为2.0kg/t。
67.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1250℃保温2h，然后冷却至1130℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为1/s，第一阶段轧制温降控制在100℃；随后冷却至960℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为0.01/s，第二阶段轧制温降控制在60℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为3℃/s。
68.实施例6
69.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.20％，si：0.20％，mn：0.75％，p：0.008％，s：0.005％，cr：0.45％，ni：0.68％，mo：0.3％，al：0.013％，t.o：0.0018％，n：0.0035％，余量为fe。
70.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
71.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
72.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为200个/mm2；所述夹杂物改质剂为zr-ti基，以质量百分数计，以质量百分数计，zr-ti基改质剂中zr含量为40％，ti含量为17％，zr-ti基改质剂的加入量为1.2kg/t。
73.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1250℃保温2h，然后冷却至1130℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为1/s，第一阶段轧制温降控制在100℃；随后冷却至960℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为30％，变形速率为0.01/s，第二阶段轧制温降控制在60℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为3℃/s。
74.实施例7
75.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.22％，si：0.26％，mn：0.85％，p：0.009％，s：0.01％，cr：0.52％，ni：0.55％，mo：0.2％，al：0.01％，t.o：0.0019％，n：0.0020％，余量为fe。
76.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
77.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
78.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为80个/mm2；所述夹杂物改质剂为mg基，以质量百分数计，mg基改质剂中mg含量为10％，mg基改质剂的加入量为1.0kg/t。
79.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1225℃保温2.5h，然后冷却至1115℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为35％，变形速率为0.5/s，第一阶段轧制温降控制在85℃；随后冷却至940℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为0.05/s，第二阶段轧制温降控制在50℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为2℃/s。
80.实施例8
81.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.22％，si：0.26％，mn：0.85％，p：0.009％，s：0.01％，cr：0.52％，ni：0.55％，mo：0.2％，al：0.01％，t.o：0.0019％，n：0.0020％，余量为fe。
82.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
83.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
84.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为140个/mm2；所述夹杂物改质剂为mg基，以质量百分数计，mg基改质剂中mg含量为20％，mg基改质剂的加入量为3.0kg/t。
85.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1225℃保温2.5h，然后冷却至1115℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为35％，变形速率为0.5/s，第一阶段轧制温降控制在85℃；随后冷却至940℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为0.05/s，第二阶段轧制温降控制在50℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为2℃/s。
86.实施例9
87.以质量百分数计，本实施例低碳齿轮钢的成分包括：c：0.22％，si：0.26％，mn：0.85％，p：0.009％，s：0.01％，cr：0.52％，ni：0.55％，mo：0.2％，al：0.01％，t.o：0.0019％，n：0.0020％，余量为fe。
88.本实施例基于氧化物冶金改善上述低碳齿轮钢带状组织的方法包括如下过程：
89.冶炼过程夹杂物改性调控、轧制过程控轧控冷；
90.夹杂物改性调控是在lf精炼出站时加入夹杂物改质剂，改性变质得到细小的弥散氧化物，细小的弥散氧化物尺寸为0.5～3.0μm，氧化物数量密度为200个/mm2；所述夹杂物改质剂为mg基，以质量百分数计，mg基改质剂中mg含量为15％，mg基改质剂的加入量为2kg/t。
91.所述轧制过程控轧控冷，要求将冶炼、连铸后的连铸坯经加热炉在1225℃保温2.5h，然后冷却至1115℃进行第一阶段轧制，第一阶段轧制的轧制变形量为35％，变形速率为0.5/s，第一阶段轧制温降控制在85℃；随后冷却至940℃进行第二阶段轧制，第二阶段轧制的轧制变形量为40％，变形速率为0.05/s，第二阶段轧制温降控制在50℃；第二阶段轧制变形后，铸坯温度＞860℃，之后冷却至室温，冷却速率控制为2℃/s。
92.图1是传统冶炼工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图，图2～图10是是本发明实施例1～实施例9冶炼工艺轧制后低碳齿轮钢的微观组织图；明显看出经本发明冶炼工艺轧制后的低碳齿轮钢带状组织得到改善，钢中未见明显长条带状组织，取而代之的是均匀分布的铁素体、珠光体组织。
93.以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。