CN113652609A - 一种低成本42CrMoA圆钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于圆钢技术领域，具体涉及一种低成本42CrMoA圆钢及其生产方法；钢材成分为：C：0.41～0.43％、Mn：0.63～0.66％、Si：0.20～0.35％、Mo：0.16～0.17％、Cr：0.98～0.99％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％、余量为Fe及不可避免杂质；步骤包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切和热钢收集；本发明通过优化组分和工艺，降低吨钢成本的同时，使得钢材的强度和韧性也得到了提高；获得了一种保性能、保探伤的42CrMoA圆钢，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于连铸生产中小棒圆钢技术领域，具体涉及一种低成本42CrMoA圆钢及其生产方法。
背景技术
42CrMoA是一种常用的高淬透性合金结构钢，具有较高的高强度和良好的韧性，冷应变塑性良好，无明显的回火脆性。调质或渗碳处理后有较高的疲劳极限和抗冲击能力，具有良好的综合力学性能，被广泛应用于加工高压管道和紧固件、齿轮、轴等机械零件；但是目前42CrMoA圆钢的生产成本一直处于较高水平；随着市场竞争的加剧，降低吨钢成本已迫在眉睫。
目前在圆钢的生产过程中，连铸坯存在中心偏析及轧制过程中的冷却工艺不当，使钢材端部产生中心裂纹，无法保证圆钢的力学性能；同时为了降低吨钢成本，盲目降低某些贵金属元素的使用，降低成本的同时也损害了钢材的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，在保证圆钢的力学性能的同时降低吨钢成本。
为了实现以上目的，本发明首先提供一种低成本42CrMoA圆钢，由下列重量百分比的成分组成：
C：0.38～0.44％、Mn：0.50～0.80％、Si：0.17～0.35％、Mo：0.15～0.25％、Cr：0.90～1.20％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质。
化学成分设计：
为了满足组织设计的要求，考虑冶炼的生产工艺和技术水平，在满足标准规定的化学成分、力学性能、低倍组织的前提下，从节约成本的角度出发，设计了42CrMoA钢的化学成分(如表1)。
表1成分设计：
具体成分优化设计为：C：0.41～0.43％、Mn：0.63～0.66％、Si：0.20～0.25％、Mo：0.16～0.17％、Cr：0.98～0.99％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质。
为研制开发的42CrMoA合结圆钢与传统成分合金结构钢的化学成分对比；从表中可知，Si、Mn成分范围都缩小，同时添加Al可以起到细化晶粒强化作用，有利于产品性能稳定，有利于产品的加工。
Mn是固溶强化元素，对提高圆钢的强度和韧性均有利；Cr与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，显著提高强度及淬透性，提高圆钢强度并且具有良好的耐磨性能；Mo固溶于钢中的作用是消除回火脆性、细化晶粒，同时提高钢的淬透性。在保证力学性能合格的基础上，为节约成本，42CrMoA中Mo含量控制在下限为0.16～0.17％。
为达到成品的各项性能，保证该钢种强度与塑性良好的匹配，应严格控制钢材化学成分，需适当地提高Mn的含量，降低Si含量，适当降低Mo含量，采用部分Mn、Cr替代部分Mo合金元素，降低吨钢成本；这看似简单的调整，实质上是经过大量的创造性实验才能获知的结果，其用量必须严格控制，并非是简单调整所能实现的，否则会影响钢材的性能；在本发明的限定条件下能够保证回火稳定性；同时控制Al含量，不宜过大，否则会带来副作用；用量控制为0.010％～0.030％，钢中的Al主要用于固定钢中的游离N，减少冷加工过程中的加工硬化，另一方面也起到细化晶粒的作用。
本发明还提供一种低成本42CrMoA圆钢的生产方法，包括以下步骤：
包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切、热钢收集。
(1)转炉冶炼中：转炉出钢碳含量0.12～0.20％，出钢磷含量P≤0.015％；终点温度≥1600℃；
(2)LF精炼，以Al-Si为主扩散脱氧，以提高钢水纯净度，同时Al细化钢材的晶粒度；进站温度≥1512℃，出站温度1542～1557℃，白渣保持时间≥15min；
(3)连铸：中间包钢水过热度为20～40℃；连铸坯拉速控制在1.0～1.1m/min；连铸过程中的结晶器采用电磁搅拌；
(4)堆冷：将连铸后得到的连铸坯避风堆冷，时间不小于36h；
(5)加热：堆冷处理后的连铸坯经过1150～1250℃加热保温，保温时间不小于3小时；保温后进行轧制成圆钢；
(6)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，粗轧阶段1050～1220℃，精轧阶段900～1050℃，入冷床温度800～900℃；
(7)轧制后高温剪切，剪切温度≥450℃，得到剪切后的圆钢；
(8)热钢收集。
进一步地，步骤(1)中所述终点温度为1607～1639℃。
进一步地，步骤(2)中所述进站温度为1512～1520℃；所述白渣保持时间为15～16min。
进一步地，步骤(3)中所述电磁搅拌采用首搅I＝400A，f＝2Hz，末搅I＝400A，f＝10Hz的工艺，能够打碎柱状晶，增加等轴晶，有效控制柱状晶生长，增加等轴晶率。
进一步地，步骤(4)中所述堆冷时间为36～37h。
进一步地，步骤(6)中，所述除磷压力为18～21MPa。
进一步地，步骤(7)中，所述剪切温度为450～460℃。
进一步地，步骤(8)中，所述热钢收集的具体操作：剪切后的圆钢堆垛温度≥200℃，避风缓冷不小于36h；圆钢的中心疏松不大于1.0级，缩孔不大于0.5级。
本发明的优点和技术效果是：
本发明得到一种强度、韧性、加工性各项性能优异的42CrMoA圆钢；Mn是固溶强化元素，对提高圆钢的强度和韧性均有利；Cr与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，显著提高强度及淬透性，提高圆钢强度并且具有良好的耐磨性能；Mo固溶于钢中的作用是消除回火脆性、细化晶粒，同时提高钢的淬透性。在保证力学性能合格的基础上，为节约成本，42CrMoA中Mo含量控制在下限为0.16～0.17％；本发明Si、Mn成分范围都缩小，同时添加Al可以起到细化晶粒强化作用，有利于产品性能稳定，有利于产品的加工；降低吨钢成本的同时，使得钢材的强度和韧性也得到了提高。
结合工艺步骤的改进，本发明生产工艺采用炼钢不过VD程序，在不影响钢材性能的同时进一步节约成本。
本发明的连铸过程中的结晶器采用电磁搅拌；电磁搅拌采用首搅I＝400A，f＝2Hz，末搅I＝400A，f＝10Hz的工艺，能够打碎柱状晶，增加等轴晶，有效控制柱状晶生长，增加等轴晶率。
通过以上简约有效的工艺流程设计，避免连铸坯存在中心偏析及轧制过程中冷却工艺不当，使钢材端部产生中心裂纹；保证了圆钢的力学性能、超声波探伤等指标；节约成本在70～80元/吨，大幅降低了吨钢成本，获得了一种低成本生产的规格20～50mm保性能、保探伤的42CrMoA圆钢，具有很好的推广意义。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
对比例1：
本42CrMoA圆钢产品直径50mm，传统化学成分：C：0.42％、Si：0.26％、Mn：0.65％、Cr：0.97％、Mo：0.18％、P：0.015％、S：0.014％、Ni：0.02％、Cu：0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；
工艺步骤：包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切、收集。
(1)转炉冶炼中：出钢碳含量0.12％，出钢磷含量0.014％；终点温度1605℃；
(2)LF精炼：加入石灰、莹石调整炉渣流动性，白渣保持时间15min，出站温度1630℃。
(3)VD真空：高真空度67Pa，保持时间15min。
(4)连铸：中间包钢水过热度为40℃；连铸坯拉速控制在1.0m/min；
(5)将连铸坯避风堆冷，36h；
(6)加热：连铸坯经过1150℃加热保温3小时进行轧制成圆钢；
(7)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，除磷压力为21MPa；粗轧阶段1150℃，精轧阶段1050℃，入冷床温度850℃；
(8)轧制后高温剪切，剪切温度400℃；
(9)热钢收集，圆钢堆垛于其他热钢材中间，避风缓冷36h；热轧圆钢的中心疏松1.0级，缩孔0.5级；圆钢产品直径50mm。
实施例1：
本42CrMoA圆钢产品直径45mm，化学成分及质量百分含量见表3。
本发明步骤：包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切、热钢收集。
(1)转炉冶炼中：出钢碳含量0.12％，出钢磷含量0.015％；终点温度1607℃；
(2)LF精炼，进站温度1512℃，出站温度1542℃，白渣保持时间16min。
(3)连铸：中间包钢水过热度为40℃；连铸坯拉速控制在1.0m/min；
(4)堆冷：将连铸坯避风堆冷，36h；
(5)加热：连铸坯经过1160℃加热保温3小时进行轧制成圆钢；
(6)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，除磷压力为24MPa；粗轧阶段1150℃，精轧阶段1050℃，入冷床温度850℃；
(7)轧制后高温剪切，剪切温度450℃；
(8)热钢收集，圆钢堆垛于其他热钢材中间，避风缓冷37h。热轧圆钢的中心疏松1.0级，缩孔0.5级。
实施例2：
本42CrMoA圆钢产品直径40mm，化学成分及质量百分含量见表3。
本发明步骤：包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切、热钢收集。
(1)转炉冶炼中：出钢碳含量0.13％，出钢磷含量0.007％；终点温度1639℃；
(2)LF精炼：进站温度1520℃，出站温度1545℃，白渣保持时间15min；
(3)连铸：中间包钢水过热度为40℃；连铸坯拉速控制在1.0m/min；
(4)堆冷：将连铸坯避风堆冷，37h；
(5)加热：连铸坯经过1170℃加热保温3小时进行轧制成圆钢；
(6)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，除磷压力为21MPa；粗轧阶段1100℃，精轧阶段950℃，入冷床温度900℃；
(7)轧制后高温剪切，剪切温度460℃；
(8)热钢收集，圆钢堆垛于其他热钢材中间，避风缓冷36.5h。热轧圆钢的中心疏松1.0级，缩孔0.5级。
实施例3：
本42CrMoA圆钢产品直径50mm，化学成分及质量百分含量见表3。
本发明步骤：包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、铸坯避风堆冷、加热、轧制、高温剪切、热钢收集。
(1)转炉冶炼中：出钢碳含量0.12％，出钢磷含量0.010％；终点温度1610℃；
(2)LF精炼，进站温度1518℃，出站温度1550℃，白渣保持时间15min；
(3)连铸：中间包钢水过热度为35℃；连铸坯拉速控制在1.1m/min；
(4)堆冷：将连铸坯避风堆冷，36h；
(5)加热：连铸坯经过1180℃加热保温3小时进行轧制成圆钢；
(6)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，除磷压力为21MPa；粗轧阶段1190℃，精轧阶段960℃，入冷床温度810℃；
(7)轧制后高温剪切，剪切温度450℃；
(8)热钢收集，圆钢堆垛于其他热钢材中间，避风缓冷37.5h。热轧圆钢的中心疏松1.0级，缩孔0.5级。
效果数据呈现：
(1)成本效益：
以目前市场价格计算：增加0.01％Mn，吨钢成本约1.0元；增加0.01％Cr，吨钢成本约1.5元；增加0.01％Mo，吨钢成本约22元。
1)对比例1：成分包含Mn：0.64％、Cr：0.97％、Mo：0.18％；
实施例1：成分包含Mn：0.65％、Cr：0.99％、Mo：0.17％；
实施例2：成分包含Mn：0.66％、Cr：0.99％、Mo：0.16％；
实施例3：成分包含Mn：0.66％、Cr：0.99％、Mo：0.16％；
实施例中采用部分Mn、Cr替代部分Mo合金元素，Mn吨钢成本增加了1.0～2.0元，Cr吨钢成本增加了3.0元，而Mo吨钢成本下降了22元，Mn+Cr的总成分不超过5.0元；单纯的光合金降本在17元左右。
2)工艺步骤中简化取消了VD工序，节约成本在60元/吨；
通过成分和工艺优化，本发明节约成本在70～80元/吨，具有很好的推广意义。
(2)化学成分：
表2熔炼成分
(3)性能指标：
表3 42CrMoA圆钢产品力学性能检验结果
通过结果可以看出，本发明得到一种强度、韧性、加工性各项性能优异的42CrMoA圆钢；Mn是固溶强化元素，对提高圆钢的强度和韧性均有利；Cr与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，显著提高强度及淬透性，提高圆钢强度并且具有良好的耐磨性能；Mo固溶于钢中的作用是消除回火脆性、细化晶粒，同时提高钢的淬透性。在保证力学性能合格的基础上，为节约成本，42CrMoA中Mo含量控制在下限为0.16～0.17％；本发明Si、Mn成分范围都缩小，同时添加Al可以起到细化晶粒强化作用，有利于产品性能稳定，有利于产品的加工；降低吨钢成本的同时，使得钢材的强度和韧性也得到了提高。
结合工艺步骤的改进，本发明生产工艺采用炼钢不过VD程序，在不影响钢材性能的同时进一步节约成本。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种低成本42CrMoA圆钢，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：
C：0.38～0.44％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.50～0.80％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr：0.90～1.20％、Ni≤0.30％、Mo：0.15～0.25％、Al≤0.030％、Cu≤0.2％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低成本42CrMoA圆钢，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：C：0.41～0.43、Mn％：0.63～0.66％、Si：0.20～0.25％、Mo：0.16～0.17％、Cr：0.98～0.99％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；所述圆钢直径为20～50mm。
3.根据权利要求1或2所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼中：转炉出钢碳含量0.12～0.20％，出钢磷含量P≤0.015％；终点温度≥1600℃；
(2)LF精炼，以Al-Si为主扩散脱氧，提高钢水纯净度，同时Al细化钢材的晶粒度；进站温度≥1512℃，出站温度1542～1557℃，白渣保持时间≥15min；
(3)连铸：中间包钢水过热度为20～40℃；连铸坯拉速控制在1.0～1.1m/min；连铸过程中的结晶器采用电磁搅拌；
(4)堆冷：将连铸后得到的连铸坯避风堆冷，时间不小于36h；
(5)加热：堆冷处理后的连铸坯经过1150～1250℃加热保温，保温时间不小于3小时；保温后进行轧制成圆钢；
(6)除鳞轧制：对圆钢进行除鳞，粗轧阶段1050～1220℃，精轧阶段900～1050℃，入冷床温度800～900℃；
(7)轧制后高温剪切，剪切温度≥450℃，得到剪切后的圆钢；
(8)热钢收集。
4.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述终点温度为1607～1639℃。
5.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中所述进站温度为1512～1520℃；所述白渣保持时间为15～16min。
6.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中所述电磁搅拌采用首搅I＝400A，f＝2Hz，末搅I＝400A，f＝10Hz的工艺。
7.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中所述堆冷时间为36～37h。
8.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(6)中，所述除磷压力为18～21MPa。
9.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(7)中，所述剪切温度为450～460℃。
10.根据权利要求3所述的低成本42CrMoA圆钢的生产工艺，其特征在于，步骤(8)中，所述热钢收集的具体操作：剪切后的圆钢堆垛温度≥200℃，避风缓冷不小于36h；圆钢的中心疏松不大于1.0级，缩孔不大于0.5级。
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2021
- 2021-08-06 CN CN202110901461.6A patent/CN113652609A/zh active Pending
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