一种齿轮钢带状组织的控制方法以及齿轮钢

摘要

本发明涉及一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用对齿轮钢加热、轧制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状组织的控制，具体包括以下，轧制前加热的步骤、轧制的步骤、轧制后冷却的步骤。本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，通过采用合适的轧前加热工艺、轧制工艺、以及轧后冷却工艺使齿轮钢的带状组织级别下降到2.0以下，满足了齿轮钢的窄淬透性的要求，并且齿轮钢的到的淬透性更加稳定。本发明的齿轮钢带状组织的控制方法生产工艺简单，生产成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮钢带状组织的控制方法以及齿轮钢，属于钢铁冶金 制造技术领域。

背景技术

齿轮钢是制造齿轮的主要材料，齿轮钢在凝固过程中由于结晶的选分作 用，会导致钢坯的成分在横向及纵向截面上不均匀，在轧制后的冷却过程中 由于成分偏析会造成组织(铁素体与珠光体)呈层状分布，即形成带状组织， 进而影响到钢的淬透性能的稳定性。

中国专利文献CN101381803B公开了一种齿轮钢带状组织控制方法，该方 法采用铁水预处理→转炉初炼→钢包精炼炉精炼或钢包精炼炉+真空脱气炉 精炼→连铸工艺流程生产齿轮钢连铸坯，将钢坯加热后经20架短应力线高刚 度封闭式红圈轧机连续轧制，分别控制不同的终轧温度,生产出热轧圆钢棒 材，可使钢材铁素体珠光体带状组织级别≤2.5级。

中国专利文献CN101289731A公开了一种CrMnTi系窄淬透性带齿轮钢及 其制造方法，该方法控制中间包过热度为10-30℃、拉速为0.50-0.85m/min； 轧制加热温度为1130-1280℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度850-980℃， 生产规格Φ30-160mm的齿轮钢圆钢。通过采取窄成分的钢种设计及电炉炉料 结构优化、电炉终点控制、细晶及带状组织控制等合理的工艺措施，有效地 实现了窄淬透性等目标。

文献《热处理工艺对SAE8620H低碳齿轮钢带状组织的影响》试验了SA E8620H齿轮钢轧材在热轧、完全退火以及等温退火3种状态下的带状组织。 结果表明，完全退火后轧材带状组织级别较热轧态高,因930-650℃快冷抑制 先共析铁素体的析出，显著改善了钢的带状组织。

上述文献公开的技术方案或通过控制连铸中包过热度和拉速来降低带状 组织级别；或通过控制轧制温度或轧制后热处理形式来降低带状组织级别， 其带状组织的级别控制在2-2.5级，不能充分满足高端窄淬透性渗碳齿轮钢 的要求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中齿轮钢的带状组 织的级别不能充分满足高端窄淬透性渗碳齿轮钢的要求的技术问题，从而提 供一种带状组织级别低的、使钢具有稳定的窄淬透性带的齿轮钢带状组织的 控制方法。

此外，本发明还提供一种带状组织级别低的、具有稳定的窄淬透性带的 齿轮钢。

为解决上述技术问题，本发明的一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用 对齿轮钢加热、轧制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状 组织的控制，具体包括以下步骤：

轧制前加热的步骤:将钢坯置于加热炉中进行加热，预热段中加热炉温 度控制在900℃以下；加热段中加热炉温度控制在1130-1190℃；均热段中加 热炉温度控制在1150-1210℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间不少于3小 时；

轧制的步骤：将加热后的钢坯送入轧机，依次进行初轧、中轧、精轧；

轧制后冷却的步骤：将轧制后的钢坯进行穿水冷却，钢坯的行进速度为 1-2m/s，穿水冷却时间为3-6s，冷却水压为0.8-1.2MPa，水流量控制在 80-100m3/(h·m)，冷却后钢坯表面的返红温度为100-150℃。

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，在所述轧制后冷却步骤中，轧制 后冷却通过依次布置至少四段喷水冷却器来进行，以对所述钢坯进行强弱交 替的冷却。

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，所述喷水冷却器为四段，第一段 对所述钢坯进行强冷，第二段对所述钢坯进行中弱冷，第三段对所述钢坯进 行中强冷，第四段对所述钢坯进行弱冷，第二段的冷却强度小于第一段的冷 却强度，第三段的冷却强度大于第二段的冷却强度，第四段的冷却强度小于 第三段的冷却强度。

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，四段喷水冷却器的喷水流量分别 为，第一段为95-100m³/(h·m)，第二段为85-90m³/(h·m)，第三段为90-95m³/ (h·m)，第四段为80-85m³/(h·m)。

优选地，四段喷水冷却器的喷水流量分别为，第一段为98-100m³/(h ·m)，第二段为93-95m³/(h·m)，第三段为88-90m³/(h·m)，第四段为 83-85m³/(h·m)。

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，在所述轧制步骤中，初轧的开轧 温度控制在1130-1170℃，中轧的温度控制在940-1100℃；精轧的温度控制 在880-920℃。

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，在所述轧制步骤中，初轧的开轧 温度控制在1150-1170℃，中轧的温度控制在980-1100℃；精轧的温度控制 在900-920℃。

优选地，轧制前加热的步骤中，预热段中加热炉温度控制在860℃以下； 加热段中加热炉温度控制在1160-1190℃；均热段中加热炉温度控制在 1180-1210℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间不少于4小时；

本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，其特征在于，在所述轧制后冷却 的步骤中，还包括在穿水冷却后将钢坯空冷到室温的步骤。

此外，本发明还提供一种齿轮钢，采用上述的控制方法控制带状组织的 级别。

本发明的齿轮钢，所述齿轮钢的带状组织的级别小于2.0。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，通过采用合适的轧前加热工 艺、轧制工艺、以及轧后冷却工艺，抑制齿轮钢在轧制后的成分偏析现象， 使齿轮钢的带状组织级别下降到2.0以下，并且使齿轮钢J9和J15的硬度值 的波动范围在3HRC之内，满足了齿轮钢的窄淬透性的要求，并且齿轮钢的淬 透性更加稳定。本发明的齿轮钢带状组织的控制方法生产工艺简单，生产成 本低廉。

(2)本发明的齿轮钢带状组织的控制方法，通过将喷水冷却器分段设置， 并且分别控制各段喷水冷却器的喷水流量，从而获得了良好的冷却效果，进 一步降低了齿轮钢的带状组织级别。

需要说明的是，本发明中穿水冷却是指以一定的运行速度，将钢坯插入 水流中，钢坯运行方向与水流方向基本平行，在此，基本平行是指钢坯运行 方向与水流方向形成的夹角在-5度到5度之间。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发 明的具体实施方式。

实施例1

本实施例提供一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用对齿轮钢加热、轧 制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状组织的控制，具体 包括以下步骤：

轧制前加热的步骤:将钢坯置于加热炉中进行加热，预热段中加热炉温 度控制在900℃；加热段中加热炉温度控制在1190℃；均热段中加热炉温度 控制在1210℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间为5小时；

轧制的步骤：将加热后的钢坯送入轧机，依次进行初轧、中轧、精轧； 初轧的开轧温度控制在1170℃，中轧的温度控制在1100℃；精轧的温度控制 在920℃；

轧制后冷却的步骤：将轧制后的钢坯进行穿水冷却，轧制后冷却通过依 次布置四段喷水冷却器来进行，以对所述钢坯进行强弱交替的冷却，钢坯的 行进速度为2m/s，穿水冷却时间为4s，冷却水压为1.2MPa，冷却后钢坯表面 的返红温度为150℃。

所述喷水冷却器中，第一段对所述钢坯进行强冷，第二段对所述钢坯进 行中弱冷，第三段对所述钢坯进行中强冷，第四段对所述钢坯进行弱冷，第 二段的冷却强度小于第一段的冷却强度，第三段的冷却强度大于第二段的冷 却强度，第四段的冷却强度小于第三段的冷却强度。

具体地，四段喷水冷却器的喷水流量分别为，第一段为100m³/(h·m)， 第二段为90m³/(h·m)，第三段为95m³/(h·m)，第四段为85m³/(h·m)。

在所述轧制后冷却的步骤中，还包括在穿水冷却后将钢坯空冷到室温的 步骤，空冷时间控制在15分钟以内。

在本实施例中，钢坯穿水冷却时，钢坯运行方向与水流方向形成5度夹 角。

实施例2

本实施例提供一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用对齿轮钢加热、轧 制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状组织的控制，具体 包括以下步骤：

轧制前加热的步骤:将钢坯置于加热炉中进行加热，预热段中加热炉温 度控制在850℃；加热段中加热炉温度控制在1130℃；均热段中加热炉温度 控制在1150℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间为3小时；

轧制的步骤：将加热后的钢坯送入轧机，依次进行初轧、中轧、精轧； 初轧的开轧温度控制在1130℃，中轧的温度控制在940℃；精轧的温度控制 在880℃；

轧制后冷却的步骤：将轧制后的钢坯进行穿水冷却，轧制后冷却通过依 次布置四段喷水冷却器来进行，以对所述钢坯进行强弱交替的冷却，钢坯的 行进速度为1m/s，穿水冷却时间为6s，冷却水压为0.8MPa，冷却后钢坯表面 的返红温度为100℃。

所述喷水冷却器中，第一段对所述钢坯进行强冷，第二段对所述钢坯进 行中弱冷，第三段对所述钢坯进行中强冷，第四段对所述钢坯进行弱冷，第 二段的冷却强度小于第一段的冷却强度，第三段的冷却强度大于第二段的冷 却强度，第四段的冷却强度小于第三段的冷却强度。

具体地，四段喷水冷却器的喷水流量分别为，第一段为95m³/(h·m)， 第二段为85m³/(h·m)，第三段为90m³/(h·m)，第四段为80m³/(h·m)。

在所述轧制后冷却的步骤中，还包括在穿水冷却后将钢坯空冷到室温的 步骤。空冷时间控制在15分钟以内。

在本实施例中，钢坯穿水冷却时，钢坯运行方向与水流方向形成-5度夹 角。

实施例3

本实施例提供一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用对齿轮钢加热、轧 制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状组织的控制，具体 包括以下步骤：

轧制前加热的步骤:将钢坯置于加热炉中进行加热，预热段中加热炉温 度控制在860℃；加热段中加热炉温度控制在1190℃；均热段中加热炉温度 控制在1180℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间为4小时；

轧制的步骤：将加热后的钢坯送入轧机，依次进行初轧、中轧、精轧； 初轧的开轧温度控制在1150℃，中轧的温度控制在980℃；精轧的温度控制 在900℃；

轧制后冷却的步骤：将轧制后的钢坯进行穿水冷却，轧制后冷却通过依 次布置四段喷水冷却器来进行，以对所述钢坯进行强弱交替的冷却，钢坯的 行进速度为1.5m/s，穿水冷却时间为5s，冷却水压为1MPa，冷却后钢坯表 面的返红温度为130℃。

所述喷水冷却器中，第一段对所述钢坯进行强冷，第二段对所述钢坯进 行中弱冷，第三段对所述钢坯进行中强冷，第四段对所述钢坯进行弱冷，第 二段的冷却强度小于第一段的冷却强度，第三段的冷却强度大于第二段的冷 却强度，第四段的冷却强度小于第三段的冷却强度。

具体地，四段喷水冷却器的喷水流量分别为，第一段为98m³/(h·m)， 第二段为93m³/(h·m)，第三段为88m³/(h·m)，第四段为83m³/(h·m)。

在所述轧制后冷却的步骤中，还包括在穿水冷却后将钢坯空冷到室温的 步骤。空冷时间控制在15分钟以内。

在本实施例中，钢坯穿水冷却时，钢坯运行方向与水流方向形成3度夹 角。

实施例4

本实施例提供一种齿轮钢带状组织的控制方法，采用对齿轮钢加热、轧 制以及冷却工艺进行综合控制的方法来实现对齿轮钢带状组织的控制，具体 包括以下步骤：

轧制前加热的步骤:将钢坯置于加热炉中进行加热，预热段中加热炉温 度控制在840℃；加热段中加热炉温度控制在1140℃；均热段中加热炉温度 控制在1170℃；钢坯在加热炉中的总体加热时间为4.5小时；

轧制的步骤：将加热后的钢坯送入轧机，依次进行初轧、中轧、精轧； 初轧的开轧温度控制在1160℃，中轧的温度控制在1000℃；精轧的温度控制 在890℃；

轧制后冷却的步骤：将轧制后的钢坯进行穿水冷却，轧制后冷却通过依 次布置四段喷水冷却器来进行，以对所述钢坯进行强弱交替的冷却，钢坯的 行进速度为1.5m/s，穿水冷却时间为5s，冷却水压为0.9MPa，冷却后钢坯表 面的返红温度为130℃。

所述喷水冷却器中，第一段对所述钢坯进行强冷，第二段对所述钢坯进 行中弱冷，第三段对所述钢坯进行中强冷，第四段对所述钢坯进行弱冷，第 二段的冷却强度小于第一段的冷却强度，第三段的冷却强度大于第二段的冷 却强度，第四段的冷却强度小于第三段的冷却强度。

具体地，四段喷水冷却器的喷水流量分别为，第一段为99m³/(h·m)， 第二段为94m³/(h·m)，第三段为96m³/(h·m)，第四段为82m³/(h·m)。

在所述轧制后冷却的步骤中，还包括在穿水冷却后将钢坯空冷到室温的 步骤。空冷时间控制在15分钟以内。

在本实施例中，钢坯穿水冷却时，钢坯运行方向与水流方向相平行。

需要指出的是，实施例1-4中的喷水流量是指钢坯运行方向上每米的喷 水器在1小时里所喷出的水的量。

实施例1-4中的喷水器中的水的温度为室温，也即25-27度。

实施例5

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为20CrMnTiH3，采用实施例1所述的控制 方法控制带状组织的级别。

实施例6

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为20CrMnTiH3，采用实施例2所述的控制 方法控制带状组织的级别。

实施例7

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为20CrMnTiH3，采用实施例3所述的控制 方法控制带状组织的级别。

实施例8

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为20CrMnTiH3，采用实施例4所述的控制 方法控制带状组织的级别。

实施例9

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为22CrMoH，采用实施例1所述的控制方 法控制带状组织的级别。

实施例10

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为22CrMoH，采用实施例2所述的控制方 法控制带状组织的级别。

实施例11

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为22CrMoH，采用实施例3所述的控制方 法控制带状组织的级别。

实施例12

本实施例提供一种齿轮钢,钢种为22CrMoH，采用实施例4所述的控制方 法控制带状组织的级别。

效果实施例

将按照实施例1-4的生产方法得到的齿轮钢，即实施例5-12中所述的齿 轮钢的带状组织进行评级，并测试其淬透性能。

带状组织的评级按照《GB/T13299-91钢的显微组织评定方法》的规定 对显微组织进行评级。

淬透性能按照《钢末端淬透性试验法GB225-63》的规定，检验距水冷端 距离为9mm(用J9表示)和15mm(用J15表示)处的硬度值。

表1实施例5-8齿轮钢中的带状组织等级以及硬度值

实施例 带状组织等级 J9硬度值/HRC J15硬度值/HRC 实施例5 1.5 34 29 实施例6 2 35 30 实施例7 1 35 30 实施例8 1.5 36 31 实施例9 1.5 34 实施例10 2 36 实施例11 1 36 实施例12 1.5 35

通过表1可以看出，利用实施例1-4中的齿轮钢带状组织的控制方法， 通过采用合适的轧前加热工艺、轧制工艺、以及轧后冷却工艺使齿轮钢的带 状组织级别下降到2.0以下，并且使J9和J15的硬度值的波动范围在3HRC 之内，满足了齿轮钢的窄淬透性的要求，并且齿轮钢的淬透性更加稳定。本 发明的齿轮钢带状组织的控制方法生产工艺简单，生产成本低廉。尤其是通 过将喷水冷却器分段设置，并且分别控制各段喷水冷却器的喷水流量，从而 获得了良好的冷却效果，进一步降低了齿轮钢的带状组织级别。另外，通过 表1还可以看出，齿轮钢产品中，实施例7、11为最佳实施例，也即控制方 法中，实施例3为最佳实施例。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的 限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出 其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之 中。