一种免正火温锻内星轮用钢的制造方法与流程

1.本发明提供了一种免正火温锻内星轮用钢的制造方法。
技术背景
2.热锻温度通常为950℃以上，会导致锻件表面生成厚氧化铁皮，增加后续修磨量；冷加工由于变形抗力大，会导致磨具损耗严重；为兼顾生产中磨具损耗、提高锻件表面质量，目前内星轮较多采用温锻成型。加工工艺为中频感应加热至850～900℃—预断—精锻—切边冲孔—700～780℃去应力退火—渗碳淬火—表面抛丸—成品。该流程生产的内星轮虽然表面质量优异，但由于锻造温度低锻件内部组织不均匀，储存的变形能大，导致后续渗碳过程中晶粒长大驱动力增大，最终成品出现大面积混晶现象，不适用于高载荷要求内星轮。
3.为了生产细晶粒内星轮产品，锻造厂家通常在渗碳淬火前，应力退火后增加等温正火工艺，该措施虽可解决内星轮混晶问题，但由于正火温度高，导致表面氧化铁皮大量生成，影响表面质量，同时增加成本，不利于大批量生产。


技术实现要素：

4.为了解决

背景技术：
中的问题，本发明提出了免正火温锻内星轮用钢，可在不增加等温正火工序下得到晶粒均匀细小的内星轮成品，降低生产成本，提高表面质量。
5.一种免正火温锻内星轮用钢的制造方法，具体工艺包括：成分优化、连铸生产、控制轧制，具体步骤如下：
6.钢棒按照质量百分比的元素组成为：c：0.19～0.23％；si：0.20～0.35％；mn:1.2～1.40％；p≤0.035％；s：≤0.035％；cr：1.00～1.30％，al：0.015～0.045％，n:100～200ppm余量时fe和不可避免的杂质。
7.制造方法:
8.220
×
260mm断面8机8流弧形连铸机—蓄热式加热炉—连轧机组轧制—kocks减定径机组—6#7#水箱—冷床—下线精整—打包入库。
9.关键工艺参数为：
10.连铸生产：拉速0.75～0.85m/min，比水量0.25l/kg，并将二冷比水量分配设定为30％，30％，40％，结晶器电磁搅拌电流为140
±
5a，频率2
±
0.2hz。
11.钢坯加热：具体加热工艺为：加热一段900～1000℃，加热二段及均热段温度1220～1250℃，高温段加热时间≥80min。
12.控轧轧制：轧前不穿水，保证进kocks温度≥980℃，轧后穿水，控制上冷床温度再650～750℃。
13.轧制后形成棒材，下游使用后温锻加工成品。具体为：钢棒-下料-中频感应加热850～900℃-预断-精锻-切边冲孔-700～780℃去应力退火-950～960℃渗碳-炉冷至830℃淬火-180℃回火-表面抛丸-成品。
14.温锻的锻造温度介于钢种两相区，由于两相区变形会产生形变诱导铁素体组织，与过冷奥氏体相比，其硬度低，仅为过冷奥氏体的1/4，因此温锻的变形主要发生在形变诱导形成的铁素体中。组织形变的不均匀导致温锻渗碳后出现大面积的混晶现象。而mn元素可以增大形变诱导铁素体出现的临界变形量，随着锰含量的提升，临界变形量逐步增大，当锰含量≥1.2％时，可以强烈阻止温锻变形过程中由于变形导致的铁素体产生。但温锻的变形抗力也会随着增大，因此为减小变形抗力，保证温锻过程顺利进行，同时抑制变形时铁素体组织的析出，对钢中mn含量进行优化，控制1.2～1.4％。
15.碳是最显著增强奥氏体稳定性的元素，适当提高碳元素含量可延长钢材相变的孕育期，有助于温锻时保持单相奥氏体状态。因此将c元素控制在0.19～0.23％；
16.钢棒控轧轧制后的冷却过程中发生的铁素体与珠光体相变，是碳元素长程扩散的结果。而原始奥氏体状态下，碳的成分不均匀会加速相变时的形核，促进相变的进行。为控制温锻时为单一的奥氏体状态，需要在连铸时减轻碳元素的偏析情况，控制碳偏析指数≤1.10％，为此选取最佳连铸参数，与此相关的工艺措施是：采用拉速0.75～0.85m/min(目标0.80m/min)；控制二冷比水量，采用中等冷却强度，控制比水量0.25l/kg，并将二冷比水量分配设定为30％，30％，40％。
17.连铸过程结晶器电磁搅拌参数增大，有助于减轻钢坯凝固过程中产生的枝晶，减轻碳元素偏析情况，但增参数过大会使冲刷结晶前沿的溶质成分，导致贫碳区白亮带的产生，因此需要权衡两者，选择合适的电磁搅拌参数，在不产生白亮带的基础上最大限度增大结晶器电磁搅拌参数，与此相关的结晶器电磁搅拌电流为140
±
5a，频率2
±
0.2hz。
18.采用高温加热，使钢坯中氮化铝完全溶解，同时高温扩散，减缓连铸坯的碳偏析，具体加热工艺为：加热一段900～1000℃，加热二段及均热段温度1220～1250℃，高温段加热时间≥80min。
19.由于温锻前需要对棒材进行剪切下料，为了方便下料，目前温锻用钢原始组织为铁素体与珠光体，因为该组织轧态硬度在160～230hbw软硬适中，有利于剪切进行。但珠光体组织为片层结构，感应加热时由于加热速度快，保温时间短，片层碳化物溶解于奥氏体后根本来不及扩散，因此会加重奥氏体中微观碳偏析，导致碳分布的高低起伏，碳含量低的位置在后续温锻过程中会形成铁素体核心，促进相变过程，不利于温锻时为单一奥氏体状态。因此为了防止温锻混晶的产生，需要控制温锻原始组织为贝氏体，贝氏体碳化物弥散分布，加热后有利于奥氏体成分均匀。具体轧制工艺为：轧前不穿水，保证进kocks温度≥980℃，轧后穿水，控制上冷床温度再650～750℃。高温终轧增强轧材的奥氏体稳定性，轧后低温上冷床，快速进入贝氏体转变区间，使轧材得到贝氏体组织。
20.与现有技术相比，相比于常规20cr等钢种在温锻加工使用后，需要经过等温正火，之后再渗碳淬火，成品零件的晶粒度才能均匀≥7级，无混晶。本发明通过对成分(主要是碳、锰、铝氮)、成分均匀性(偏析指数≤1.1)、通过高温加热控制氮化铝溶解均匀析出、控制组织为贝氏体这几个方面共同配合，使温锻加工可以达到免正火而且控制渗碳后晶粒≥7级的要求。
附图说明
21.图1为实施例1的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图；
22.图2为实施例2的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图；
23.图3为对比例1的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图；
24.图4为对比例2的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图；
25.图5为对比例3的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图；
26.图6为对比例4的棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度图。
具体实施方式
27.制造方法:
28.220
×
260mm断面8机8流弧形连铸机—蓄热式加热炉—控轧轧制—kocks减定径机组—6#7#水箱—冷床—下线精整—打包入库。其中未公开的制备条件为常规的，参考20cr钢种进行。
29.实施例1
30.钢坯成分：碳：0.20％；硅：0.22％；锰：1.23％；铬：1.20％；磷：0.014％；硫：0.023％，al：0.025％，n:136ppm。
31.生产工艺流程为：220
×
260mm断面8机8流弧形连铸机—蓄热式加热炉—连轧机组轧制—kocks减定径机组—6#7#水箱—冷床—下线精整—打包入库；
32.连铸生产：拉速0.80m/min，比水量0.25l/kg，结晶器电磁搅拌电流为142a，频率2.1hz。连铸坯偏析指数为1.08。
33.钢坯加热：加热一段温度985℃，加热二段温度1235℃，均热段温度1234℃，加热二段与均热段总加热时间136min。
34.控轧轧制：进kocks温度989℃，开启6#与7#水箱，调整流量及压力，控制上冷床温度689℃。
35.钢棒—下料—中频感应加热850～900℃—预断—精锻—切边冲孔—700～780℃去应力退火—950～960℃渗碳—炉冷至830℃淬火—180℃回火—表面抛丸—成品。
36.图1为棒材经过温锻加工、渗碳淬火得到成品的晶粒度组织图，可以看出晶粒均匀，无混晶现象，检测后等级为8级。
37.实施例2
38.钢坯成分：碳：0.20％；硅：0.22％；锰：1.32％；铬：1.25％；磷：0.014％；硫：0.020％，al：0.027％，n:112ppm；
39.生产工艺流程为：220
×
260mm断面8机8流弧形连铸机—蓄热式加热炉—连轧机组轧制—kocks减定径机组—6#7#水箱—冷床—下线精整—打包入库。
40.连铸生产：拉速0.84m/min，比水量0.25l/kg，结晶器电磁搅拌电流为144a，频率1.9hz。连铸坯偏析指数为1.10。
41.钢坯加热：加热一段温度966℃，加热二段温度1237℃，均热段温度1239℃，加热二段与均热段总加热时间88min。
42.控轧轧制：进kocks温度1002℃，开启6#与7#水箱，调整流量及压力，控制上冷床温度723℃。
43.实施例2轧制后的棒材—温锻加工—渗碳淬火—成品金相检验(图2)。晶粒度为8级，晶粒均匀，无混晶现象。
44.对比例1
45.对比例1与实施例1相比，区别在于：不实行mn元素的高成分控制：mn元素含量1.08％，其他与实施例1相同。
46.对比例1轧制后的棒材—温锻加工—渗碳淬火—成品金相检验(图3)。晶粒度粗晶0级，细晶8级，有明显的混晶现象。
47.对比例2
48.对比例2与实施例1相比，区别在于：不实行低拉速控制：拉速0.90m/min，其他与实施例1相同。连铸坯偏析指数为1.15。
49.对比例2轧制后的棒材—温锻加工—渗碳淬火—成品金相检验(图4)。晶粒度粗晶1级，细晶8级，有明显的混晶现象。
50.对比例3
51.对比例3与实施例2相比，区别在于不实行合理的电磁搅拌参数：结晶器电磁搅拌电流为256a，频率4.1hz，其他与实施例2相同。连铸坯偏析指数为1.13。
52.对比例3轧制后的棒材—温锻加工—渗碳淬火—成品金相检验(图5)。晶粒度粗晶0级，细晶8级，有明显的混晶现象。
53.对比例4
54.对比例4与实施例2相比，区别在于不实行高温终轧与轧后穿水：终轧温度965℃，上冷床温度850℃，原始组织为铁素体与珠光体。其他与实施例2相同。
55.对比例4轧制后的棒材—温锻加工—渗碳淬火—成品金相检验(图6)。晶粒度粗晶2级，细晶8级，有明显的混晶现象。