一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法

2023-11-10 18:37:27 3

一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法
【專利摘要】一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法，具體地說，是一種改善含錫20CrMnTi鋼熱塑性的方法。它是向含錫20CrMnTi鋼中加入微量的硼，改善其熱塑性。其特徵是鋼的主要化學成分（以重量百分比計）為：C：0.17~0.23%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.8~1.1%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：1.0~1.3%，Ti：0.04~0.1%，Sn：0.01~0.1%，餘量為Fe及其他不可避免的微量元素，在此基礎上，鋼中加入重量百分比為0.001~0.01%的B。本發明能夠顯著改善和提高含錫20CrMnTi鋼的熱塑性，從而避免其在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面缺陷等問題。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於鋼鐵冶金領域，具體涉及一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方 法。 一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法

【背景技術】
[0002] 從青藏地區、甘肅和新疆地區、寧夏和內蒙地區的鐵礦資源來看，都有共同的、明 顯的特點，就是鐵礦中大部分都伴生Sn等殘餘元素，同時，也使該些地區的民用和工業的 廢生鐵、廢鋼中都含有較高的殘餘元素。
[0003] 廢鋼的大量積累和再循環使用，使鋼中含有的Sn、Cu、As、Sb等殘餘有害元素不斷 增加，在鋼中的含量越來越高。對鋼的性能，特別是連鑄坯的性能有著不良的影響。在連鑄 過程中，當鋼坯從高溫連續冷卻時，Sn、As、Sb等元素在鋼坯表面及內部晶界上發生非平衡 晶界偏聚，降低表面及晶界內聚力，近而在連鑄彎道拉伸、平道矯直、熱軋延展時出現表面 和內部裂紋，影響連鑄坯的質量和成材率。同時Sn還能夠降低Cu在奧氏體中的溶解度和 富Cu相的熔點，熱軋過程中導致表面熱脆的產生，顯著惡化軋材表面質量。
[0004] 文獻1 (鋼鐵，2001，36(12) :70)報導，關於鋼中殘餘元素的危害，目前工業生產中 主要採用配料稀釋法(如高爐煉鐵時，合理配礦以減少鐵水中殘餘元素含量，電爐煉鋼中用 直接還原鐵（DRI )、熱壓塊鐵（HBI )、碳化鐵、高爐鐵水等廢鋼替代品來稀釋鋼液）來改善殘 餘元素的危害。然而此法要求足夠量的優質鐵礦資源、清潔鐵源等，並且易導致殘餘元素的 循環富集，治標不治本。文獻2 (J. Rare. Earth·，2007, 25 (suppl.) :278)報導，稀土 La能 與鋼中殘餘元素反應，可一定程度上改善殘餘元素的危害，然而煉鋼過程中稀土的收得率 較低，同時稀土活性較強，將優先與鋼中的氧、硫等元素反應，這將進一步使稀土的使用量 增加，導致生產成本增加，同時大量的使用稀土易造成水口結瘤，影響生產的順行。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法，改善和提高 含殘餘有害元素齒輪鋼的熱塑性，避免其在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面缺陷等問 題。
[0006] 本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0007] -種含殘餘有害元素齒輪鋼，具體地說，是含Sn的20CrMnTi鋼，主要成分重量 百分比為：C :0· 17?0· 23%，Si :0· 17?0· 37%，Μη :0· 8?1. 1%，P 彡 0· 025%，S 彡 0· 025%，Cr : 1. (Γ1. 3%，Ti :0. 〇Γ〇. 1%，Sn :0. 01、. 1%，餘量為Fe及其他不可避免的微量元素，在此基礎 上，鋼中加入重量百分比為〇. 〇〇廣〇. 01%的B。
[0008] 進一步地，鋼中的Ti和N重量百分比的關係滿足如下關係式：Ti/N彡6。
[0009] 進一步地，鋼中的殘餘有害元素的重量百分比：Sn 0. 01、. 1%。
[0010] 上述方案詳述如下：在含Sn的20CrMnTi鋼中，成分如上述所述，殘餘有害元素 Sn能夠顯著惡化20CrMnTi鋼的熱塑性，從而導致其在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面 缺陷等問題。本發明在保證Ti/N彡6的條件下，向含錫20CrMnTi鋼中加入微量B，改善和 提高含殘餘有害元素的鋼的熱塑性，解決鋼在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面缺陷等問 題。本發明所涉及的Sn、B以及Ti/N彡6的作用如下：鋼中的殘餘有害元素 Sn，易於晶界偏 聚，降低晶界表面能，弱化晶間聚合力，加速晶界微孔的形成和長大，阻礙晶界的遷移和動 態再結晶的發生，進而惡化鋼的熱塑性；B為間隙原子，在鋼中的晶界偏聚傾向非常強烈， 可優先於有害偏聚元素 Sn佔據晶界偏聚位置，從而減弱甚至消除有害元素在晶界的偏聚， 進而能有效減輕甚至消除Sn晶界偏聚對熱塑性的危害，同時B的晶界偏聚能增加晶間聚合 力，抑制晶界微孔的形成，降低微孔的長大速率，同時能夠阻礙奧氏體-鐵素體轉變，避免 奧氏體晶界處鐵素體膜的形成，增加晶界滑移阻力；鋼中B還能促進晶內鐵素體的形成，增 強奧氏體的變形能力；加快動態再結晶的發生，從而能夠改善和提商含錫20CrMnTi鋼的熱 塑性，然而當B以BN形式於晶界網狀析出時，會降低晶間聚合力，增加晶界微孔的形成和長 大，進而惡化鋼的熱塑性，為此，控制鋼中的N含量，保證Ti/N> 6即可優先固定鋼中N，從 而能夠抑制BN的形成和晶界網狀析出。
[0011] 本發明能夠解決殘餘有害元素 Sn惡化20CrMnTi鋼熱塑性的問題，改善含錫 20CrMnTi鋼的熱塑性，有效減少其在連鑄和軋制過程中裂紋及表面缺陷的產生，顯著提高 產品質量和生產效率，降低生產成本。

【具體實施方式】
[0012] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下通過實施例，對本發明 進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，並不用於 限定本發明。
[0013] 相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修 改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細 節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的 描述也可以完全理解本發明。
[0014] 冶煉所需成分的試驗用鋼，化學成分如表1所示，通過Gleeble熱力模擬試驗機對 各試驗用鋼的熱塑性進行研究，以試樣的斷面收縮率作為熱塑性的評價指標。各試驗用鋼 在不同溫度下的斷面收縮率如表2所示。
[0015] 熱塑性試驗具體參數：1)將冶煉得到的試驗用鋼，加熱到1150°c，並在加熱爐 中保溫2. 5h，隨後鍛成直徑為15mm的圓棒並空冷至室溫，備用；2)將鍛好的圓棒加工成 Φ 10_X 120mm的Gleeble高溫拉伸樣，備用；3)在Gleeble試驗機上，以10°C /s的速度 將試樣加熱到1350°C並保溫5min，然後以3°C /s的速度冷卻至各試驗溫度(試驗溫度區間 為65(Tl000°C，間隔50°C)保溫2min後以ΚΓΥ1的應變速率進行拉伸直至斷裂，斷裂後立 即噴水冷卻至室溫，備用；4)測定並計算各試樣的斷面收縮率。
[0016] 由實施例1~3可知：含殘餘有害元素 Sn的20CrMnTi鋼的熱塑性明顯得到改善，溫 度區間為80(Tl00(TC時，斷面收縮率均高於70%，同時脆性區變窄並向低溫區移動，塑性谷 底變淺，而比較例1中的熱塑性相對較差，在很寬的溫度範圍內，熱塑性均低於60%。
[0017] 本發明在含錫20CrMnTi鋼中加入B的重量百分比為0. 001~0. 01%，有效解決了添 加過少的B元素對含錫20CrMnTi鋼熱塑性改善無效果或效果不明顯，添加過多的B元素，
【權利要求】
1. 一種改善含殘餘有害元素齒輪鋼熱塑性的方法，其特徵在於：向成分為c: 0. 17^0. 23%, Si ：0. 17^0. 37%, Μη ：0. 8^1. 1%, Ρ ^ 0. 025%, S ^ 0. 025%, Cr ：1. 0^1. 3%, Ti ： 0. 〇Γ〇. 1%，Sn :0. 01、. 1%，餘量為Fe及其他不可避免的微量元素的鋼中加入重量百分比 為 0· 001 ?0· 01% 的 B。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述，加 B鋼中的Ti和N重量百分比的 關係滿足如下關係式：
【文檔編號】C22C38/28GK104060179SQ201410266450
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】彭紅兵, 陳偉慶, 陳列 申請人:北京科技大學