小方坯生产20CrMnTi齿轮钢.doc

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小方坯生产20CrMnTi齿轮钢
梁云科（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津，300301）
【摘要】介绍了转炉→精炼→小方坯连铸→棒材轧制20CrMnTi齿轮钢的试制生产工艺过程，试制结果表明产品实物质量达到了齿轮制造的要求。
【关键词】齿轮钢20CrMnTi小方坯
1.前言
随着我国汽车、机械制造行业的快速发展，对齿轮用钢的需求越来越大，20CrMnTi钢是用于制造各种工程机械、汽车、农用车等传动齿轮、齿轮轴材料中使用最广泛的一个齿轮钢种，天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）以市场需求为导向，积极开发新产品，提高产品的竞争力，在引进瑞典康卡斯特连铸机，意大利达涅利第五代棒材轧机的基础上，采用120吨转炉→120吨LF精炼炉→小方坯连铸→棒材轧制的工艺试制生产了Φ50～60mm该产品。产品质量完全达到国标要求，受到了用户的好评。
2.产品主要技术要求
2.1晶粒度：按YB/T5148－1993金属平均晶粒度测定法测定晶粒度级别大于等于6级。
2.2低倍组织：经酸浸后的低倍试样上不得有肉眼可见的缩孔、裂纹、气泡、夹杂、翻皮、白点及有害杂物。
2.3热顶锻：热顶锻后试样侧面用肉眼观察不得有裂口和裂缝。
2.4表面质量：钢材应加工良好，表面不得有裂纹、折叠、结疤和夹杂及其它对使用有害的缺陷。
3.产品试制
3.1化学成分设计
齿轮钢通过添加合金元素Mn、Cr、Ti、Al达到高的强度和韧性。加入微量Ti的目的是齿轮表面渗碳时阻碍奥氏体晶粒的长大，以保持材料的韧性。加入Al的目的是因为Ti的活性强，很容易被氧化，需加入一定量的Al保证Ti的回收率，另外加入Al还可以起到细化晶粒和固氮的作用。结合GB/T3077－1999合金结构钢国家标准，设计的化学成分见表1。
表1化学成分设计%
成分CSiMnPSCrAltTi判定0.17/0.230.17/0.370.80/1.10≤0.030≤0.0301.10/1.300.02/0.050.04/0.10内控0.18/0.210.17/0.370.80/1.05≤0.025≤0.0151.10/1.250.02/0.040.04/0.073.2生产工艺流程与主要技术装备
3.2.1生产工艺流程
高炉铁水→120吨转炉→120吨LF精炼炉→150mm×150mm方坯连铸→加热→轧制→上冷床→定尺→检验→成品收集、入库3.2.2连铸机
瑞典康卡斯特连铸机六机六流全弧型方/圆坯连铸机，配有结晶器和凝固末端两级电磁搅拌系统、二冷自动配水系统，结晶器液面自动检测和控制系统，无氧化保护浇注。
3.2.3加热炉
双蓄热步进式加热炉，有效长度为22.39m，有效内宽为12.76m，加热能力160t/h，燃料为高炉和转炉混合气。
3.2.4主轧机
棒材精品线共配置18架轧机，采用6+8+4工艺布局，轧机全部引进意大利达涅利公司的两辊高刚度短应力线第五代轧机，16架和18架轧机为平立可转换轧机，轧机均为交流电机单独传动，最大轧制速度18m/s。
3.3工艺控制
3.3.1铁水严格选择炼钢原材料，以保证入炉原料的质量。入炉铁水要求S≤0.050%，P≤0.080%，Si≤0.85%。
3.3.2转炉转炉调整好底吹搅拌强度、供氧操作及造渣操作，提高终点C和温度的命中率，做到终点一次倒炉出钢，减少钢水的过氧化程度，使用硅铝钡进行脱氧。
3.3.3精炼进LF精炼站后吹氩，喂Al线，并根据钢水情况选择合适的电压、电流，加入精炼渣料和还原剂，尽快形成白渣。成分、温度调整完毕后，先喂Al丝，后加钛铁，以减少钛的氧化，3分钟后喂CaSi丝，以改善钢水的流动性，然后进行软吹氩。
3.3.4连铸连铸采用全保护措施，使用铝碳保护套管、专用保护渣，减少钢水二次氧化。过热度控制在35℃以内。
3.3.5加热由于该钢种的Mn、Cr含量较高，加热操作应保证这两种合金元素充分溶解在奥氏体中，以避免偏析的发生。炉温按照三段进行控制，保证均热段温度控制在1080-1150℃，加热时间控制在90-120分钟，合理控制炉内气氛，炉压控制在0～50Pa之间。
3.3.6轧制开轧温度控制在1040～1100℃。轧制前采用高压水除鳞，根据规格设定轧制速度、辊缝等参数值，保证张力、轧速、各架红坯尺寸的稳定，表面控制通过在导槽两侧加装若干导轮的方法，防止过钢时碰到两侧导板，引起表面划伤。另外应及时更换磨损的导卫和轧槽，避免表面缺陷产生。
3.3.7自然冷却经倍尺剪切后，上冷床自然空冷。
4.试制结果及分析
4.1化学成分控制
对20炉试制钢的化学成分进行统计，实际控制结果见表2，从表2看出C、Si、Mn、P、S元素含量在内控范围内，而Cr、Alt、Ti元素含量超