曲轴用大直径铁素体+珠光体型非调质钢棒材的生产方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，涉及一种满足重型汽车发动机曲轴用铁素体+珠光体型非调质钢组织要求的大棒材轧制工艺。该大棒材主要生产工艺流程为：连铸大方坯→加热炉加热→可逆轧机粗轧→连轧机精轧→锯切→冷床控冷→集捆→入保温坑缓冷。为了满足对轧材心部原奥氏体晶粒度、铁素体比例和组织均匀性的要求，控制方法对连铸坯加热制度、热轧变形制度、精轧温度、先共析铁素体析出温度区间冷速和入坑温度给出了明确要求。采用该控制方法后，轧材心部组织为铁素体+珠光体；原奥氏体晶粒度不低于6.0级，铁素体比例不低于25％，带状组织不大于2.0级，组织均匀，无异常粗大晶粒。从而达到了一种国际领先的重型汽车发动机非调质钢曲轴对原材料的组织要求。

Production method of large diameter ferrite and pearlescent non quenched and tempered steel bar for crankshaft

The invention belongs to the field of metal materials, and relates to a large bar rolling process that satisfies the requirements of heavy duty vehicle engine crankshaft with ferrite and pearlite type non quenched and tempered steel structure. The large bar main production process is: the continuous casting bloom, reheating furnace, roughing mill and finishing mill, cutting, cooling, cooling, set bundle into the insulation slow cooling pit. In order to meet the requirements of rolled core original austenite grain size, ferrite ratio and microstructure uniformity requirements, control method of continuous casting billet heating system, hot rolling system, finishing temperature, the precipitation of proeutectoid ferrite temperature range of cooling rate and temperature are given clear requirements into the pit. With this control method, the core of rolled material is ferrite + pearlite. The grain size of the original austenite is no less than 6 grade, the ferrite ratio is no less than 25%, the banded structure is no more than 2 grade, the microstructure is homogeneous, and there is no abnormal coarse grain. Thus, a kind of international leading non quenched and tempered steel crankshaft for heavy vehicle engines is required for the organization of raw materials.

【技术实现步骤摘要】
曲轴用大直径铁素体+珠光体型非调质钢棒材的生产方法
本专利技术属于金属材料领域，是一种中碳铁素体+珠光体型非调质钢，具体涉及一种满足重型汽车发动机曲轴用非调质钢组织要求的大棒材轧制工艺。
技术介绍
重型汽车是一种运载货物和商品的最大总质量大于3500Kg的重型牵引车和重型挂车组成的汽车列车，为生活物资和生产资料的运输、国民经济的发展提供重要支撑。动力性、经济性、可靠性、环保性等是评价重型汽车的重要指标。增大发动机输出功率、降低行驶油耗、减少汽车自重是重型汽车发展的主要目标。这都对重型汽车发动机，尤其是曲轴这一关键零部件的质量提出了更高的要求。非调质钢曲轴由于取消了模锻成毛坯后的调质热处理过程，其生产具有能耗低、流程短，热处理缺陷少等优势。并且非调质钢曲轴可以减少钢材用量、减轻曲轴自重进而促进重型汽车的轻量化。因此得到了迅速推广。但是，非调质钢曲轴对其原材料的组织提出了更高的要求。重型汽车发动机输出功率大，气缸多；曲轴形状复杂，截面积大。曲轴模锻变形温度高、变形极不均匀、工艺窗口很窄，导致曲轴毛坯容易出现组织粗大、不均匀且难以通过改善模锻工艺进行改进等问题。而非调质钢曲轴除轴颈表面感应淬火层外，曲轴毛坯的锻后组织(铁素体+珠光体型)即为使用组织。因此需要严格控制原材料组织，通过细化、均匀化原材料组织来控制曲轴模锻感应加热后的奥氏体晶粒，模锻控冷后最终达到细化均匀化曲轴毛坯组织的目的。重型汽车曲轴原材料为大截面轧制棒材，对轧材心部组织控制仍有较大难度。目前，一种德国标准的第三代非调质曲轴用钢，属于铁素体+珠光体型，其中不允许添加Ti、Nb、V等微合金元素。轧材直径160mm，组织要求为铁素体+珠光体，心部原奥氏体晶粒度(铁素体网法评定)不小于6级、铁素体比例不小于25％，组织均匀，无异常粗大晶粒，带状组织不大于2级。可用于生产一种国际领先的重型汽车发动机的曲轴。轧材生产过程中，心部组织粗大、不稳定，难以满足曲轴模锻。本专利技术就是针对这一钢种，在满足化学成分和力学性能要求的基础上，提出合理的轧制工艺，达到对轧材心部组织的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种直径160mm的铁素体+珠光体型非调质钢棒材的轧制工艺，使轧材组织为铁素体+珠光体，心部原奥氏体晶粒度不小于6.0级、铁素体比例不小于25％，组织均匀，无异常粗大晶粒，带状组织不大于2.0级。一种曲轴用非调质钢棒材的化学成分质量百分比为：0.34％～0.42％C、0.35％～0.85％Si、1.00％～2.00％Mn、0.10％～0.40％Cr、0.010％～0.050％S、0.003％～0.020％Al、V+Nb+Ti≤0.015％、0.010％～0.040％N、P≤0.030％、Cu≤0.25％、Mo≤0.1％、Ni≤0.30％，余量为Fe及不可避免杂质。棒材主要生产工艺流程为：连铸大方坯→加热炉加热→可逆轧机粗轧→连轧机精轧→锯切→冷床控冷→集捆→入保温坑缓冷。轧制工艺具体包括步骤：(1)连铸坯加热时间8～12h，其中均热时间2～5h，均热温度1150℃～1250℃；(2)粗轧开轧温度≥1100℃，保证至少4道次变形量≥18％；(3)精轧开轧温度≤1000℃；(4)冷床600℃～750℃区间冷速控制为0.03℃/s～0.1℃/s；(5)入保温坑温度500℃～600℃。采用上述控制方法的理由如下：决定轧材心部组织粗细和均匀性的主要因素是变形渗透程度、末道次大变形量变形温度和相变时的冷却速度。考虑到连铸坯尺寸和成品棒材尺寸均较大，变形困难，对轧机能力要求高。应尽量使粗轧阶段变形量大，精轧阶段变形温度低，相变时冷速适宜。具体来说：所述步骤(1)中对连铸坯加热时间，尤其是均热时间提出了明确要求。在保证连铸坯均热的前提下，尽量缩短加热时间，以避免连铸坯组织进一步粗大。因此要求连铸坯均热时间2～5h，均热温度1150℃～1250℃。所述步骤(2)要求粗轧温度尽量高，并且存在一定量的大变形道次。使变形能够渗透至连铸坯心部，破碎心部粗大的原始组织，减轻轧材心部的偏析程度，提高组织、成分的均匀性。因此要求粗轧开轧温度≥1100℃，保证至少4道次变形量大于18％。所述步骤(3)要求精轧温度较低。低的精轧温度可以细化轧材心部奥氏体再结晶晶粒，同时避免轧后心部处于奥氏体晶粒不均匀长大的温度区间，出现异常长大的晶粒，造成轧材组织不均匀。另一方面，较细的奥氏体晶粒有利于相变过程中先共析铁素体的析出，提高铁素体含量。因此要求精轧开轧温度≤1000℃。所述步骤(4)要求相变时冷速适宜。较慢的冷速有利于先共析铁素体的析出，增加铁素体含量。但过慢的冷速会造成轧材带状组织加重，增加组织不均匀性。因此要求冷床在轧材先共析铁素体析出温度600℃～750℃区间冷速控制为0.03℃/s～0.1℃/s。所述步骤(5)要求较高的入坑温度。轧材较高温度入坑以保证应力得以充分释放。因此要求入保温坑温度500℃～600℃。采用该工艺轧制后，非调质钢轧材心部组织为铁素体+珠光体，原奥氏体晶粒度≥6.0级，铁素体比例≥25％，带状组织≤2.0级，组织均匀、稳定。满足该重型汽车发动机的曲轴原材料组织要求。附图说明图1(a)是实施例1#轧材心部横截面显微组织照片、图1(b)是实施例1#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图2(a)是实施例2#轧材心部横截面显微组织照片、图2(b)是实施例2#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图3(a)是实施例3#轧材心部横截面显微组织照片、图3(b)是实施例3#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图4(a)是实施例4#轧材心部横截面显微组织照片、图4(b)是实施例4#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图5(a)是实施例5#轧材心部横截面显微组织照片、图5(b)是实施例5#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图6(a)是实施例6#轧材心部横截面显微组织照片、图6(b)是实施例6#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图7(a)是实施例7#轧材心部横截面显微组织照片、图7(b)是实施例7#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；图8(a)是实施例8#轧材心部横截面显微组织照片、图8(b)是实施例8#轧材心部纵截面显微组织照片(白色为铁素体，黑色为珠光体)；具体实施方式一种中碳铁素体+珠光体型非调质钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.40％C、0.50％Si、1.54％Mn、0.013％P、0.035％S、0.25％Cr、0.007％Al、0.002％Ti、0.016％N、0.12％Cu、0.01％Mo、0.08％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。实施例1#～8#采用的轧制工艺控制参数如表1所示，组织定量统计结果如表2所示，轧材心部横、纵截面的显微组织光学显微镜照片分别如图1～8所示。从这些结果可以看出：实施例1#～3#，全部参数都控制在要求范围以内；组织均为铁素体+珠光体；原奥氏体晶粒度在7.0级～6.0级，铁素体比例在25.6％～30.1％，带状组织1.0级～2.0级，组织均匀。符合轧材心部组织控制要求。实施例4#，连铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲轴用大直径铁素体+珠光体型非调质钢棒材的生产方法，其特征在于棒材直径150‑170mm，组织要求为铁素体+珠光体，心部原奥氏体晶粒度不小于6.0级、铁素体比例不小于25％，组织均匀，无异常粗大晶粒，带状组织不大于2.0级；所述非调质钢的化学成分质量百分比为：0.34％～0.42％C、0.35％～0.85％Si、1.00％～2.00％Mn、0.10％～0.40％Cr、0.010％～0.050％S、0.003％～0.020％Al、V+Nb+Ti≤0.015％、0.010％～0.040％N、P≤0.030％、Cu≤0.25％、Mo≤0.1％、Ni≤0.30％，余量为Fe及不可避免杂质；棒材主要生产工艺流程为：连铸大方坯→加热炉加热→可逆轧机粗轧→连轧机精轧→锯切→冷床控冷→集捆→入保温坑缓冷；即连铸坯在加热炉加热后，经多道次粗轧、连轧机精轧后通过冷床控冷、入保温坑缓冷后得到轧制棒材。

【技术特征摘要】
1.一种曲轴用大直径铁素体+珠光体型非调质钢棒材的生产方法，其特征在于棒材直径150-170mm，组织要求为铁素体+珠光体，心部原奥氏体晶粒度不小于6.0级、铁素体比例不小于25％，组织均匀，无异常粗大晶粒，带状组织不大于2.0级；所述非调质钢的化学成分质量百分比为：0.34％～0.42％C、0.35％～0.85％Si、1.00％～2.00％Mn、0.10％～0.40％Cr、0.010％～0.050％S、0.003％～0.020％Al、V+Nb+Ti≤0.015％、0.010％～0.040％N、P≤0.030％、Cu≤0.25％、Mo≤0.1％、Ni≤0.30％，余量为Fe及不可避免杂质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雅政，吴萌，蒋波，张朝磊，王芝林，赵帆，孙晓航，何国宁，陈列，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11