35crmo圆钢产品研发

1、35CrMo 圆钢产品研发 阮受立 福建省三钢(集团)有限责任公司 摘 要： 本文介绍了用于制作高等级强度紧固件的圆钢 35CrMo 的开发, 从成分设计、炼钢工艺、轧钢工艺及金相组织进行了全面的分析, 通过炼钢工艺和轧钢工艺的优化调整, 最终生产出批量的优质合格材, 并通过跟踪用户的使用情况, 得到用户一致的产品质量认可。35CrMo 的成功开发, 拓宽了三钢的产品结构, 提高三钢金属制品材的综合竞争力。关键词： 35CrMo; 圆钢; 金相组织; 脱碳层深度; Development of 35CrMo Round Steel ProductRuan Shouli Fujian Sansteel (Group) Co., Ltd.; Abstract： This paper introduces the development of round steel 35CrMo for the production of high-grade strength fasteners, and makes a comprehensive analysis of composition desi

2、gn, steelmaking process, steel rolling process and metallographic structure.Optimizing the steelmaking process and the steel-rolling process to produce batch of high quality steel. And the report of track customer usage shows satisfaction of user is extremely high. The successful development of 35CrMo broadens the product structure and improve the comprehensive competitiveness of Sansteel Group.Keyword： 35CrMo; Round steel; microstructure; depth of decarburization layer; 1 前言35Cr Mo 合金结构钢 (合金调质钢

3、) , 有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限, 淬透性较 40Cr 高, 一般在调质处理后使用, 也可在高中频表面淬火或淬火及低、中温回火后使用。用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件, 如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件, 汽轮发动机主轴、车轴, 发动机传动零件等。2 工艺流程三钢 35Cr Mo 圆钢生产的主要工艺流程为:转炉LF 精炼炉7 流连铸机蓄热式加热炉加热高压水除磷摩根 5 代轧机轧制轧后控冷冷床步进空冷剪切收集打包称重挂牌缓冷坑缓冷入库贴端标。3 生产试制与结果分析3.1 成份设计综合考虑 35Cr Mo 的特性及用户的使用情况, 参照国标 GB/T3077-1999、结合三钢实际生产工艺流程, 对钢中的 C、Mn、Cr、Mo 等元素进行设计, 其化学成份详见表 1:表 1 3 5 Cr Mo 钢成份的国标和内控要求 下载原表 3.2 炼钢工艺控制3.2.1 炼钢工艺控制要求出钢碳:0.08%;出钢磷:0.015%;过热度:266;全氧控制目标:20ppm;拉速:1.8m/min;配水工艺:按 ML40CrLT 配水曲线;保护渣:按现有 ML

4、40Cr 专用保护渣;堆坯要求:坯料堆冷 48 小时以上, 避免淋雨。3.2.2 35Cr Mo 实际成份表 2 3 5 Cr Mo 实际成份控制值 下载原表 3.2.3 连铸坯低倍情况表 3 连铸坯低倍情况 下载原表 从表 3 中可以看出, 最大的疏松、中心偏析、缩孔等级均为 0.5 级, 低倍组织情况良好, 完全满足 35Cr Mo 高等级合金钢生产要求, 内部控制等级要求0.5级。3.3 轧钢工艺控制3.3.1 加热工艺控制表 4 加热炉分段工艺控制要求 下载原表 3.3.2 轧制工艺控制(1) 采用高压水除磷去除钢坯表面氧化铁皮 (压力160MPa) , 上冷床温度900。(2) 圆钢成品尺寸、外形、定尺长度要求按国家 2 组标准执行, 表面不得有耳子、折叠、凸块、端部裂纹、刮伤、凹坑等有影响用户的使用缺陷。(3) 确保 1/3 热顶锻合格, 不得有贯穿裂纹, 短小裂口且深度不得超过0.15mm。(4) 采取快速剪切快速收集方式生产, 确保剪切温度300, 入缓冷坑温度250进行缓冷, 要求至少缓冷 48 小时以上。3.4 力学性能检测分析3.4.1 热顶锻性能检测试生产两个轧

5、代 25mm 的 35Cr Mo, 每个轧代 5 支, 取每支成品的中间两段试样, 每段试样做两个热顶锻, 共计 40 个热顶锻试样全部开裂, 且裂口深度深浅不一, 裂口分布在四个对称点, 见下图 1。图 1 四条对称的热顶锻开裂试样 下载原图3.4.2 母材及热处理试样力学性能情况及夹杂物分析表 5 母材试样力学性能情况 下载原表 从表 5 中可以看出, 母材的屈服强度、抗拉强度、冲击功力学性能波动比较大, 延伸率和面缩率波动比较小。表 6 母材热处理试样力学性能情况 下载原表 从表 6 中可以看出, 母材热处理后的力学性能虽然能满足标准要求, 但屈服强度、抗拉强度、冲击功力学性能波动比较大, 而延伸率和面缩率波动比较小。其具体热处理工艺为:淬火 85015 (油) +回火 55050 (水、油) 表 7 母材试样夹杂物检测情况 下载原表 从表 7 可以看出, 夹杂物粗系控制在 00.5 级;细系控制在 01.0 级, 夹杂物控制情况良好, 满足 35Cr Mo 高等级合金钢生产要求。4 原因分析及解决措施4.1 热顶锻开裂原因分析4.1.1 连铸坯表面酸洗情况图 2 表面细短纵裂纹

6、 下载原图图 3 表面细短横裂纹 下载原图从上图 2、3 所示可以看出连铸坯表面酸洗情况:取 24 个连铸坯表面试样中有 2个样存在裂纹, 1 处细短纵裂纹, 1 处细短横裂纹。4.1.2 1 号、2 号飞剪样和成品的金相分析1 号、2 号飞剪样和成品的试样的金相结果分析, 见下图 4:图 4 试样高倍金相 下载原图从图 4 可以看出:1#飞剪样、2#飞剪样和三个成品试样表面均存在缺陷, 缺陷内均存在氧化物, 缺陷尾部存在少量氧化原点, 而且根部有少量分叉, 腐蚀后缺陷两侧组织一致, 可以判断表面缺陷来源于坯料, 可能来自钢坯的角部裂纹、振痕等原因。4.1.3 1#、2#轧机采用箱形孔与无孔型对比分析图 5 1#轧机箱型孔孔型 下载原图图 6 2#轧机箱型孔孔型 下载原图1#、2#轧机采用箱形孔轧制时 (见上图 5、6) , 当坯料咬入 1#轧机时, 四个角部最先与孔型侧壁四点接触, 而受到正向压力, 该力与槽底倒角垂直, 与坯料对角线成一定的交角, 在此力作用下, 轧件角部先产生变形, 角部金属朝中下方向移动。当轧件完全咬入轧机后, 受到竖直方向轧制力的影响, 轧件宽展发生较大变化,

7、 边角部变形加剧, 同时坯料宽度方向受到侧壁的限制, 部分金属向上方流动, 角部金属因无法正常流动面缺陷来源于坯料, 可能来自钢坯的角部裂纹、振痕等原因。产生堆积形成皱褶, 最终形成成品四条对称的折叠线, 热顶锻试样表现出四条对称开裂。 (见上图 1) 4.2 母材及热处理试样力学性能波动原因分析针对力学性能波动大的情况, 分别取对应的母材和热处理样进行做金相分析比对分析, 具体情况如下表 8、9。表 8 母材金相情况 下载原表 从表 8 可以看出, 母材试样 1/4 组织为 F+P+B, 存在轻微偏析;心部组织为 F (35%46%) +P+B, 心部组织 F 含量波动比较大;硬度为 2628.7HRC, 硬度值波动比较小;脱碳层深度为 0.200.25mm, 试样表面脱碳正常。表 9 热处理试样金相情况 下载原表 从表 9 可以看出, 热处理试样 1/4 组织为 S 回+少量 F;回火索氏体级别 24 级;硬度为 33.438.5HRC, 波动比较大;脱碳层深度为 0.180.21mm, 试样表面脱碳正常。4.3 解决措施4.3.1 炼钢工艺解决措施(1) 改善钢水成分, 尽量避开

8、钢的包晶反应区, 努力降低钢中 S 含量、提高 m (Mn) m (S) , 要求 Mn 含量按中上限控制。(2) 从废钢来源上控制入炉废钢中的 Cr、Ni、Cu 等微量元素含量, 同时改变脱氧方式, 出钢时禁止加 Al 块脱氧, 精炼炉用硅铝钙钡代替硅铝铁脱氧, 尽量降低钢中 Al 含量。(3) 根据不同钢种正确选用合适的保护渣。合适的粘度和熔化速度的保护渣能减轻铸坯振痕深度, 进而降低了表面角部横裂纹的发生几率。(4) 炼钢制定严格的温度制度并加强钢包吹 Ar 弱搅拌, 确保为连铸提供优质钢水;连铸通过优化中包流场, 使中间包内的温度更加均匀。(5) 二次冷却强度过大, 会导致铸坯表面温度过低, 易使铸坯在 700900的脆性区间内矫直, 从而诱导表面角部横裂纹的产生。(6) 严格按照工艺规定的过热度选择对应的拉速, 杜绝为赶节奏、抓产量而选择超出工艺规定的最高拉速。(7) 建立结晶器装配、使用档案, 随时掌握每个结晶器的使用情况和严格结晶器铜管报废制度。水缝调节要求更加精确, 应确保水缝差不得超过 1mm, 确保各面冷却均匀。4.3.2 轧钢工艺解决措施(1) 采用 1#、2#轧

9、机无孔型轧制, 取消 1#、2#轧机箱型孔轧制, 避免轧制折皱造成成品折叠。(2) 圆钢的成品尺寸、外形、定尺长度符合国家 2 组标准。优化更换轧辊、轧槽、导卫制度, 确保圆钢表面不得有耳子、凸块、鳞层、弯曲、凹坑、折叠、端部裂纹、毛刺、刮伤 (其内控深度不得超过 0.1mm) 等缺陷。(3) 针对 35Cr Mo 存在轻微偏析, 异常金相组织为 F+P+B, 上冷床温度由860880调整为大于 930, 大大降低了产生 B 组织的概率。4.4 实施效果通过炼钢工艺、轧钢工艺改进后, 第二批试轧制 35Cr Mo 两个轧代, 每个轧代5 支, 取每支成品的中间两段试样, 每段试样做两个热顶锻, 共计 40 个热顶锻试样全部合格;成品试样检测的硬度、脱碳层、夹杂物、热处理性能等均满足内控要求。5 结论三钢圆钢 35Cr Mo 的开发过程中遇到成品 1/3 热顶锻开裂、成品力学性能波动大等原因, 通过优化炼钢、轧钢工艺最终解决了成品质量问题, 固化了具备批量化生产的稳定工艺。(1) 通过优化成份、选用合适保护渣等炼钢工艺, 解决了连铸坯表面细短横、纵裂纹, 为圆钢 35Cr Mo 成品质量打下基础。(2) 1#、2#轧机采用无孔型代替原箱型孔设计, 解决了轧件角部金属因无法正常流动产生堆积形成皱褶, 避免 1/3 热顶锻试验产生四条对称裂纹。(3) 通过轧后冷却工艺调整, 将上冷床温度由 860880调整为大于 930, 大大降低了产生 B 组织的概率, 解决了成品力学性能波动大带来的软硬不均的问题。(4) 通过用户使用现场跟踪, 反馈产品质量良好, 三钢 35Cr Mo 的成功开发, 拓宽了产品结构, 提高三钢金属制品材的综合竞争力。

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