[發明專利]齒輪鋼帶狀組織與硬度在線控制方法及軋后在線控冷冷床裝置

無效

• 申請號: 201310588378.3
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103589843A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 閔永安;歐陽劍雄;楊超;邵光杰;付金明;曹紅福;孫鴻平;張劍峰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;B21B43/00;C21D1/84;C21D11/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種齒輪鋼材料生產工藝及其裝置，特別是涉及一種輪鋼軋材扎后熱處理方法及其裝置，應用于齒輪鋼產品生產制造領域。

背景技術

齒輪鋼是制造汽車變速箱、驅動后橋等傳動零部件的關鍵材料，對包括帶狀組織在內的各項冶金指標均有很高的要求。齒輪鋼中的帶狀組織，是指沿軋制方向形成的，以先共析鐵素體為主的帶與珠光體為主的帶彼此堆疊而成的組織形態，是鋼材內部缺陷。帶狀組織的存在會使鋼材的力學性能呈各向異性，沿著帶狀方向的性能優于其橫向性能，即垂直帶狀方向塑性、沖擊韌性和斷面收縮率顯著降低。含帶狀組織的齒輪鋼切削加工時會加速刀具的磨損，滲碳過程會造成滲碳層不均勻，淬火過程中條帶之間會產生內應力，容易引起齒輪的淬火畸變甚至產生裂紋。

Cr-Mo和Cr-Ni-Mo系列是容易形成帶狀組織的齒輪鋼種，尤其對于大規格方坯生產的直徑在100mm以上的Cr-Mo，Cr-Ni-Mo系列齒輪鋼棒材，普遍存在較嚴重的帶狀組織，且不易消除，一般要求帶狀組織≤3級。

枝晶偏析是帶狀組織形成的根本原因。齒輪鋼鋼液在凝固過程以樹枝狀方式長大，由于選分結晶導致枝晶干和枝晶間化學成分不均勻，枝晶間后凝固富集較多的C、Mn、Cr、Mo等合金元素，而枝晶干位置先凝固合金元素偏低。在鑄坯軋制時粗大枝晶沿變形方向拉長，逐漸與變形方向一致，形成碳和合金元素的貧化帶和富集帶，在軋后緩慢冷卻過程鐵素體優先在合金元素貧化帶形核，并向兩側合金元素富集帶排碳，最后富集帶形成珠光體，從而形成鐵素體+珠光體帶狀組織。

通常通過優化連鑄工藝、軋前對鑄坯進行長時間高溫均勻化退火，降低合金元素偏析程度，以減輕帶狀組織。但在連鑄階段改善枝晶偏析程度非常有限，高溫均勻化過程鑄坯燒損嚴重，高能耗，不理想。此外公布號為CN101381803A實用新型專利提出控制不同軋制工藝及參數減輕帶狀組織級別，但對于大規格棒材適用性較差，且不同鋼鐵企業受生產裝備和條件限制，實際工藝實施難以進行。當前生產技術裝備下，降低軋后冷速會加速帶狀組織的級別，提高冷速有利于改善帶狀組織。公布號為CN102876868A提出高溫均勻化，增大奧氏體晶粒，軋后冷床入口處進行風冷提高低碳錳鋼性能和均勻性。但對于淬透性較高的Cr-Mo及Cr-Ni-Mo等系列齒輪鋼極易得到貝氏體組織導致硬度偏高，增加了齒輪鋼的下料難度，降低了刀具使用壽命。齒輪鋼的最佳切削硬度范圍在160-230HB,現行棒材軋后控冷不足，夏季冷速慢帶狀組織嚴重，冬季冷速快棒材硬度偏高，組織性能不穩定，因此現行齒輪鋼生產工藝難以滿足高品質齒輪鋼鋼種的生產要求，采用傳統軋后冷床空冷工藝齒輪鋼帶狀級別一般只能控制在2.5級左右，見圖5，從微觀金相照片可見，齒輪鋼帶狀傾向依然比較明顯。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種齒輪鋼帶狀組織與硬度在線控制方法及軋后在線控冷冷床裝置，尤其適用于大規格連鑄坯軋制且軋制參數不易調整條件下生產規格為φ40~200mm的齒輪鋼棒材，帶狀組織能控制在2級以內，提高齒輪鋼棒材組織均勻性，同時滿足齒輪鋼棒材下料加工的硬度要求。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種齒輪鋼帶狀組織與硬度在線控制方法，控制齒輪鋼棒材終軋溫度為900～980℃，軋后采用三段冷卻方式控制齒輪鋼棒材的軋后冷速，完成三段冷卻處理工藝的齒輪鋼棒材最終制成齒輪鋼材料成品，其冷卻處理工藝的具體工藝過程為：

a.?第一段預冷卻工藝過程：使軋后高溫齒輪鋼棒材首先進行空冷，將齒輪鋼棒材表面溫度冷至800~830℃，目的在于降低棒材因軋制引起的心表溫差，使齒輪鋼棒材預冷停留130s以上，將齒輪鋼棒材的心表溫差控制在150℃以內，同時延長高溫區停留時間增大奧氏體晶粒為6.5~8級，為后段控冷做準備；

b．第二段強制冷卻工藝過程：對經過第一階段預冷卻工藝過程的齒輪鋼棒材再進行強制風冷，棒材快速穿過Fe-C相圖上的α+γ兩相區，有效抑制高溫區先共析鐵素體的帶狀析出，控制齒輪鋼棒材表面溫度風冷至620~680℃，根據齒輪鋼棒材的鋼種和規格確定齒輪鋼棒材的終冷溫度、冷卻速度、強制冷卻停留時間和冷風對流強度；