[发明专利]一种细晶粒高碳钢及其轧制生产方法

说明书

本发明公开了一种细晶粒高碳钢及其轧制生产方法，按照质量百分比，该细晶粒高碳钢的化学成分包含：C：0.57～0.65％；Si：0.20～0.30％；Mn：0.60～0.90％；Cr≤0.08％；P≤0.020％；S≤0.020％；Al：0.010～0.025％；N：0.006～0.010％；其余为Fe和不可避免的杂质。该方法依次包括：加热、除鳞、粗轧、连轧、穿水冷却、棒材减定径机组精轧、精轧后冷却。本发明通过控制加热温度、变形程度和冷却速度相结合的方法，达到细晶粒高碳钢的良好的综合力学性能：抗拉强度≥680MPa，屈服强度≥350MPa，硬度为210～220HBW；晶粒度≥7.0级。

技术领域

本发明属于冶金行业特殊钢生产加工领域，具体涉及一种细晶粒高碳钢及其轧制生产方法。

背景技术

轴类零部件在工作时承受着循环载荷，尤其电机主轴是连接发电机的关键结构件，不仅要满足强度和刚度要求，还需要有足够高的疲劳强度，这对电机主轴的质量提出了很高的要求。

随着下游加工企业对材料性能越来越高的要求，普通钢种已不能满足用户需求，亟待开发一种强度高、韧性好，尤其实际晶粒度细小的钢种来满足用户需求。

目前，提高钢铁材料强度的途径有固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相粒子的析出强化等。其中细晶强化效果最为明显，也是较好的强度与韧性同时增加的机制。随着晶粒细化、裂纹扩展阻力提高，钢的疲劳强度增加，韧性提高、脆性转折点的温度降低。细晶粒钢具有良好的强度和韧性配合，在汽车、船舶、桥梁及机械设备等领域得到广泛应用。

现有技术中，对于细化钢材实际晶粒度的轧制方法，绝大多数钢铁企业的主要思路是采用化学成分的微合金化理论。文献“细晶粒45钢的研究与生产实践”介绍了一种采用钛铝微合金成分设计，连铸全过程采用保护浇铸，过热度控制在20～35℃；轧制过程中，钢坯的上下面、头尾部温差控制在≤50℃；通过上述生产工艺开发的细晶粒45钢，其铁素体晶粒度达到8级，钢材的强度达到620MPa以上，具有良好的强度、韧性，能够满足汽车、机械制造行业的使用要求。但是该研究仅能实现小规格钢种的实际晶粒度控制，未能达到大规格(Φ50～130mm)高碳钢的实际晶粒度的控制要求。文献“活塞杆用中碳微合金化钢晶粒度的控制”研究了一种大型液压油缸活塞杆用大规格圆钢实际晶粒度的控制方法。该方法根据钒、钛等元素在钢中与碳、氮结合形成化合物、起到钉扎晶界，细化晶粒度的微合金化原理，在用于制造液压油缸活塞杆的传统中碳钢中加入微量的钒、钛元素，并加入适量氮元素，显著改善了油缸活塞杆用中碳大规格圆钢的实际晶粒度，实际晶粒度级别可以提高2级以上，无混晶现象；虽然该研究解决了液压油缸活塞杆圆钢的实际晶粒度问题，但其所采用的工艺成本增加，投入成本较高。

文献“铌钒微合金化高碳钢的轧制工艺”介绍了一种采用铌钒微合金化高碳钢对奥氏体晶粒尺寸大小的影响规律研究；研究了铌钒微合金化对高碳钢的实际晶粒度的控制，并研究了加热温度、冷却速度和保温温度对组织性能的影响。但是该研究对高碳钢的晶粒度控制没有达到大规格高碳钢的实际晶粒度的控制要求。

文献“加热炉炉温对45钢和40Cr钢晶粒度的影响”通过控制加热温度，研究加热制度对45钢和40Cr钢的晶粒度的影响；结果表明，加热段温度控制在1200～1250℃，预热段温度控制在600～800℃，均热段温度控制在1200～1230℃时，45钢和40Cr钢成品的晶粒度能够控制在5级及5级以上。但是该研究也未能达到对大规格碳钢的实际晶粒度的控制要求。

现有技术对于细化钢材实际晶粒度的轧制方法，存在如下缺点：虽然采用化学成分的微合金化理论，可以通过合理的工艺控制解决晶粒度细化问题，但却大幅度增加了微合金采购成本。

因此，急需一种经济的、可实现大规格钢晶粒度控制的方法。

发明内容