本申請涉及鋼鐵生產技術領域，具體而言，涉及一種20crmnti鋼及其生產方法。

　　背景技術：

　　20crmnti鋼主要用作汽車等車輛的齒輪，其屬于低碳合金鋼，具有較高的機械性能。現(xiàn)有的20crmnti鋼生產工藝中，小規(guī)格的20crmnti鋼在冷床的冷卻速度快，鋼中發(fā)生貝氏體或馬氏體組織轉變，圓鋼的硬度從hb200-hb220上升到hb240-hb300。如果熱軋態(tài)硬度超過hb217，則需要增加熱處理工藝降低硬度再供貨，否則20crmnti鋼在加工過程中容易出現(xiàn)脆裂等加工問題。而且，目前對于降低超小規(guī)格(直徑范圍為20mm≤d<30mm)20crmnti鋼的硬度并無深入研究，而且沒有發(fā)現(xiàn)可以獲得hb200以下的20crmnti鋼。

　　技術實現(xiàn)要素：

　　本申請?zhí)峁┝艘环N20crmnti鋼及其生產方法，其能夠降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度至hb200以下，改善20crmnti鋼在加工中容易脆裂的問題。

　　本申請的實施例是這樣實現(xiàn)的：

　　第一方面，本申請實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，包括：

　　將坯料制成軋件，將軋件進行水冷并控制軋件的返紅溫度為780-820℃，然后進行減定徑軋制；

　　減定徑軋制步驟后，在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，以使得直徑范圍為20mm≤d<30mm的軋件的降溫速率達到15-25℃/min。

　　第二方面，本申請實施例提供一種20crmnti鋼，其由第一方面實施例的20crmnti鋼的生產方法制成，20crmnti鋼的硬度小于hb200。

　　本申請實施例的20crmnti鋼及其生產方法的有益效果包括：

　　軋件水冷后會返紅，返紅后進行減定徑軋制，軋件心部余熱釋放回溫，控制軋件的返紅溫度為780-820℃，該返紅溫度較高使得軋件在冷床冷卻過程中能夠順利地進入鐵素體和珠光體的相變溫度區(qū)。在每個齒條上分別放置堆疊的兩個直徑范圍為20mm≤d<30mm的軋件進行冷卻，能夠降低軋件的降溫速率，在降溫速率為15-25℃/min的條件下，鐵素體和珠光體轉變比較徹底，使得20crmnti鋼的組織主要為鐵素體和珠光體,其中鐵素體占比65％以上，20crmnti鋼的硬度小于hb200，改善了20crmnti鋼在加工中容易脆裂的問題，且減少了熱處理工藝步驟。

　　附圖說明

　　為了更清楚地說明本申請實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本申請的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

　　圖1為本申請實施例1的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖2為本申請實施例2的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖3為本申請實施例3的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖4為本申請實施例4的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖5為本申請實施例5的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖6為本申請實施例6的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖7為本申請實施例7的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖8為本申請對比例1的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖9為本申請對比例2的20crmnti鋼的金相組織圖；

　　圖10為本申請實施例1的20crmnti鋼的晶粒度圖。

　　具體實施方式

　　下面將結合實施例對本申請的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本申請，而不應視為限制本申請的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產品。

　　需要說明的是，方案a和/或方案b指的是可以是單獨的方案a、單獨的方案b或者方案a和方案b的組合方案。

　　20crmnti鋼的生產工藝一般包括：坯料驗收-坯料加熱-坯料出爐-高壓水除磷-粗軋軋制-中軋軋制-精軋軋制-穿水軋制-減定徑軋制-冷床冷卻-定尺分段。

　　小規(guī)格的20crmnti鋼在冷床的冷卻速度快，鋼中發(fā)生貝氏體或馬氏體組織轉變，圓鋼的硬度從hb200-hb220上升到hb240-hb300。20crmnti鋼的硬度太高容易造成加工過程中出現(xiàn)脆裂。

　　基于此，本申請實施例提供一種20crmnti鋼及其生產方法，其能夠降低20crmnti鋼的硬度。

　　以下針對本申請實施例的20crmnti鋼及其生產方法進行具體說明：

　　第一方面，本申請實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，包括：

　　(1)將坯料制成軋件，將軋件進行水冷并控制軋件的返紅溫度為780-820℃，然后進行減定徑軋制。

　　軋件水冷后會返紅，返紅后進行減定徑軋制，軋件心部余熱釋放回溫。如果返紅溫度太低，即使減定徑軋制后余熱釋放回溫，但是在后續(xù)工藝中進入冷床后由于軋件溫度降低也會導致軋件溫度太低而無法進入鐵素體和珠光體的相變溫度區(qū)。此外，在實際生產過程中，返紅溫度過低會導致軋制張力控制困難，檢測信號容易出現(xiàn)波動產生尺寸超公差的廢品；更為重要的是返紅溫度過低超出減定徑設備承載負荷容易破壞減定徑本體設備。本申請實施例中控制軋件的返紅溫度為780-820℃，該返紅溫度較高使得軋件在冷床冷卻過程中能夠順利地進入鐵素體和珠光體的相變溫度區(qū)。示例性地，軋件的返紅溫度為780℃、790℃、800℃、810℃或820℃。

　　可選地，將軋件進行水冷至溫度為650-700℃，水冷步驟的水冷速度為55-150℃/s。

　　將坯料制成軋件的過程中會進行軋制，軋制使得軋件的大晶粒變成小晶粒，通過將軋件以55-150℃/s的水冷速度水冷至溫度為650-700℃，能夠保持軋件中的小晶粒。這是因為，如果水冷溫度太高，水冷速度太慢的話會導致小晶粒重新轉變成大晶粒。并且，在650-700℃溫度下為鐵素體和珠光體的相變溫度區(qū)，能夠使得部分組織轉變成鐵素體和珠光體。示例性地，軋件進行水冷后的溫度為650℃、660℃、670℃、680℃、690℃或700℃。其中，水冷步驟的水冷速度可選地為55℃/s、60℃/s、70℃/s、80℃/s、100℃/s、120℃/s、130℃/s、140℃/s或150℃/s。

　　可選地，水冷步驟是在穿水裝置中進行，其中，穿水裝置為文丘里管結構，水壓為1.1-1.5mpa，水流量達到160±20立方/小時。示例性地，穿水裝置的水壓為1.1mpa、1.2mpa、1.3mpa、1.4mpa或1.5mpa。

　　進一步地，在一種可能的實施方案中，軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為20％-30％。

　　軋制相對壓下量為20％-30％有利于晶粒破碎得到細晶組織。可選地，軋制相對壓下量為20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％。

　　進一步地，將坯料制成軋件的步驟包括：

　　將坯料加熱然后開軋，開軋后經除鱗后依次進行粗軋、中軋和精軋制成軋件，精軋的出口溫度為850-900℃，精軋速度為3-8m/s。

　　示例性地，20crmnti鋼的坯料的成分按重量百分比包括：c:0.17％-0.23％、si:0.17％-0.37％、mn:0.8％-1.10％、cr:1.0％-1.30％、ti：0.04％-0.1％、p≤0.035％、s≤0.035％以及cu≤0.3％。

　　控制精軋的出口溫度為850-900℃且精軋速度為3-8m/s，使得軋件在進入水冷步驟時溫度合適，有利于組織轉變成鐵素體和珠光體。示例性地精軋的出口溫度為850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃。示例性地，精軋速度為3m/s、4m/s、5m/s、6m/s、7m/s或8m/s。

　　另外，加熱時依次為預熱段、加熱段和均熱段。可選地，加熱步驟的均熱段的溫度為1150-1200℃。

　　控制均熱段的溫度為1150-1200℃，能夠提高軋件的塑性，降低變形抗力，使坯料容易變形，另外能夠使坯料內外溫度均勻，并促使坯料的結晶組織向奧氏體轉變。示例性地，均熱段的溫度為1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃。

　　示例性地，加熱后段和均熱段的總保溫時間可選地為≥90min，坯料的總加熱時間≥220min。本申請實施例的保溫時間和總加熱時間，有利于坯料的結晶組織完全轉變?yōu)閱蜗鄪W氏體。例如，加熱后段和均熱段的總保溫時間為90min、100min、120min、150min或200min。坯料的總加熱為220min、240min、250min、260min、280min或300min。

　　在一種可能的實施方案中，坯料經除鱗后的表面溫度為950-1050℃，和/或，開軋步驟的溫度為1150-1200℃。

　　開軋步驟的溫度控制在1150-1200℃，能夠提高軋件的塑性，降低軋件的變形抗力。示例性地，開軋步驟的溫度為1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃。

　　坯料經除磷后能夠獲得良好的表面質量，坯料經除鱗后的表面溫度可選地為950℃、980℃、1000℃、1020℃或1050℃。

　　(2)減定徑軋制步驟后，在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，以使得直徑范圍為20mm≤d<30mm的軋件的降溫速率達到15-25℃/min。

　　本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將超小規(guī)格20crmnti鋼(直徑范圍為20mm≤d<30mm)直接置于冷床進行冷卻時，由于超小規(guī)格20crmnti鋼斷面小，在冷床上溫度降低過快，首先想到采用在冷床上增加蓋保溫罩的方式來減緩小規(guī)格軋件的溫降速率。但是本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，單憑蓋保溫罩的方式，20crmnti鋼在保溫罩內的降溫速率依然達到30-50℃/min，該冷卻速率依然過快會導致硬度值偏高，金相組織達不到要求。

　　在本申請實施例的方案中，減定徑軋制后，軋件心部余熱釋放回溫，軋件在冷床冷卻進入鐵素體和珠光體的相變溫度區(qū)，每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，能夠降低直徑范圍為20mm≤d<30mm的20crmnti鋼的降溫速率并達到15-25℃/min，在降溫速率為15-25℃/min的條件下，在水冷時未轉變成鐵素體和珠光體的組織向鐵素體和珠光體轉變地比較徹底，使得20crmnti鋼的組織主要為鐵素體和珠光體，20crmnti鋼的硬度小于hb200，改善了20crmnti鋼在加工中容易脆裂的問題，且減少了熱處理工藝步驟。可選地，軋件的降溫速率為15℃/min、16℃/min、18℃/min、20℃/min、22℃/min、24℃/min或25℃/min。需要說明的是，本申請實施例中的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件進行冷卻，指的是兩個軋件上下堆疊后方式在冷床上進行冷卻。

　　另外，進一步地當控制水冷步驟為：以55-150℃/s的水冷速度水冷至溫度為650-700℃時，以及控制減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為20％-30％時，在水冷和減定徑軋制過程中的細晶組織會加快冷床冷卻步驟中鐵素體的形成、抑制了殘余奧氏體向貝氏體及馬氏體轉變。

　　另外，需要說明的是，本申請實施例中的d是20crmnti鋼的直徑。示例性地，本申請實施例中的20crmnti鋼的直徑為20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm或29mm；可選地，本申請實施例中的20crmnti鋼的直徑也包含小數(shù)點后一位的規(guī)格，如20.5mm，25.8mm等。

　　第二方面，本申請實施例提供一種20crmnti鋼，其由本申請實施例的20crmnti鋼的生產方法制成，20crmnti鋼的硬度小于hb200。

　　本申請實施例的20crmnti鋼的硬度小于hb200，改善了20crmnti鋼在加工中容易脆裂的問題。

　　以下結合實施例對本申請的20crmnti鋼及其生產方法作進一步的詳細描述。

　　實施例1

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其中，20crmnti鋼的成分如表1所示，其包括以下步驟：

　　(1)坯料進入加熱爐中加熱，加熱過程依次為在650℃的預熱段加熱80min，在1000℃的加熱前段加熱50min，在1180℃的加熱后段和1160℃均熱段共加熱120min。其中,坯料總加熱時間為250分鐘。

　　(2)將加熱后的連鑄坯經過高壓水除磷后依次進行粗軋、中軋和精軋軋制得到軋件。其中，其中高壓水除鱗壓力22mpa；粗軋的開軋溫度為1150℃，連鑄坯經除鱗后進入粗軋的表面溫度為980℃，精軋出口溫度為880℃，精軋速度為6m/s。

　　(3)精軋后軋件通過穿水裝置，穿水裝置水壓為1.1mpa，水流量達到140立方/小時，穿水冷卻后軋件溫度為700℃，其中，水冷速度為135℃/s。

　　(4)軋件水冷后經過30m的距離返紅至800℃，然后進行減定徑軋制制得直徑為20mm的軋件，軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為29％。

　　(5)減定徑軋制步驟后，軋件經過20m進入冷床，進入冷床時的軋件溫度為780℃，在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，以25℃/min的冷卻速度冷卻至600℃，然后步出保溫罩進行冷床空冷，得到20crmnti鋼棒材。

　　實施例2

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其中，20crmnti鋼的成分如表1所示，其包括以下步驟：

　　(1)坯料進入加熱爐中加熱，加熱過程依次為在700℃的預熱段加熱90min，在1050℃的加熱前段加熱40min，在1190℃的加熱后段和1170℃均熱段共加熱150min。其中,坯料總加熱時間為280分鐘。

　　(2)將加熱后的連鑄坯經過高壓水除磷后依次進行粗軋、中軋和精軋軋制得到軋件。其中，其中高壓水除鱗壓力22.5mpa；粗軋的開軋溫度為1160℃，連鑄坯經除鱗后進入粗軋的表面溫度為1000℃，精軋出口溫度為900℃，精軋速度為4.6m/s。

　　(3)精軋后軋件通過穿水裝置，穿水裝置水壓為1.5mpa，水流量達到160立方/小時，穿水冷卻后軋件溫度為700℃，其中，水冷速度為115℃/s。

　　(4)軋件水冷后經過30m的距離返紅至810℃，然后進行減定徑軋制制得直徑為25mm的軋件，軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為30％。

　　(5)減定徑軋制步驟后，軋件經過20m進入冷床，進入冷床時的軋件溫度為800℃，在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，以20℃/min的冷卻速度冷卻至600℃，然后步出保溫罩進行冷床空冷，得到20crmnti鋼棒材。

　　實施例3

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其中，20crmnti鋼的成分如表1所示，其包括以下步驟：

　　(1)坯料進入加熱爐中加熱，加熱過程依次為在700℃的預熱段加熱90min，在1050℃的加熱前段加熱40min，在1200℃的加熱后段和1170℃均熱段共加熱150min。其中,坯料總加熱時間為280分鐘。

　　(2)將加熱后的連鑄坯經過高壓水除磷后依次進行粗軋、中軋和精軋軋制得到軋件。其中，其中高壓水除鱗壓力22.5mpa；粗軋的開軋溫度為1160℃，連鑄坯經除鱗后進入粗軋的表面溫度為1000℃，精軋出口溫度為850℃，精軋速度為3.5m/s。

　　(3)精軋后軋件通過穿水裝置，穿水裝置水壓為1.5mpa，水流量達到160立方/小時，穿水冷卻后軋件溫度為680℃，其中，水冷速度為74℃/s。

　　(4)軋件水冷后經過30m的距離返紅至810℃，然后進行減定徑軋制制得直徑為28mm的軋件，軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為25％。

　　(5)減定徑軋制步驟后，軋件經過20m進入冷床，進入冷床時的軋件溫度為800℃，在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻，以18℃/min的冷卻速度冷卻至600℃，然后步出保溫罩進行冷床空冷，得到20crmnti鋼棒材。

　　實施例4

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于本實施例的軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為18％。

　　實施例5

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于本實施例軋件在減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量為32％。

　　實施例6

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于本實施例中的步驟(3)中穿水冷卻后軋件溫度為640℃，水冷速度為180℃/s。

　　實施例7

　　本實施例提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于本實施例中的步驟(3)中穿水冷卻后軋件溫度為710℃，水冷速度為50℃/s。

　　對比例1

　　對比例1提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于步驟(4)的軋件水冷后經過30m的距離返紅至750℃。

　　對比例2

　　對比例2提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于步驟(4)的軋件水冷后經過30m的距離返紅至835℃。

　　對比例3

　　對比例3提供一種20crmnti鋼的生產方法，其工藝步驟與實施例1基本相同，其不同之處僅在于步驟(5)中在冷床的每個齒條上分別放置一個軋件進行冷卻。

　　表1.實施例1-實施例3的20crmnti鋼的化學成分

　　試驗例1

　　參照標準gb/t3077-2015對實施例1-實施例7以及對比例1-對比例3制得的20crmnti鋼的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率、硬度以及晶粒度進行檢測，其結果如表2所示。

　　表2.20crmnti鋼的性能測試結果

　　結果分析：從表1的結果可以看出，實施例1-實施例7的20crmnti鋼的硬度均小于200hbw，說明了本申請實施例的20crmnti鋼的生產方法能夠降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度。另外，對比實施例1、實施例4和實施例5發(fā)現(xiàn)，實施例1的20crmnti鋼的硬度小于實施例4和實施例5，說明本申請實施例1的減定徑軋制過程中的軋制相對壓下量更有利于降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度。對比實施例1、實施例6和實施例7發(fā)現(xiàn)，實施例1的20crmnti鋼的硬度小于實施例6和實施例7的硬度，說明本申請實施例1的步驟(3)中穿水冷卻后軋件溫度和水冷速度更有利于降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度。對比實施例1和對比例1發(fā)現(xiàn)，實施例1的20crmnti鋼的硬度與對比例1相差不大，但是需要說明的是，對比例1的生產過程中軋機負荷超載，成品尺寸達不到要求而進行報廢。對比實施例1和對比例2發(fā)現(xiàn)，實施例1的20crmnti鋼的硬度與比對比例2小，說明了本申請實施例的返紅溫度能夠明顯降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度。對比實施例1和對比例3發(fā)現(xiàn)，實施例1的20crmnti鋼的硬度與比對比例3小，說明了本申請實施例的在冷床的每個齒條上分別放置堆疊的兩個軋件并加蓋保溫罩進行冷卻的方式能夠明顯降低超小規(guī)格的20crmnti鋼的硬度。

　　試驗例2

　　對實施例1-實施例7以及對比例1和2制得的20crmnti鋼進行金相檢測，其結果如圖1-圖9所示。

　　從圖1-圖9中可以看出，本申請實施例的20crmnti鋼的生產方法制得的20crmnti鋼，其金相組織主要為鐵素體和珠光體，且本申請實施例的20crmnti鋼的鐵素體的含量比對比例2更高。

　　試驗例3

　　對實施例1制得的20crmnti鋼的晶粒度進行檢測，其結果如圖10所示。