[发明专利]一种20MnCrS5钢及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种20MnCrS5钢，属于大规格齿轮钢的制备技术领域。本发明由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.17％～0.22％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.10％～1.30％，P≤0.035％，S：0.035％～0.045％，Cr：1.00％～1.30％，Alt：0.020％～0.060％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明针通过采用模铸工艺，可以改善钢锭的冷却条件，使铸锭凝固时温度梯度和冷却强度都要弱于连铸工艺，避免了凝固组织枝晶搭接，减轻了元素偏析，改善了钢材的致密性。

技术领域

本发明属于大规格齿轮钢的制备技术领域，具体涉及一种20MnC rS5钢及其制备方法和应用。

背景技术

20MnCr5是一种合金结构钢，渗碳钢，强度、韧性均高，淬透性良好。20MnCrS5是20MnCr5的改进型钢种，20MnCrS5属于合金结构钢，渗碳钢类，也可作调质钢用。淬透性较好，热处理变形小，耐磨性好，低温韧性好，切削加工性能良好，可作渗碳件、规格和截面都较大、负荷较高的调质件，如大型风电齿轮、轴类、蜗杆、套筒、摩擦轮等。

上述提到20MnCrS5可作规格和截面都较大的钢件，如大型风电齿轮等，就需要20MnCrS5原始钢材具有较大的规格，并且与凝固有关的参数，如钢材的致密性、偏析、疏松和缩孔等都要满足使用要求，但目前采用连铸工艺制备的20MnCrS5还无法完全满足此要求，规格在φ180mm以上的大规格钢材尤为突出。其原因是连铸相当于一个高、宽比特别大的钢锭的凝固，由于铸坯凝固时受到强烈的喷水强制冷却，所以，凝固时的温度梯度、冷却强度都比缓冷条件下的钢锭大得多，所以柱状晶比较发达，尤其在铸坯凝固后期由于柱状树枝晶的搭接，等轴树枝晶不足或体积减少而形成了小钢锭的凝固结晶现象，容易形成凝固桥，在凝固桥下部有中心缩孔和疏松形成，加重了元素的偏析，致使铸坯在热加工时会产生脆性和断裂。另外，连铸坯凝固的断面一般较小，而且首先从侧面优先凝固，在内部有可能形成深达几十米的液相隙，容易造成因钢液填充不足而出现中心缩孔等缺陷。可见，连铸坯的凝固特点决定了它必然产生中心偏析和缩孔等内部缺陷。

目前采用连铸工艺制备的20MnCrS5由于生产的连续性，连铸对其生产的要求是具有一定的可浇性，但由于20MnCrS5属于含硫钢，硫在钢中以硫化物夹杂的形式存在，夹杂物增多就会在连铸水口处聚集结瘤而堵塞水口，导致可浇性变差。《河北冶金》在公开发表的文献“改善低硅20MnCrS5钢水可浇性工艺实践”中介绍，20MnCrS5在冶炼中氧和钢水中含量较高的硫反应生成较多CaS夹杂，使钢水纯净度变差，在冶炼和连铸过程中形成大量夹杂物，高熔点夹杂物在连铸过程中在水口积瘤堵塞水口，使钢水的可浇性变差，虽经过工艺改进，连浇炉数也较低。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种20MnCrS5钢及其制备方法和应用，避免了凝固组织枝晶搭接，减轻了元素偏析，改善了钢材的致密性。

本发明第一方面保护一种20MnCrS5钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.17％～0.22％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.10％～1.30％，P≤0.035％，S：0.035％～0.045％，Cr：1.00％～1.30％，Alt：0.020％～0.060％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明第二方面保护一种20MnCrS5钢的制备方法，包括如下步骤：电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、加热和轧制；

所述模铸包括开注前通入第一惰性气体保护浇注，所述第一惰性气体优选为氩气。设置引流钢水量≥100kg；控制钢包从VD炉吊出至开始浇注的时间≤10min，过热度控制在25℃～35℃；浇注时，钢包水口高于漏斗砖150～200mm。

进一步地，所述电炉冶炼包括控制出钢终点碳在0.05％≤C≤0.13％，终点磷控制在P≤0.020％，电炉出钢温度控制在1640℃～1680℃。