一种农机用耐磨圆棒及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种农机用耐磨圆棒及其生产方法。

背景技术

农用机械为农业生产中使用的各种机械设备的统称。农机主要由牵引动力机械和作业平台机械组成，作业平台机械主要包括：耕整机械、植保机械、排灌机械、种植施肥机械、收获机械以及其他各类专业用途的机械等。农机需要与土地、砂砾、植株等频繁接触，因此要求接触部位具有良好的耐磨、耐酸碱性与疲劳性，农机工作台根据用途的不同，需要经成型、焊接等步骤制成不同形状的构件，因此要求材料具有良好的成型性能和焊接性能。

农机制造企业普遍采用Q235、Q355级别普通材质制作农机工作台，Q235、Q355材质主要为中碳材质，依靠C、Mn元素提升材质性能，无耐磨、耐酸碱、抗锈蚀等设计，且农用机械作业环境多变，受露水、植株汁液侵蚀，被沙土磨损，因此农机部件损耗严重，需频繁返修更换，影响农机的正常作业。因此急需开发农机用耐磨钢材，以满足市场需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种农机用耐磨圆棒及其生产方法。本发明采用方坯连铸-棒材直轧工艺来生产农机用耐磨圆棒，产品中添加了Cu、Ni、Cr等耐磨、耐酸碱元素，有效提升了产品的耐磨性能；采用结晶器电搅+末搅技术，可有效消除连铸坯的中心缩孔、中心偏析；采用免加热直轧技术，无铸坯加热环节，不存在元素在铸坯表面偏聚行为，成功生产出φ18～25mm规格的热轧耐磨圆棒，本发明生产方法具有流程短、成本低、质量好的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种农机用耐磨圆棒，所述耐磨圆棒化学成分组成及其质量百分含量为C：0.15～0.020%，Mn：0.80～1.10%，Si：0.20～0.40%，S≤0.030%，P≤0.030%，Al：0.020～0.050%，Cr：0.50-0.80%，Cu：0.20～0.40%，Ni：0.070～0.110%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述耐磨圆棒直径φ18～25mm，组织为铁素体+珠光体。

本发明所述耐磨圆棒力学性能Rm：500～630MPa，Rel≥355MPa，延伸率A≥25%。

本发明还提供一种农机用耐磨圆棒的生产方法，所述生产方法包括转炉冶炼、炉后吹氩、方坯连铸工序、热轧工序、冷床冷却打捆；所述方坯连铸工序，中间包钢水过热度为15～35℃，连铸机拉速控制在3.6～4.0m/min，结晶器所用保护渣熔点为1030-1150℃、碱度为0.80～1.00，粘度为0.20～0.40P·S，二次冷却采用中-弱冷却方式，比水量0.7～1.0L/kg钢。

本发明所述连铸工序，采用结晶器采用电磁搅拌+末端电磁搅拌，电磁搅拌参数：电流380-450A、频率2-5Hz；末端电磁搅拌参数：电流420-480A，频率5-10Hz。采用结晶器电搅+末搅技术，可有效消除连铸坯的中心缩孔、中心偏析。

本发明所述热轧工序，采用免加热直轧技术，无铸坯加热环节，不存在元素在铸坯表面偏聚行为，直轧辊道采用高速输送方案及采用全程保温技术，直轧辊道输送速度：2-3.5m/s；粗轧开轧铸坯头部温度≥960℃，头尾温差≤60℃；由方坯经粗-中-精轧后，得到直径φ18～25mm规格的圆棒产品。

本发明所述转炉冶炼工序，入炉铁水中S≤0.040%、P≤0.140%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰30～40kg/t、加入轻烧白云石15～20kg/t；随废钢加入铜板2.0～4.0kg/t、电解镍0.5～1.1kg/t，炉后加入硅锰合金、高碳铬铁合金化，转炉终点：碳含量0.04～0.10%、磷含量P≤0.020%。

本发明所述炉后吹氩工序，加入Al终脱氧，静吹时间5～8min；吹氩站出站温度1585～1610℃。

本发明所述炉后吹氩工序，控制吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.15～0.020%，Mn：0.80～1.10%，Si：0.20～0.40%，S≤0.030%，P≤0.030%，Al：0.020～0.050%，Cr：0.50-0.80%，Cu：0.20～0.40%，Ni：0.070～0.110%，余量为Fe和不可避免的杂质。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明在传统意义上棒材产品中开发出一个机械设备系列，从服务于产品的角度，增加产品的耐磨性能和实用性能。本发明使用常规钢铁冶炼，通过理论依据，添加Cu、Ni、Cr等常见元素，得到一种具有较好的强度、韧性、耐磨耐酸碱性能的棒材。2、本发明在钢中增加Cu、Ni、Cr元素后，可明显提高产品的耐磨、耐酸碱性能，在制作成喂料棒后，作业中与农作物秸秆接触、摩擦，可明显提升产品的寿命。3、本发明采用结晶器电搅+末搅技术，可有效消除连铸坯的中心缩孔、中心偏析。4、本发明采用的连铸二次冷却技术，可消除钢中添加Cu、Ni、Cr后造成的传热不均、铸坯裂纹现象，保障了圆棒产品的表面质量。5、本发明采用方坯连铸、热轧工艺，采用免加热直轧技术，无铸坯加热环节，不存在元素在铸坯表面偏聚行为，保障了圆棒产品的表面质量；降低了全工序能耗及生产成本，同时具有流程短、能耗低、工艺过程简单的特点，为企业减排和清洁化生产提供助力，

最终生产出φ18～25mm规格的热轧圆棒，实现低成本生产优质耐磨圆棒。

附图说明

图1为实施例1中铸坯的低倍组织图；

图2为实施例1中耐磨圆棒的金相组织图（200×）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ18mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.028%、P：0.121%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰38kg/t、加入轻烧白云石20kg/t；随废钢加入铜板2.4kg/t、电解镍0.8kg/t；转炉终点：C：0.043%、P：0.012%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，并加入硅锰合金14kg/t，高碳铬铁11kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间6min，出站温度1585℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为18-26℃，连铸机拉速控制在3.7m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1050℃、碱度为0.90，粘度为0.25P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量0.75L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流380A、频率2Hz；末端电磁搅拌参数：电流420A，频率5Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：2m/s，粗轧开轧铸坯头部温度963℃，尾部温度912℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度558MPa，屈服强度426MPa，延伸率A：28%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷。

图1为实施例1所得铸坯的低倍组织图，由图1可见，铸坯质量良好，中心缩孔、不存在中心偏析；图2为实施例1所得耐磨圆棒的金相组织图（200×），由图2可见，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。（实施例2-5附图与实施例1类似，故省略。）

实施例2

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.024%、P：0.118%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰38.6kg/t、加入轻烧白云石19kg/t；随废钢加入铜板2.5kg/t、电解镍0.9kg/t；转炉终点：C：0.049%、P：0.015%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，并加入硅锰合金15kg/t，高碳铬铁11kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间6min，吹氩站出站温度1595℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为26-28℃，连铸机拉速控制在3.8m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1050℃、碱度为0.90，粘度为0.25P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量0.95L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流400A、频率3Hz；末端电磁搅拌参数：电流450A，频率7Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：2.6m/s，粗轧开轧铸坯头部温度968℃，尾部温度912℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度562MPa，屈服强度430MPa，延伸率A：30%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。

实施例3

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ22mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.024%、P：0.118%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰38.6kg/t、加入轻烧白云石19kg/t；随废钢加入铜板2.5kg/t、电解镍0.85kg/t；转炉终点：C：0.052%、P：0.018%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，并加入硅锰合金15kg/t，高碳铬铁11kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间6min，吹氩站出站温度1600℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为20-28℃，连铸机拉速控制在3.7m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1050℃、碱度为0.90，粘度为0.25P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量0.85L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流420A、频率4Hz；末端电磁搅拌参数：电流460A，频率8Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：2.5m/s，粗轧开轧铸坯头部温度966℃，尾部温度909℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度562MPa，屈服强度443MPa，延伸率A：31%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。

实施例4

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ25mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.022%、P：0.124%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰40kg/t、加入轻烧白云石15kg/t；随废钢加入铜板2.7kg/t、电解镍0.86kg/t；转炉终点：C：0.052%、P：0.016%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，并加入硅锰合金15kg/t，高碳铬铁11kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间8min，吹氩站出站温度1600℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为20-30℃，连铸机拉速控制在3.8m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1050℃、碱度为0.90，粘度为0.25P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量0.80L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流450A、频率5Hz；末端电磁搅拌参数：电流480A，频率10Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：3.0m/s，粗轧开轧铸坯头部温度971℃，尾部温度922℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度554MPa，屈服强度423MPa，延伸率A：30.5%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。

实施例5

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ18mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.028%、P：0.121%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰38kg/t、加入轻烧白云石20kg/t；随废钢加入铜板4.0kg/t、电解镍1.1kg/t；转炉终点：C：0.040%、P：0.012%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，并加入硅锰合金17kg/t，高碳铬铁15kg/t，硅铁1.9kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间6min，吹氩站出站温度1585℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为15-25℃，连铸机拉速控制在3.6m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1030℃、碱度为1.00，粘度为0.20P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量0.70L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流420A、频率3Hz；末端电磁搅拌参数：电流450A，频率7Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：3.5m/s，粗轧开轧铸坯头部温度960℃，尾部温度900℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度608MPa，屈服强度486MPa，延伸率A：27%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。

实施例6

本实施例农机用耐磨圆棒产品直径φ25mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例农机用耐磨圆棒产品生产方法包括转炉冶炼、吹氩站吹氩喂丝、方坯连铸工序、热轧工序和冷床切分打捆工序，具体生产工艺步骤如下所述：

（1）转炉冶炼：入炉铁水中S：0.040%、P：0.140%；采用石灰和轻烧白云石造渣，加入石灰30kg/t、加入轻烧白云石20kg/t；随废钢加入铜板2.0kg/t、电解镍0.5kg/t；转炉终点：C：0.10%、P：0.020%；出钢过程中加入钢砂铝脱氧合金化，硅锰合金12.2kg/t，高碳铬铁9.3kg/t。

（2）炉后吹氩：喂入Al丝调整钢中Al含量，氩气搅拌静吹时间5min，吹氩站出站温度1610℃；吹氩站出站钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1。

（3）方坯连铸工序：中间包钢水过热度为27-35℃，连铸机拉速控制在4.0m/min，结晶器所用保护渣的熔点为1150℃、碱度为0.80，粘度为0.40P·S，二次冷却采用弱冷却方式，比水量1.00L/kg钢。采用结晶器电磁搅拌+末端搅拌技术对铸坯内部进行搅拌（电磁搅拌参数：电流420A、频率3Hz；末端电磁搅拌参数：电流450A，频率7Hz）。

（4）热轧工序：直轧辊道输送速度：2.9m/s，粗轧开轧铸坯头部温度966℃，尾部温度918℃，由165×165mm

本实施例农机用耐磨圆棒性能：抗拉强度515MPa，屈服强度402MPa，延伸率A：32%；产品表面无裂纹、结疤等缺陷，组织为铁素体+珠光体，组织细小均匀。

表1 实施例1-5中耐磨圆棒化学成分组成及质量百分含量（%）

表1中，化学成分余量为Fe和不可避免的杂质。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。