发明内容
本发明为解决以上技术问题是,提供一种既具备较好的耐磨性和耐高温性,又具备较高的淬透性和较窄的末端淬透性的窄淬透性齿轮钢。
为实现本发明目的,本发明所用的技术方案是:提供一种窄淬透性齿轮钢,它含有以下质量百分比的组份:
C:0.18%~0.22%,Si:0.20%~0.30%,Mn:0.90%~1.15%,P:≤0.030%,S:≤0.030%,Cr:1.00%~1.35%,Ti:0.04%~0.08%,B:0.004%~0.005%,W:0.025%~0.038%,[O]:≤11.5×10-6,[H]:≤1.5×10-6,[N]:35×10-6~45×10-6,其余为Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比,本发明具有如下显著优点或有益效果:
(1)由于在Cr-Mn-Ti系齿轮钢主体成分适当调整的前提下,利用钢中Ti元素固氮和细化晶粒的作用,以及在C、Cr、Mn等元素提高钢淬透性作用的基础上,添加了微量的B元素,B提高淬透性的作用机理为:对钢的淬透性起作用的是固溶硼,作用机理主要是硼在奥氏体晶界的偏聚;微量固溶硼即可强烈提高钢的淬透性;碳和氧、氮等元素对硼提高钢的淬透性作用有重要影响;利用多种元素的复合作用,显著提高并稳定钢的淬透性;同时还用替代部分Cr和Mn, B元素的价格要低于Cr元素和Mn元素的价格,因此使得本发明具有淬透性高和末端淬透性带窄,使用性能较高,且生产成本较低的优点。
(2)W成分中一方面起到固溶强化作用;另一方面,与Fe形成Fe2W,对钢产生强化作用,W具有较小扩散系数,可以抑制碳化物生成与凝聚,W抑制Fe2W粗大化,加入W可以提高钢耐磨性及高温性能,但随着加入W量的增大,生成碳化物不易扩散,这就降低了钢加工性能及钢的韧性,故本发明将W控制在0.025%~0.038%,使得本发明的齿轮钢在具有稳定的淬透性同时,还具有较高的耐磨性和高温性能。
本发明要解决另一技术问题是:提供一种可制备纯净度较高、晶粒均匀性较好、晶粒细小及末端淬透性较好的窄淬透性齿轮钢的制备方法,它包括以下步骤:
1)顶底复合吹炼转炉初炼
从高炉加入转炉的铁水成分为:C:3.80%~4.80%,Si:0.50%~0.70%,Mn:0.40%~0.60%,P≤0.12%,S≤0.012%,其余为铁和不可避免的杂质;铁水的温度为1330~1390℃;吹氧时间为14~16 min,氧枪喷头采用五孔拉瓦尔型喷嘴,喷孔夹角为13°~15°,出口马赫数M出值为2.0;终点放钢碳控制在0.08%~0.15%,控制转炉下渣,下渣时采用刺状挡渣球挡渣,钢包渣层厚度控制在55 mm以下,出钢温度为1630~1670℃;
2)钢包脱氧合金化
脱氧采用铝锰和钛铁,并在放钢后期加顶渣石灰渣洗;
3)LF精炼(Ladle Furnace的简称,也称为钢包精炼)
LF精炼炉精炼临近结束时,喂入硼铁和钛铁的复合包芯线,控制钢中含有钨的质量百分比保持在0.025%~0.038%;
其中,吹氩:LF精炼过程全程吹氩,进站前期控制氩气为40~50L/min,中后期控制氩气为20 L/min,后期软吹控制为10 L/min;
脱氧、造渣脱硫:采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,在LF精炼中后期,加入SiC粉;并在LF精炼炉精炼过程中或结束时,采用喂铝线的方法喂加铝,并在精炼工位取样分析[Al]sol,将终点TAl控制在0.020%~0.03%,Ca/Al的比值控制在0.1以上;
白渣操作:LF精炼炉采用白渣工艺,其中碱度为2.8~3.0,渣中(FeO+ MnO)<4%,LF出站温度控制在1590~1605 ℃之间;
4)RH精炼(Ruhstahl hausen Process的缩写,炼钢的一种真空脱气方法,它利用真空罐底部两条插入钢液的耐火管,其中一条通以氩气,导致两管内的钢液产生密度差,从而使钢液在钢包与真空罐之间上下循环流动,发生脱气反应。)
精炼前先将真空室预热,且在精炼的间隙及精炼的过程中对真空室进行加热保温,钢包在RH工位的处理时间为30~35 min,处理过程中循环钢液的当量次数为3次,循环流量为38~42 t/min;
5)连铸
连铸全程采用无氧化保护浇注,大包采用密封垫及氩封,中间包选择T形的中间包,钢液在中间包的停留时间为9min;结晶器采用双侧孔浸入式水口,侧孔倾角为向下15°;结晶器的振动频率为300次/min,振幅为±4.5 mm,负滑脱率为25%~40%;拉坯矫直装置采用五点矫直,拉速为1.38~1.40m/min,连铸机的圆弧半径为16.50 m。
所述的步骤1)中喷孔夹角为14°。
所述的步骤1)中从高炉出来的铁水经过占铁水总质量20%的Mg和80%的CaO 脱硫剂喷粉法脱硫处理后再进入转炉。
与现有技术相比,本发明具有如下显著优点或有益效果:
(1)由于在Cr-Mn-Ti系齿轮钢主体成分适当调整的前提下,利用钢中Ti元素固氮和细化晶粒的作用,以及在C、Cr、Mn等元素提高钢淬透性作用的基础上,添加了微量的B元素,B提高淬透性的作用机理为:对钢的淬透性起作用的是固溶硼,作用机理主要是硼在奥氏体晶界的偏聚;微量固溶硼即可强烈提高钢的淬透性;碳和氧、氮等元素对硼提高钢的淬透性作用有重要影响;利用多种元素的复合作用,显著提高并稳定钢的淬透性;同时还用替代部分Cr和Mn, B元素的价格要低于Cr元素和Mn元素的价格,因此使得本发明具有淬透性高和末端淬透性带窄,使用性能较高,且生产成本较低的优点。
(2)W成分中一方面起到固溶强化作用;另一方面,与Fe形成Fe2W,对钢产生强化作用,W具有较小扩散系数,可以抑制碳化物生成与凝聚,W抑制Fe2W粗大化,加入W可以提高钢耐磨性及高温性能,但随着加入W量的增大,生成碳化物不易扩散,这就降低了钢加工性能及钢的韧性,故本发明将W控制在0.025%~0.038%,使得本发明的齿轮钢在具有稳定的淬透性同时,还具有较高的耐磨性和高温性能。
(3)由于在放钢后期加顶渣石灰渣洗,则可提高钢包渣的碱度,进而提高渣的脱硫能力,同时还有利于吸附夹杂,进一步净化钢液,使得产品的纯净度更高,晶粒均匀性也更好。
(4)由于LF精炼炉中后期,加入SiC粉,则在保持炉渣的还原性的同时,利用生成的CO还原气体,减少在电弧加热时因钢水裸露在大气下发生二次氧化,使钢中氧含量进一步下降。
具体实施方式
下面结合具体实施实例说明,但本发明不限于以下具体实施实例。
实施例1
一种窄淬透性齿轮钢,它含有以下质量百分比的组份:
C(碳):0.20%,Si(硅):0.26%,Mn(锰):1.02%,P(磷):0.010%,S(硫):0.008%,Cr(铬):1.19%,Ti(钛):0.06%,B(硼):0.0045%,W(钨):0.032%,[O]: 11.0×10-6,[H]:1.2×10-6,[N]:40×10-6,其余为Fe(铁)和不可避免的杂质。
上述窄淬透性齿轮钢的制备方法,它包括以下步骤:
1)顶底复合吹炼转炉初炼:
高炉铁水经过占铁水总质量20%的Mg和80%的CaO脱硫剂喷粉法脱硫处理后再进入顶底复合吹炼转炉进行初炼;入顶底复合吹炼转炉的铁水成分为:C:4.2%,Si:0.60%,Mn:0.48%,P:0.098%,S:0.005%,其余为铁和不可避免的杂质,入转炉的铁水温度为1350℃;吹氧时间15 min,氧枪喷头采用五孔拉瓦尔型喷嘴,喷孔夹角为14°,出口马赫数M出取为2.0;终点放钢碳控制在0.11%,严格控制转炉下渣,采用刺状挡渣球挡渣,钢包渣层厚度控制在55 mm以下,出钢温度控制为1650℃;
2)钢包脱氧合金化:
脱氧采用铝锰和钛铁,能有效脱除钢水中的氧,并且对炉渣也有一定的脱氧能力,放钢后期加顶渣石灰渣洗,以提高钢包渣的碱度,提高渣的脱硫能力,同时还有利于吸附夹杂,净化钢液;
3)LF精炼:
LF精炼炉精炼临近结束时,喂入硼铁和钛铁的复合包芯线,控制钢中含有0.032%的钨;
其中,吹氩:LF精炼过程全程吹氩,以利于成分均匀和非金夹杂物的去除,精确控制精炼各阶段的氩气流量,进站前期控制氩气为45L/min,中后期控制氩气为20 L/min,后期软吹控制为10 L/min;
脱氧、造渣脱硫:在炉渣还原性较好的LF炉中后期,加入SiC粉,保持炉渣的还原性,利用生成的CO还原气体,减少在电弧加热时因钢水裸露在大气下发生二次氧化;在钢包炉精炼过程中或结束时,采用喂铝线的方法,使钢中氧含量进一步下降;采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,控制出钢前钢包中加人足量的脱氧铝,并在精炼工位取样分析[Al]sol,适量喂加铝,将终点TAl控制在0.025%,Ca/Al的比值控制在0.16;
白渣操作:LF炉采用白渣工艺,其碱度为2.9,渣中(FeO+ MnO)为3.4%,进一步强化脱氧、脱硫,LF出站温度控制在1600 ℃;
4)RH精炼
精炼前先将真空室预热,且在精炼的间隙及精炼的过程对真空室进行加热保温,钢包在RH工位的处理时间为32 min,处理过程中循环钢液的当量次数为3次,循环流量为40 t/min;
5)连铸
连铸全程采用无氧化保护浇注,大包采用密封垫及氩封,中间包选择T形的中间包,钢液在中间包的停留时间为9min;结晶器采用双侧孔式浸入式水口,侧孔倾角为向下15°;结晶器的振动频率为300次/min,振幅为±4.5 mm,负滑脱率为32%;拉坯矫直装置采用五点矫直,拉速取为1.39m/min,连铸机的圆弧半径为16.50 m。
本实施例的一种窄淬透性齿轮钢中,在Cr-Mn-Ti系齿轮钢主体成分适当调整的前提下,添加微量B元素,B的含量为0.0045%,利用钢中Ti元素固氮和细化晶粒,以及在C、Cr、Mn等元素提高钢淬透性作用的基础上,添加微量B元素,利用多种元素的复合作用,显著提高和稳定钢的淬透性,并可用B替代部分Cr、Mn,具有淬透性高和稳定、带窄,使用性能高,且生产成本低的优点;同时,W在本发明中是钢的主要强化元素,一方面固溶强化,另一方面,形成Fe2W,对钢产生强化作用,W具有较小扩散系数,可以抑制碳化物生成与凝聚,W抑制Fe2W粗大化,加入W可以提高钢耐磨性及高温性能,本发明将W控制在0.032%,使得本发明的齿轮钢在具有稳定的淬透性同时,提高了钢得耐磨性及高温性能。
本实施例制得的齿轮钢通过热处理后,进行高倍检验,其带状组织为1.0级,末端淬透性的J9为44.9 HRC,J15为40.9 HRC,硬度为196。
实施例2
一种窄淬透性齿轮钢,它含有以下质量百分比的组份:
C:0.18%,Si: 0.30%,Mn:0.90%,P:0.012%,S:0.010%,Cr: 1.35%,Ti:0.04%,B: 0.005%,W:0.025%,[O]:11.5×10-6,[H]:1.4×10-6,[N]:45×10-6,其余为Fe和不可避免的杂质。
上述窄淬透性齿轮钢的制备方法,它包括以下步骤:
1)顶底复合吹炼转炉初炼:
高炉铁水经过占铁水总质量20%的Mg和80%的CaO脱硫剂喷粉法脱硫处理后再进入顶底复合吹炼转炉进行初炼;入顶底复合吹炼转炉的铁水成分为:C:3.8%,Si:0.50%,Mn:0.40%,P:0.010%,S:0.095%,其余为铁和不可避免的杂质,入转炉的铁水温度为1330℃;吹氧时间14 min,氧枪喷头采用五孔拉瓦尔型喷嘴,喷孔夹角为13°,出口马赫数M出取为2.0;终点放钢碳控制在0.08%,严格控制转炉下渣,采用刺状挡渣球挡渣,钢包渣层厚度控制在55 mm以下,出钢温度控制为1630℃;
2)钢包脱氧合金化:
脱氧采用铝锰和钛铁,能有效脱除钢水中的氧,并且对炉渣也有一定的脱氧能力,放钢后期加顶渣石灰渣洗,以提高钢包渣的碱度,提高渣的脱硫能力,同时还有利于吸附夹杂,净化钢液;
3)LF精炼:
LF精炼炉精炼临近结束时,喂入硼铁和钛铁的复合包芯线,控制钢中含有0.025%的钨;
其中,吹氩:LF精炼过程全程吹氩,以利于成分均匀和非金夹杂物的去除,精确控制精炼各阶段的氩气流量,进站前期控制氩气为40L/min,中后期控制氩气为20 L/min,后期软吹控制为10 L/min;
脱氧、造渣脱硫:在炉渣还原性较好的LF炉中后期,加入SiC粉,保持炉渣的还原性,利用生成的CO还原气体,减少在电弧加热时因钢水裸露在大气下发生二次氧化;在钢包炉精炼过程中或结束时,采用喂铝线的方法,使钢中氧含量进一步下降;采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,控制出钢前钢包中加人足量的脱氧铝,并在精炼工位取样分析[Al]sol,适量喂加铝,将终点TAl控制在0.020%,Ca/Al的比值控制在0.11;
白渣操作:LF炉采用白渣工艺,其碱度为2.8,渣中(FeO+ MnO)为3.8%,进一步强化脱氧、脱硫,LF出站温度控制在1590 ℃;
4)RH精炼
精炼前先将真空室预热,且在精炼的间隙及精炼的过程对真空室进行加热保温,钢包在RH工位的处理时间为30 min,处理过程中循环钢液的当量次数为3次,循环流量为38 t/min;
5)连铸
连铸全程采用无氧化保护浇注,大包采用密封垫及氩封,中间包选择T形的中间包,钢液在中间包的停留时间为9min;结晶器采用双侧孔式浸入式水口,侧孔倾角为向下15°;结晶器的振动频率为300次/min,振幅为±4.5 mm,负滑脱率为25%;拉坯矫直装置采用五点矫直,拉速取为1.38m/min,连铸机的圆弧半径为16.50 m。
本实施例制得的齿轮钢通过热处理后,进行高倍检验,其带状组织为1.0级,末端淬透性的J9为43.8 HRC,J15为40.4 HRC,硬度为194。
实施例3
一种窄淬透性齿轮钢,它含有以下质量百分比的组份:
C: 0.22%,Si:0.20%,Mn:1.15%,P:0.016%,S:0.013%,Cr:1.00%,Ti:0.08%,B:0.004%,W:0.038%,[O]:10.8×10-6,[H]:1.44×10-6,[N]:35×10-6,其余为铁和不可避免的杂质。
上述窄淬透性齿轮钢的制备方法,它包括以下步骤:
1)顶底复合吹炼转炉初炼:
高炉铁水经过占铁水总质量20%的Mg和80%的CaO 脱硫剂喷粉法脱硫处理后再进入顶底复合吹炼转炉进行初炼;入顶底复合吹炼转炉的铁水成分为:C:4.8%,Si:0.70%,Mn:0.60%,P:0.008%,S:0.008%,其余为铁和不可避免的杂质,入转炉的铁水温度为1390℃;吹氧时间16 min,氧枪喷头采用五孔拉瓦尔型喷嘴,喷孔夹角为15°,出口马赫数M出取为2.0;终点放钢碳控制在0.15%,严格控制转炉下渣,采用刺状挡渣球挡渣,钢包渣层厚度控制在55 mm以下,出钢温度控制为1670℃;
2)钢包脱氧合金化:
脱氧采用铝锰和钛铁,能有效脱除钢水中的氧,并且对炉渣也有一定的脱氧能力,放钢后期加顶渣石灰渣洗,以提高钢包渣的碱度,提高渣的脱硫能力,同时还有利于吸附夹杂,净化钢液;
3)LF精炼:
LF精炼炉精炼临近结束时,喂入硼铁和钛铁的复合包芯线,控制钢中含有0.025%的钨;
其中,吹氩:LF精炼过程全程吹氩,以利于成分均匀和非金夹杂物的去除,精确控制精炼各阶段的氩气流量,进站前期控制氩气为50L/min,中后期控制氩气为20 L/min,后期软吹控制为10 L/min;
脱氧、造渣脱硫:在炉渣还原性较好的LF炉中后期,加入SiC粉,保持炉渣的还原性,利用生成的CO还原气体,减少在电弧加热时因钢水裸露在大气下发生二次氧化;在钢包炉精炼过程中或结束时,采用喂铝线的方法,使钢中氧含量进一步下降;采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,控制出钢前钢包中加人足量的脱氧铝,并在精炼工位取样分析[Al]sol,适量喂加铝,将终点TAl控制在0.030%,Ca/Al的比值控制在0.19;
白渣操作:LF炉采用白渣工艺,其碱度为3.0,渣中(FeO+ MnO)为2.5%,进一步强化脱氧、脱硫,LF出站温度控制在1605 ℃;
4)RH精炼
精炼前先将真空室预热,且在精炼的间隙及精炼的过程对真空室进行加热保温,钢包在RH工位的处理时间为35 min,处理过程中循环钢液的当量次数为3次,循环流量为42 t/min;
5)连铸
连铸全程采用无氧化保护浇注,大包采用密封垫及氩封,中间包选择T形的中间包,钢液在中间包的停留时间为9min;结晶器采用双侧孔式浸入式水口,侧孔倾角为向下15°;结晶器的振动频率为300次/min,振幅为±4.5 mm,负滑脱率为40%;拉坯矫直装置采用五点矫直,拉速取为1.40m/min,连铸机的圆弧半径为16.50 m。
本实施例制得的齿轮钢通过热处理后,进行高倍检验,其带状组织为1.0级,末端淬透性的J9为43.6HRC,J15为39.9 HRC,硬度为195。
以上实施例仅为本发明的较佳实施例,本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化,凡在本发明独立权要求范围内变化的,均属本发明保护范围。