CN104532103B - 一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法，LF进站后补充渣料，快速给电化渣，采用SiO₂‑Al₂O₃‑CaO渣系扩散脱氧，炉渣碱度控制在3.5‑5.5，渣白后，温度在1560℃以上，取样化验，计算化验结果的Mo+W+0.2Ni含量，确定表1‑表4中适用的控制范围表，在表中首先确定一个C的控制目标值，然后根据对应表中此C含量对应的其余元素量和化验结果的其余元素的量来确定合金的加入量，适用于生产20CrMnTiH钢的现场直接控制。通过计算使成分满足末端淬透性的要求，进而确定成分的目标值和偏差值。其生产的控制方法可以一次性指定各元素的控制目标值和波动范围，避免了多次取样计算。

Description

一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法

技术领域

本发明属于冶金制造领域，特别是提供了一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法。

背景技术

淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层(马氏体层)深度的能力。它是钢的一种固有属性，主要取决于化学成分和晶粒度。而淬透性是齿轮钢的重要特性之一，齿轮钢对淬透性的要求也越来越高。

保淬透性齿轮钢在冶炼阶段对成分的精准窄范围控制是保证淬透性合格的前提。目前国内产量和用量最大的保淬透性齿轮钢为20CrMnTiH，该钢种的控制重点是通过合理的合金成分的搭配来保证获得窄的淬透性带宽，特别是在一定C含量下，Mn+Cr总量的控制。在该钢的合金成分范围内，C、Mn、Cr均属提高钢的淬透性的元素；加入合金元素Ti是为了获得本质细晶粒钢，可以有效降低晶粒粗大引起的热处理过程中钢的变形和开裂等。

目前常用的淬透性计算方法有以下几种：一是理想临界直径法，它是通过计算淬透性的理想临界直径，然后利用水冷端硬度和端淬硬度比值引申而来；二是Just公式法，它是E.Just与1968年提出的一种计算公式，通过对合金元素做了数值变换之后，利用回归方程计算获得的。这两种方法均需要大量的数值计算，不适用于生产现场需要快速、准确的要求结果的情况。

在生产保淬透性齿轮钢时，需要快速、准确的化验钢的成分，根据成分结果计算出成分目标值，再计算出合金添加量，然后再次取样化验，直到成分符合淬透性要求的范围为止。目前很多厂家通过计算机计算来确定保淬透性齿轮钢的目标成分值，计算机虽然有计算速度快、数值准确等优势，但是整个过程中需要多次取样化验，并将结果输入计算机，重复劳动强度很高，并且用于计算的软件往往需要与高校科研院所合作开发，授权费用较高，一定程度上提高了生产成本。

公开号CN103617354A，名为“一种钢的淬透性通用拟合计算方法”的发明专利，提供了一种属于钢铁淬透性计算技术领域的淬透性通用拟合计算方法，具有适用范围广，适应能力较强，能有效提高淬透性预测精度的特点。但是此方法需要借助于计算机，适用于理论计算，不适用于生产现场的实际控制情况。

公开号CN1047697，名为“一种生产窄淬透性带钢的方法”的发明专利，提供了一种对末端淬透性要求严格的带钢生产方法，采用计算式预报端淬硬度值，确定或矫正钢的化学成分范围，最后根据端淬数值来确定钢号。此方法是根据成分和淬透性数值来确定钢号，而不能由钢号和淬透性要求来确定成分控制范围值。

发明内容

为了克服目前现场生产保淬透性齿轮钢成分控制存在的问题，本发明提供一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法，适用于生产20CrMnTiH钢的现场直接控制。通过计算使成分满足末端淬透性的要求，进而确定成分的目标值和偏差值。其生产的控制方法可以一次性指定各元素的控制目标值和波动范围，避免了多次取样计算。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法，包括以下步骤：

(1)LF进站后补充渣料，快速给电化渣，采用SiO₂-Al₂O₃-CaO渣系扩散脱氧，炉渣碱度控制在3.5-5.5，渣白后，温度在1560℃以上，取样化验，计算化验结果的Mo+W+0.2Ni含量，确定表1-表4中适用的控制范围表：

表1适用于(Mo+W+0.2Ni)≤0.01％的合金元素控制范围

表2适用于0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％的合金元素控制范围

表3适用于0.02％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.03％的合金元素控制范围

表4适用于0.03％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.04％的合金元素控制范围

上述表中数据为质量百分比，单位％；

(2)根据步骤(1)中Mo+W+0.2Ni含量确定的对应表格，在表中首先确定一个C的控制目标值，然后根据对应表中此C含量对应的其余元素量和化验结果的其余元素的量来确定合金的加入量，合金加入量计算方法为：

吨钢合金加入量乘以钢水量即为合金应加入量。

本发明的有益效果是：适用于生产20CrMnTiH钢的现场直接控制。通过计算使成分满足末端淬透性的要求，进而确定成分的目标值和偏差值。其生产的控制方法可以一次性指定各元素的控制目标值和波动范围，避免了多次取样计算。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的保淬透性齿轮钢的制备方法与现有技术是相同的，可以参考现有技术，所以不再叙述，本发明与现有技术的不同点是保淬透性齿轮钢的成分控制方法不同，下面进行详细的说明：

因为C元素对淬透性影响最大，而且生产中对C元素的范围控制精度最高，首先确定C的控制范围为0.18-0.22％，以0.01％为步长，分别计算确定Mn、Cr、Si的控制目标，进而确定除C外各影响淬透性元素的允许波动范围。

20CrMnTiH钢中Mo、W、Ni等残余元素的含量一定程度上会影响淬透性，所以需要根据其实际的含量范围，确定对应范围的其他合金元素控制范围值。为了简化实际生产中的控制，一次性指定的Mn、Cr元素的控制目标值和偏差值，如表1-表4，表中数据为质量百分比。

表1适用于(Mo+W+0.2Ni)≤0.01％的合金元素控制范围

表2适用于0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％的合金元素控制范围

表3适用于0.02％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.03％的合金元素控制范围

表4适用于0.03％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.04％的合金元素控制范围

上述表中数据为质量百分比，单位％；

具体的控制方法如下：

LF进站后补充渣料，快速给电化渣，采用SiO₂-Al₂O₃-CaO渣系扩散脱氧，炉渣碱度控制在3.5-5.5。渣白后，温度在1560℃以上，取样化验。计算化验结果的Mo+W+0.2Ni含量，确定表1-表4中适用的控制范围表。在表中首先确定一个C的控制目标值，然后根据此表中此C含量对应的其余元素量和化验结果的其余元素的量来确定合金的加入量。合金加入量计算方法为：

吨钢合金加入量乘以钢水量即为合金应加入量。

实施例1：

LF进行脱氧还原，渣白后取样化验成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.11	0.12	0.84	0.010	0.005	1.01	0	0	0	0.10

Mo+W+0.2Ni＝0.02，符合0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％范围，因此按照表2的目标值和波动范围来配加合金。需要添加的合金为：硅铁、锰铁、铬铁、钛铁，已知各合金的品位为：硅铁含Si75％，锰铁含Mn78％，铬铁含Cr65％，钛铁含Ti 30％。各合金回收率为：硅铁88％，锰铁94％，铬铁94％，钛铁50％。选取C＝0.20％一行为目标值，即Si目标值为0.22％，Mn目标值为0.93％，Cr目标值为1.16％，Ti目标值为0.07％，计算吨钢合金加入量分别为：

读取钢水称重量为106吨，计算得各合金的应加入量(kg)：

硅铁	锰铁	铬铁	钛铁
				161	130	260	495

加完上述合金之后，取样化验成分，根据此时的C含量添加碳粉、碳铁球将C含量调整为0.20％。

最终成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.20	0.23	0.92	0.011	0.005	1.15	0.053	0	0	0.10

实施例2：

LF进行脱氧还原，渣白后取样化验成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.09	0.16	0.86	0.014	0.006	1.01	0	0	0	0.10

Mo+W+0.2Ni＝0.02，符合0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％范围，因此按照表2的目标值和波动范围来配加合金。需要添加的合金为：硅铁、锰铁、铬铁、钛铁，合金品位及回收率同实施例1。选取C＝0.20％一行为目标值，即Si目标值为0.22％，Mn目标值为0.93％，Cr目标值为1.16％，Ti目标值为0.07％，计算吨钢合金加入量分别为：

读取钢水称重量为102吨，计算得各合金的应加入量(kg)：

硅铁	锰铁	铬铁	钛铁
				93	97	250	476

加完上述合金之后，取样化验成分，根据此时的C含量添加碳粉、碳铁球将C含量调整为0.20％。

最终成分为(单位％)：

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ti

Mo

W

Ni

0.20

0.24

0.92

0.015

0.005

1.14

0.078

0

0

0.10

实施例3：

LF进行脱氧还原，渣白后取样化验成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.11	0.13	0.78	0.015	0.006	1.01	0	0	0	0.11

Mo+W+0.2Ni＝0.022，符合0.02％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.03％的范围，因此按照表3的目标值和波动范围来配加合金。需要添加的合金为：硅铁、锰铁、铬铁、钛铁，合金品位及回收率同实施例1。选取C＝0.20％一行为目标值，即Si目标值为0.22％，Mn目标值为0.92％，Cr目标值为1.16％，Ti目标值为0.07％，计算吨钢合金加入量分别为：

读取钢水称重量为105吨，计算得各合金的应加入量(kg)：

硅铁	锰铁	铬铁	钛铁
				143	200	258	490

加完上述合金之后，取样化验成分，根据此时的C含量添加碳粉、碳铁球将C含量调整为0.20％。

最终成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.20	0.24	0.93	0.013	0.005	1.14	0.088	0	0	0.11

实施例4：

LF进行脱氧还原，渣白后取样化验成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.13	0.13	0.84	0.011	0.006	1.01	0	0	0	0.10

Mo+W+0.2Ni＝0.02，符合0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％范围，因此按照表2的目标值和波动范围来配加合金。需要添加的合金为：硅铁、锰铁、铬铁、钛铁，合金品位及回收率同实施例1。选取C＝0.20％一行为目标值，即Si目标值为0.22％，Mn目标值为0.93％，Cr目标值为1.16％，Ti目标值为0.07％，计算吨钢合金加入量分别为：

读取钢水称重量为101吨，计算得各合金的应加入量(kg)：

硅铁	锰铁	铬铁	钛铁
				138	124	248	471

加完上述合金之后，取样化验成分，根据此时的C含量添加碳粉、碳铁球将C含量调整为0.20％。

最终成分为(单位％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Mo	W	Ni
										0.20	0.24	0.92	0.010	0.006	1.16	0.090	0	0	0.10

表5实施例的淬透性检测结果

	J9	J15
			例1	38.8	32.7

例2	38.3	32.1
			例3	39.4	31.5
例4	38.7	32.1

表5为淬透性的检测结果。可见最终成品的淬透性波动范围较窄，从而保证了齿轮钢产品的质量稳定。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种保淬透性齿轮钢的成分控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)LF进站后补充渣料，快速给电化渣，采用SiO₂-Al₂O₃-CaO渣系扩散脱氧，炉渣碱度控制在3.5-5.5，渣白后，温度在1560℃以上，取样化验，计算化验结果的Mo+W+0.2Ni含量，确定表1-表4中适用的控制范围表：

表1 适用于(Mo+W+0.2Ni)≤0.01％的合金元素控制范围

表2 适用于0.01％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.02％的合金元素控制范围

表3 适用于0.02％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.03％的合金元素控制范围

表4 适用于0.03％＜(Mo+W+0.2Ni)≤0.04％的合金元素控制范围

上述表中数据为质量百分比，单位％；

(2)根据步骤(1)中Mo+W+0.2Ni含量确定的对应表格，在表中首先确定一个C的控制目标值，然后根据对应表中此C含量对应的其余元素量和化验结果的其余元素的量来确定合金的加入量，合金加入量计算方法为：

吨钢合金加入量乘以钢水量即为合金应加入量。