CN108145394A - 一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，包括以下步骤：步骤A，截取合金钢坯，并对截取的合金钢坯进行锻打：步骤B，对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，从而得到爬升齿轮轴的半成品；步骤C，对半成品进行热处理；步骤D，对经过热处理后的半成品进行半精加工和精加工，从而得到低温重载高性能爬升齿轮轴。对截取的合金钢坯进行锻打，锻打方式得到的合金钢坯致密度高、韧性好且钢质纤维组成一定均匀流向形态；在仿形加工成所述半成品后，进行热处理，使得半成品的力学性能表现优异，在低温环境(‑40℃)下仍然保持强度高、延伸率大和冲击韧性高等优点。

Description

一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法
技术领域
本发明涉及海洋平台爬升齿轮轴制造领域，尤其涉及一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法。
背景技术
升降装置是自升式海洋钻井平台的关键部分，作用为让桩腿和船体作相对的上下运动，从而使得平台主体能上下移动并将其固定在桩腿的某一个位置。齿轮齿条式升降装置采用液压马达驱动爬升齿轮实现桩腿升降，爬升齿轮不但要承受平台的巨大载荷，还要长期处于恶劣的海上环境，因此爬升齿轮轴作为爬升齿轮的关键部件，其制造工艺要求高。
但现有的爬升齿轮轴制造工艺，一是采用轧制钢材，容易出现密度疏松或大量缩孔的不良现象；二是缺乏热处理工艺，在-10～-30℃的低温环境下，现有的爬升齿轮轴力学性能就大大降低，产生脆性，易破损，更换爬升齿轮轴需要高昂维修费用；三是现有的爬升齿轮轴在低温重载的环境下容易断裂，存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，使得制造出来的爬升齿轮轴在低温重载环境下，仍然保持优异力学性能，不易断裂，耐磨损，使用寿命长。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，包括以下步骤：
步骤A，截取合金钢坯，并对截取的合金钢坯进行锻打：
步骤A1,对所述合金钢坯加热至1200～1300℃，并保温8～9h；
步骤A2，对经过加热保温后的所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1100～1200℃，所述粗锻的终锻温度为≥1000℃；
步骤A3，对经过粗锻后的所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1100～1200℃，并保温8～9h；
步骤A4，对经过扩散退火后的所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1000～1100℃，所述精锻的终锻温度为≥900℃；
步骤A5，对经过精锻后的所述合金钢坯正火加热至880℃，保温8～9h，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8h，然后出炉空冷至室温；
步骤B，对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤C，对所述半成品进行热处理；
步骤D，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，从而得到低温重载高性能爬升齿轮轴。
优选地，还包括步骤E，检验所述低温重载高性能爬升齿轮轴的各项参数，若各项参数均合格则可包装入库。
优选地，所述步骤C包括以下子步骤：
步骤C1，对所述半成品进行加热保温；
步骤C2，将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为30～55℃，淬火时间为25～30min，所述半成品的冷却温度≤150℃；
步骤C3，将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为590～610℃，保温时间为8h；
步骤C4，将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温30～55℃，淬火时间为25～30min，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为590～610℃，保温时间为8h。合金钢坯在仿形加工成所述半成品后，进行热处理，通过淬火——回火——淬火——二次回火的调质热处理过程，使得半成品的力学性能表现优异，如抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和冲击功等参数均有所提高。
优选地，所述步骤C1的加热保温包括：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为430～470℃，并保温2h；然后加热至炉温为630～670℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为840～880℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间≤60s。
优选地，还包括步骤C5：
先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的轴端和齿端各至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测。预设抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测的合格值，然后对半成品进行以上检测，及时检测半成品的力学性能，可根据检测结果及时优化热处理工艺参数，避免成品质量参差不齐。对检测不合格的半成品也能及时通过后续增加一些热处理工序来对其力学性能进行优化。
优选地，按照质量百分比，所述合金钢坯包括以下组分：
C：0.32～0.38％，
Si：0.17～0.37％，
Mn：0.45～0.70％，
P：≤0.025％，
S：≤0.035％，
V：0.07～0.12％，
Cu：≤0.20％，
Cr：1.45～1.70％，
Mo：0.22～0.32％,
Ni：1.50～1.70％，
Nb：0.01～0.1％，
余量为Fe和不可避免的杂质；
其金属组织中，铁素体的体积分数为30～45％，贝氏体的体积分数为10～25％，回火马氏体的体积分数为30～45％，奥氏体的体积分数为5～15％，和马氏体的体积分数为5～8％。采用上述合金钢坯，避免密度疏松或大量缩孔的出现，为后期锻打、热处理得到优异性能提供基础；现有的爬升齿轮轴采用轧制钢，后期热处理难以再提升其力学性能。
所述合金钢坯中的C作为室温下稳定奥氏体的的元素，是确保奥氏体残留的必要元素；C的含量对于残余马氏体的体积分数有决定性作用，因此设置C的含量(按照质量百分比)为0.32～0.38％，能改善残余奥氏体在加工时的稳定性，同时确保残余马氏体的含量，并且避免了C含量过高导致对切削加工的损害以及可焊性的降低。
Mn同样作为奥氏体稳定化元素，同时能够阻止渗碳体生成，有助于C在奥氏体中的富集；因此设置Mn的含量(按照质量百分比)为0.45～0.70％，能够避免Mn合量过低导致的残余马氏体的体积分数较少以及Mn含量过高导致的对铁素体或贝氏体的硬化，进而避免对可加工性的降低和韧性的降低。
P在350～600℃等温时不溶于渗碳体，从而能够抑制渗碳体在该温度范围内析出；同时发挥极强的固溶强化能力，提高固溶强化作用。因此设置P的含量(按照质量百分比)为≤0.025％，既有利于P的固溶强化效果发挥，亦不产生负面影响，避免钢体产生冷脆性。
S的含量(按照质量百分比)设置在≤0.035％的范围内，可改善钢体的切削加工性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。
Cu的含量(按照质量百分比)设置在≤0.20％的范围内，可提高钢体的强度和韧性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。
V的含量(按照质量百分比)设置在0.07～0.12％的范围内，可细化组织晶粒，提高钢体的强度和韧性，V与C形成碳化物，在高温高压下提高钢体的抗氢腐蚀能力。
Si作为铁素体稳定化元素，有助于增加铁素体的体积分数，改善钢体的可加工性。此外，Si会阻止渗碳体的形成，从而使C有效富集在奥氏体中，因此Si结合C元素的添加，对于在室温下将奥氏体稳定在一适当的体积分数是必需的。
Cr的含量(按照质量百分比)设置在1.45～1.70％的范围内，Cr与C形成多种碳化物，减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢体的强度与在热处理时的淬透性。
Mo是固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，缩小奥氏体相区的元素，因此Mo的含量(按照质量百分比)设置在0.22～0.32％的范围内，与Cr、Mn共存时降低或抑制其它元素所导致的回火脆性。
Ni的含量(按照质量百分比)设置在1.50～1.70％的范围内，Ni显著提高钢体的强度，又使钢体保持良好的塑性与韧性。
Nb的含量(按照质量百分比)设置在0.01～0.1％的范围内，在部分奥氏体化阶段，Nb元素充分发挥对奥氏体晶粒生长的阻碍作用，细化晶粒的同时避免大量析出物对残余马氏体稳定性的影响，降低钢体的过热敏感性和回火脆性。
优选地，还包括步骤A6：
对经过步骤A5处理后的所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查，若所述合金钢坯没通过金相检查，则该合金钢坯不能进入后续的加工工序。控制所述合金钢坯的晶粒度在7级以上，细密均匀的晶粒，使得所述合金钢坯表现出来的力学性能显著提高。而普通钢材，几乎不做晶粒度控制，其晶粒度通常是在更低的9、10级，甚至更差，而粗大的晶粒度会降低钢材的力学性能。
优选地，所述步骤B的仿形加工中还包括以下检验过程：
步骤B1,在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查；
步骤B2，在粗车削和粗铣齿仿形加工的过程中，控制所述半成品的各部尺寸误差。仿形加工中对合金钢坯进行超声波探伤检查，避免存在缺陷的合金钢坯进入后续的加工环节，提高成品质量。预设半成品的各部尺寸公差，控制半成品的各部尺寸误差在其对应尺寸公差范围内，提高成品质量。所述超声波探伤检查的验收标准为《GB/T6402-2008 3级》。
优选地，所述步骤D还包括：
步骤D1，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查；
步骤D2，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差；
步骤D3，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查。
避免存在缺陷的半成品进入后续加工，预设半成品的各部尺寸公差，控制半成品的各部尺寸误差在其对应尺寸公差范围内，所述超声波探伤检查的验收标准为《GB/T6402-2008 3级》。所述磁粉探伤检查的验收标准为《GB/T15822.1-2005》。
优选地，所述步骤A中，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打。通过对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，检测合金钢坯的各种成分是否达标，避免不合格的合金钢坯进入后续加工环节，提高成品质量。
优选地，所述淬火的前后温升≤10℃。避免淬火的前后温升过快而影响应力的释放和使合金钢坯产生较大脆性。
所述低温重载高性能爬升齿轮轴制造方法对截取的合金钢坯进行锻打，锻打方式得到的合金钢坯致密度高、韧性好且钢质纤维组成一定均匀流向形态，比轧制钢材性能更优秀，如绳子与线的对比。在锻打过程中增加扩散退火处理，使合金钢坯中的各类合金元素充分熔合，可以有效改善组织均匀提高性能。制得的所述低温重载高性能爬升齿轮轴可在-10～-30℃的低温环境下载荷3000～15000吨，所述低温重载高性能爬升齿轮轴力学性能优异，不易断裂，耐磨损，使用寿命长。
在1200～1300℃对所述合金钢坯进行保温，保证所述合金钢坯中所有合金元素尤其是Nb的充分固溶，并且保温时间与形态体积(主要是最大横截面)有一定关系，保温8～9h有利于合金元素的充分扩散，促进合金元素的均匀化，最终有利于组织的均匀化。所述锻打为多次墩拔，对所述锻打次数没有特殊限制，以能得到预定形变量的锻打效果即可。
控制预处理温度、开锻、终锻温度，可以预防由于锻打前后温差过大，带来应力大、微裂纹等不良效果。所述粗锻的开锻温度为1100～1200℃，所述粗锻的终锻温度为≥1000℃；有利于保证后续的精锻的温度要求，避免因粗锻后温度过低而导致所述合金钢坯的重新回炉加热。所述扩散退火的加热温度为1100～1200℃，并保温8～9h；在所述扩散退火的加热温度条件下，所述合金钢坯发生马氏体相变，同时有效提高锻打钢坯组织的均匀性，使锻打钢坯的晶粒细腻均匀，从而改善锻打带状组织，进而减小锻打再结晶的晶粒尺寸，使得锻打组织更加均匀。所述扩散退火通过加热的方式完成；对所述加热的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的加热方式即可。所述精锻的开锻温度为1000～1100℃，所述精锻的终锻温度为≥900℃；避免终锻温度过低导致的先共析铁素体及奥氏体均沿加工方向伸长，完成转变后形成铁素体与珠光体交替分布的带状组织形貌，否则带状组织具有遗传性，如若锻打带状组织严重，锻打后连续退火加热时奥氏体优先在带状组织晶界处形成，并快速向珠光体长大，在随后的冷却过程中形成带状马氏体，导致所述合金钢坯的伸长率下降。
对经过精锻后的所述合金钢坯增加正火和回火处理，有效释放锻打应力，且使得锻打后的钢质纤维均匀、化学成分元素充分熔合，提高所述合金钢坯的强度，使得制造的低温重载高性能爬升齿轮轴在低温重载冲击下，受力均匀，避免瞬间过载冲击发生断齿，在-10～-30℃的低温环境下也有较好的力学性能，不易破损，提高爬升齿轮轴的使用可靠性，延长使用寿命。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明其中一个实施例的爬升齿轮轴制造工艺流程示意图，其中上方为工件的俯视图，下方为工件的正视图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例A1～A4合金钢坯的各组分及其质量百分比含量，如表1所示,余量为Fe和不可避免的杂质；
实施例A1～A4合金钢坯的金属组织中，铁素体的体积分数为40％，贝氏体的体积分数为15％，回火马氏体的体积分数为35％，奥氏体的体积分数为5％，和马氏体的体积分数为5％。
表1
如图1所示，实施例A1～A4根据以下步骤制备低温重载高性能爬升齿轮轴：
步骤一、截取成分如表1所示的合金钢坯，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打：
(1.1)对所述合金钢坯加热至1250℃，并保温8.5h；
(1.2)对所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1150℃，所述粗锻的终锻温度为1100℃；
(1.3)对所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1150℃，并保温8.5h；
(1.4)对所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1050℃，所述精锻的终锻温度为1000℃；
(1.5)对经过精锻后的所述合金钢坯正火加热至880℃，保温8.5h；，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8h，然后出炉空冷至室温；
(1.6)对所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查；
步骤二、对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到低温重载高性能爬升齿轮轴，检测数据如表2所示。
表2
由表2可知，所述低温重载高性能爬升齿轮轴的制造工艺稳定可靠，制造出的低温重载高性能爬升齿轮轴强度高，受冲击韧性好，在风暴、严寒恶劣环境中仍然保持优异性能，在低温环境(-40℃)下仍然保持强度高、延伸率大和冲击韧性高等优点，其抗拉强度达1000MPa以上，断后延伸率在13～20％之间，AKV(-40℃)≥69J，满足具备重载与冲击韧性的产品的工艺成分要求。
实施例B1～B4合金钢坯由以下组分组成：C：0.34％、Si：0.28％、Mn：0.54％、P：0.007％、S：0.004％、V：0.09％、Cu：0.03％、Cr：1.55％、Mo：0.28％、Ni：1.58％、Nb：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；
实施例B1～B4合金钢坯的金属组织中，铁素体的体积分数为40％，贝氏体的体积分数为15％，回火马氏体的体积分数为35％，奥氏体的体积分数为5％，和马氏体的体积分数为5％。
实施例B1根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取上述合金钢坯，对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，和对所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查；
步骤二、对合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例B2根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取上述合金钢坯，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打：
(1.1)对所述合金钢坯加热至1250℃，并保温8.5h；
(1.2)对所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1150℃，所述粗锻的终锻温度为1100℃；
(1.3)对所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1150℃，并保温8.5h；
(1.4)对所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1050℃，所述精锻的终锻温度为1000℃；
(1.5)对所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查；
步骤二、对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例B3根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取上述合金钢坯，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打：
(1.1)对所述合金钢坯加热至1250℃，并保温8.5h；
(1.2)对所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1150℃，所述粗锻的终锻温度为1100℃；
(1.3)对所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1150℃，并保温8.5h；
(1.4)对所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1050℃，所述精锻的终锻温度为1000℃；
(1.5)对经过精锻后的所述合金钢坯正火加热至880℃，保温8.5h；，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8h，然后出炉空冷至室温；
(1.6)对所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查；
步骤二、对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例B4根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取上述合金钢坯，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打：
(1.1)对所述合金钢坯加热至1250℃，并保温8.5h；
(1.2)对所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1150℃，所述粗锻的终锻温度为1100℃；
(1.3)对所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1150℃，并保温8.5h；
(1.4)对所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1050℃，所述精锻的终锻温度为1000℃；
(1.5)对经过精锻后的所述合金钢坯正火加热至880℃，保温8.5h；，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8h，然后出炉空冷至室温；
步骤二、对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例C1根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取现有轧制钢坯，进行仿形加工，即对现有轧制钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在现有轧制钢坯粗车外部后，对现有轧制钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤二，对所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例C2根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取现有轧制钢坯，先对截取的现有轧制钢坯进行化学成分光谱分析；
步骤二、对现有轧制钢坯进行仿形加工，即对现有轧制钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在现有轧制钢坯粗车外部后，对现有轧制钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
实施例C3根据以下步骤制备爬升齿轮轴：
步骤一、截取现有轧制钢坯，先对截取的现有轧制钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打：
(1.1)对现有轧制钢坯加热至1250℃，并保温8.5h；
(1.2)对现有轧制钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1150℃，所述粗锻的终锻温度为1100℃；
(1.3)对现有轧制钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1150℃，并保温8.5h；
(1.4)对现有轧制钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1050℃，所述精锻的终锻温度为1000℃；
(1.5)对经过精锻后的现有轧制钢坯正火加热至880℃，保温8.5h；，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8.5h，然后出炉空冷至室温；
(1.6)对现有轧制钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则现有轧制钢坯通过金相检查；
步骤二、对冷却至室温的现有轧制钢坯进行仿形加工，即对现有轧制钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，在现有轧制钢坯粗车外部后，对现有轧制钢坯进行超声波探伤检查，控制所述半成品的各部尺寸误差，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤三，对所述半成品进行热处理：
(3.1)对所述半成品进行加热保温：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为450℃，并保温2h；然后加热至炉温为650℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为860℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间50s；
(3.2)将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；
(3.3)将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.4)将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温40℃，淬火时间为25min，控制淬火的前后温升≤10℃，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为600℃，保温时间为8h；
(3.5)先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的表面至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测；
步骤四，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查，从而得到爬升齿轮轴，检测数据如表3所示。
表3
由表3可知，通过实施例A1～A4和实施例B1对比可知，经过锻打的合金钢坯致密度高、韧性好且钢质纤维组成一定均匀流向形态，避免瞬间过载冲击发生断裂，在-10～-30℃的低温环境下也有较好的力学性能，不易破损，提高爬升齿轮轴的强度；
通过实施例A1～A4和实施例B2对比可知，对经过精锻后的所述合金钢坯增加正火和回火处理，有效释放锻打应力，且使得锻打后的钢质纤维均匀、化学成分元素充分熔合，提高所述合金钢坯的强度，使得制造的低温重载高性能爬升齿轮轴在低温重载冲击下，受力均匀；
通过实施例A1～A4和实施例B3对比可知，合金钢坯在仿形加工成所述半成品后，进行热处理，通过淬火——回火——淬火——二次回火的调质热处理过程，使得半成品的力学性能表现优异，如抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和冲击功等参数均有所提高；
通过实施例A1～A4和实施例B4对比可知，控制所述合金钢坯的晶粒度在7级以上，细密均匀的晶粒，使得所述合金钢坯表现出来的力学性能显著提高，粗大的晶粒度会降低钢材的力学性能；
通过实施例A1～A4和实施例C1～C3对比可知，现有轧制钢坯密度疏松，存在大量缩孔，即使后期通过锻打和热处理，各项力学性能也不是很理想，在低温环境-10～30℃中，现有轧制钢坯的力学性能就大大降低，产生脆性，易破损。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，截取合金钢坯，并对截取的合金钢坯进行锻打：
步骤A1,对所述合金钢坯加热至1200～1300℃，并保温8～9h；
步骤A2，对经过加热保温后的所述合金钢坯进行粗锻，其中所述粗锻的开锻温度为1100～1200℃，所述粗锻的终锻温度为≥1000℃；
步骤A3，对经过粗锻后的所述合金钢坯进行扩散退火处理，其中所述扩散退火的加热温度为1100～1200℃，并保温8～9h；
步骤A4，对经过扩散退火后的所述合金钢坯进行精锻，其中所述精锻的开锻温度为1000～1100℃，所述精锻的终锻温度为≥900℃；
步骤A5，对经过精锻后的所述合金钢坯正火加热至880℃，保温8～9h，再风冷降温至200℃以下后进行回火处理，所述回火温度为680℃，保温8h，然后出炉空冷至室温；
步骤B，对冷却至室温的合金钢坯进行仿形加工，即对所述合金钢坯进行粗车削和粗铣齿仿形加工，从而得到爬升齿轮轴的半成品；
步骤C，对所述半成品进行热处理；
步骤D，对经过热处理后的所述半成品进行半精加工和精加工，从而得到低温重载高性能爬升齿轮轴。
2.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，所述步骤C包括以下子步骤：
步骤C1，对所述半成品进行加热保温；
步骤C2，将加热后的所述半成品在水基淬火循环池中进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温为30～55℃，淬火时间为25～30min，所述半成品的冷却温度≤150℃；
步骤C3，将淬火后的所述半成品放入回火炉进行回火，回火温度为590～610℃，保温时间为8h；
步骤C4，将回火出炉的所述半成品在水基淬火循环池中再次进行淬火，控制水基淬火循环池中的液温30～55℃，淬火时间为25～30min，所述半成品的冷却温度≤150℃；然后循环回火二次，回火温度为590～610℃，保温时间为8h。
3.根据权利要求2所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，所述步骤C1的加热保温包括：
预热步骤，将所述半成品放入井式电炉，先加热至炉温为430～470℃，并保温2h；然后加热至炉温为630～670℃，并保温1h；
保温步骤，经过所述预热步骤后，加热至炉温为840～880℃，并保温7h；
出炉步骤，将经过所述保温步骤后的半成品出炉，并将所述半成品迅速移到水基淬火池上方，移动时间≤60s。
4.根据权利要求2所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，还包括步骤C5：
先对所述半成品进行表面硬度检测，检验所述半成品的轴端和齿端各至少3个点的表面硬度，验证所述半成品的表面硬度；
再对所述半成品进行力学性能检测，取试样件加工后在万能拉伸试验机及冲击试验机上进行抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率和夏比冲击功检测。
5.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，按照质量百分比，所述合金钢坯包括以下组分：
C：0.32～0.38％，
Si：0.17～0.37％，
Mn：0.45～0.70％，
P：≤0.025％，
S：≤0.035％，
V：0.07～0.12％，
Cu：≤0.20％，
Cr：1.45～1.70％，
Mo：0.22～0.32％,
Ni：1.50～1.70％，
Nb：0.01～0.1％，
余量为Fe和不可避免的杂质；
其金属组织中，铁素体的体积分数为30～45％，贝氏体的体积分数为10～25％，回火马氏体的体积分数为30～45％，奥氏体的体积分数为5～15％，和马氏体的体积分数为5～8％。
6.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，还包括步骤A6：
对经过步骤A5处理后的所述合金钢坯进行金相检查，检查所述合金钢坯的偏析组织残迹和晶粒度：若所述合金钢坯没有混晶存在，并且最粗晶粒度在7级以上，则所述合金钢坯通过金相检查。
7.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，所述步骤B的仿形加工中还包括以下检验过程：
步骤B1,在所述合金钢坯粗车外部后，对所述合金钢坯进行超声波探伤检查；
步骤B2，在粗车削和粗铣齿仿形加工的过程中，控制所述半成品的各部尺寸误差。
8.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于，所述步骤D还包括：
步骤D1，对半精加工后的所述半成品进行超声波探伤检查；
步骤D2，在精加工过程中控制所述半成品的各部尺寸误差；
步骤D3，对精加工后的所述半成品进行磁粉探伤检查。
9.根据权利要求1所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于：所述步骤A中，先对截取的合金钢坯进行化学成分光谱分析，再进行锻打。
10.根据权利要求2所述的低温重载高性能爬升齿轮轴的制造方法，其特征在于：所述淬火的前后温升≤10℃。
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