CN110064975A - 一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢合金材料加工技术领域,具体涉及一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,该方法包括钢坯精整:将钢坯进行角部修磨,控制修磨深度和修磨角度;进行加热轧制,控制装钢节奏每1.5分钟装一支钢、预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段温度范围500‑700℃;再进行表面探伤。本发明工艺方法制备的20MnCr5钢基本消除了表面裂纹的产生,黑皮材探伤合格率≥88%,扒皮材探伤合格率100%。
Description
技术领域
本发明涉及钢合金材料加工技术领域,具体涉及一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法。
背景技术
汽车齿轮是汽车的重要零部件之一,起着传递动力的作用。工作时受到周期性变载荷(扭转或弯曲力)及冲击载荷的作用,且零件与零件表面之间还有相对的摩擦,并有高的接触应力,因此对材料的质量要求很高。
为满足汽车齿轮特性,制造汽车齿轮采用的材料需要具有特定的淬透性及窄的淬透性带宽、高的纯净度、细的晶粒度、良好的切削性能,汽车齿轮钢20MnCr5的主要成分特征设计为:C:0.17%-0.23%,Si:0.15-0.40%,Mn:1.20%-1.40%,Cr:1.10%-1.30%,P≤0.020%,S:0.020%-0.035%,Al:0.020%-0.050%,N:0.0070%-0.0150%,O≤0.0015%,其余为Fe和不可避免的杂质。由于N含量高,增加钢坯皮下气泡的产生,Mn含量高,增加了轧制过程中钢坯在加热时的裂纹热敏感性,增加钢材表面裂纹发生的几率。
公开号:CN101864540A,名为“一种含微量Ti的20MnCr5棒材”的专利,介绍了为减少棒材表面裂纹现象,在钢中增加含Ti:0.010%-0.015%,减少了钢中氮化铝的量,进而减少铸坯在生产20MnCr5棒材时出现裂纹的现象。棒材的成分为:C:0.15-0.22%,Si≤0.40%,Mn:1.10%-1.30%,Cr:1.00%-1.30%,Ti:0.010%-0.015%,S≤0.035%,Al:0.015-0.050%。加入Ti后,虽然可减轻表面裂纹的产生,但当钢中N含量较高时,容易生产硬而脆的TiN夹杂,影响齿轮的疲劳寿命;而且要求Ti含量控制较窄,导致生产难度增加。
公开号:CN107630172A,名为“一种防止低碳含硼钢表面裂纹的方法”的专利,介绍了一种通过转炉冶炼、RH精炼、连铸工艺过程参数控制,防止低碳含硼钢表面裂纹的工艺。
公开号:CN108213366A,名为“一种连铸生产中的保护渣及其用途”的专利,介绍了一种通过改善保护渣性能降低表面裂纹的方法。
公开号:CN101899613A,名为“一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法”的专利,介绍了一种通过微合金低线、氮含量以及矫直温度的控制达到减少表面裂纹的方法。
公开号:CN106086595A,名为“一种有效避免船用锚链圆钢产生裂纹的方法”的专利,介绍了一种通过控制电炉冶炼、LF炉外精炼、方坯连铸和轧制工艺,解决船用锚链圆钢表面质量不好,裂纹出现比例高的技术难题。
公开号:CN104209318A,名为“一种避免大规格圆钢表面裂纹的孔型系统与粗轧工艺”的专利,介绍了一种轧钢粗轧过程中孔型系统设计及工艺解决圆钢表面的轧制裂纹。
目前现有专利防止表面裂纹的方法有添加Ti含量,但易形成TiN夹杂,降低疲劳寿命,其他工艺方法主要为控制连铸工艺、轧制工艺或相关物料、设备等来解决表面裂纹问题,对加热过程中造成裂纹的原理未说清楚,未提出针对性的解决方法。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,通过控制合理的生产工艺,改善表面裂纹,提高成材率,降低生产成本并使材料具有良好的综合性能。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,加热轧制前包括钢坯精整的操作步骤,对钢坯的各个角部修磨为平滑过渡的弧形角部。
进一步的,所述弧形角部的半径为10~25mm,角度60~100°。
进一步的,将各个角部修磨为弧形角部过程中修磨掉的钢坯厚度为3~5mm。
对钢材表面裂纹的分析发现,裂纹均位于锭型偏析框角部对应的位置。由于钢坯角部在加热过程中升温最快,且热传导效率低,造成角部应力集中产生应力裂纹,因此,本发明通过对钢坯角部进行修磨为平滑过渡的弧形角部,降低20MnCr5钢的表面裂纹,提高合格率。
进一步的,加热轧制过程中控制装钢速率为每1.5min装一支钢。
本发明通过对装钢节奏的控制达到降低钢坯在预热段的升温速度的目的,防止钢坯从室温进入高温过程中,升温速度过快引起钢坯表面裂纹的产生,延长预热段时间,保证钢坯加热的均匀性,防止热应力产生的裂纹。
进一步的,加热轧制过程中控制加热炉的一加热段温度为500~700℃。
由于727℃是珠光体开始发生包晶反应的温度点,防止因钢坯温度不均匀发生组织转变不均匀引起的组织应力,而造成表面裂纹,因此一加热段温度控制范围为500-700℃。
进一步的,加热炉的温度控制为:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段500~700℃、均热温度1120~1250℃,加热时间3.5~6小时。
进一步的,上述改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,还包括联合探伤的工艺过程,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
本发明齿轮钢的组分及质量百分比为:C:0.17%~0.20%,Si:0.15~0.25%,Mn:1.20%~1.30%,Cr:1.15%~1.25%,P≤0.020%,S:0.020%~0.030%,Al:0.023%~0.040%,N:0.0080%~0.0150%,O≤0.0015%,其余为Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
1、本发明通过钢坯角部修磨及弧度的控制,避免了因加热轧制时角部升温速度过快导致的表面裂纹;
2、加热轧制过程中,通过控制装钢节奏,有效降低了加热不均匀引起热应力裂纹;
3、加热轧制过程中,通过一加热段温度的控制,有效降低了因组织应力产生的应力裂纹。
总之,本发明通过对工艺方法的多个操作步骤分别进行创造性的改进,对多种途径能够引起的裂纹产生抑制作用,降低最终产品出现裂纹,提高钢材的综合性能,提高成品合格率。
具体实施方式
下面,结合具体实施方式,对本发明做进一步说明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。
下述实施例中钢材料加工过程中连铸形成的钢坯断面为240mm×240mm。
本发明下述实施例中所述的工艺方法包括传统的钢材料加工必须的转炉冶炼、连铸等工艺过程。
下面结合实例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.187%,Si:0.223%,Mn:1.222%,Cr:1.173%,P:0.016%,S:0.022%,Al:0.0232%,N:0.0096%,O:0.00128%,Als:0.0208%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段630℃、均热温度1206℃、加热时间5小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
实施例2
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.195%,Si:0.198%,Mn:1.228%,Cr:1.173%,P:0.014%,S:0.021%,Al:0.0289%,N:0.0109%,O:0.00118%,Als:0.0279%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段630℃、均热温度1204℃、加热时间3.5小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
实施例3
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.178%,Si:0.179%,Mn:1.233%,Cr:1.187%,P:0.013%,S:0.023%,Al:0.0263%,N:0.0104%,O:0.00100%,Als:0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段633℃、均热温度1204℃、加热时间3.5小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
实施例4
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.187%,Si:0.223%,Mn:1.222%,Cr:1.173%,P:0.016%,S:0.022%,Al:0.0232%,N:0.0096%,O:0.00128%,Als:0.0208%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段630℃、均热温度1204℃、加热时间5小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
实施例5
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.17%,Si:0.25%,Mn:1.2%,Cr:1.15%,P:0.02%,S:0.03%,Al:0.04%,N:0.008%,O:0.0015%,Als:0.022%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段500℃、均热温度1120℃、加热时间6小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162B级。
实施例6
本实施例加工的齿轮钢的化学成分组成为:C:0.2%,Si:0.15%,Mn:1.3%,Cr:1.25%,P:0.0018%,S:0.02%,Al:0.023%,N:0.015%,O:0.0010%,Als:0.020%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,包括以下操作步骤:
1)钢坯精整:对连铸形成的钢坯的各个角部进行修磨,修磨掉的厚度为3~5mm,修磨后形成平滑过渡的弧形角部,角部不能存在直角,弧形角部的半径10~25mm,角度60~100°;
2)加热轧制:对精整后的钢坯进行加热轧制,控制装钢节奏为每1.5分钟装一支钢,加热炉温度控制:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段700℃、均热温度1250℃、加热时间3.5小时。
3)表面探伤:对加热轧制后的钢材进行表面探伤,不合格的扒皮处理后再进行表面探伤,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162 B级。
对比例1
本对比例齿轮钢的化学成分与实施例2相同,其工艺方法与实施例2的不同之处在于不进行钢坯精整,且加热轧制的一加热段的温度为732℃,均热温度为1209℃,其他同实施例1。
对比例2
本对比例与对比例1的不同之处在于加热轧制过程中一加热段的温度为730℃,均热温度为1203℃,其他同对比例1。
对比例3
本对比例齿轮钢的化学成分与实施例3相同,其工艺方法与实施例2的不同之处在于不进行钢坯精整,且加热轧制的一加热段的温度为730℃,均热温度为1203℃,其他同实施例1。
对比例4
本对比例齿轮钢的化学成分与实施例1相同,其工艺方法与实施例1的不同之处在于不进行钢坯精整,其他同实施例1。
对比例5
本对比例齿轮钢的化学成分与实施例4相同,其工艺方法与实施例2的不同之处在于调整装钢节奏为每1分钟装一支钢,其他同实施例4。
试验例
分别统计不同实施例1和对比例探伤合格率,结果如下表1所示:
表1工艺参数及探伤合格率
由上述表1所示的数据可知:本发明通过钢坯角部修磨及弧度的控制,避免了因加热轧制时角部升温速度过快导致的表面裂纹;进一步的,加热轧制过程中,通过控制装钢节奏,有效降低了加热不均匀引起热应力裂纹;进一步的,加热轧制过程中,通过一加热段温度的控制,有效降低了因组织应力产生的应力裂纹。本发明通过综合控制钢材料加工的角部修整、加热轧制等工艺过程,克服了汽车齿轮钢为了满足高强度、高寿命、高性能稳定性的质量要求,设计的成分特征在生产过程中易出现表面裂纹,导致成材率降低,生产成本增加的缺陷,提高汽车齿轮钢的综合性能。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,加热轧制前包括钢坯精整的操作步骤,对钢坯的各个角部修磨为平滑过渡的弧形角部。
2.如权利要求1所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,所述弧形角部的半径为10~25mm,角度60~100°。
3.如权利要求1或2所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,将各个角部修磨为弧形角部过程中修磨掉的钢坯厚度为3~5mm。
4.如权利要求1或2所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,加热轧制过程中控制装钢速率为每1.5min装一支钢。
5.如权利要求4所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,加热轧制过程中控制加热炉的一加热段温度为500~700℃。
6.如权利要求5所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,加热炉的温度控制为:预热段升温速度≤4.5℃/分钟、一加热段500~700℃、均热温度1120~1250℃,加热时间3.5~6小时。
7.如权利要求1或2、5或6所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,还包括联合探伤的工艺过程,表面探伤按>0.3mm缺陷不漏检,内部探伤按照GB/T4162 B级。
8.如权利要求1或2、5或6所述的改善齿轮钢表面裂纹的工艺方法,其特征在于,所述齿轮钢的组分及质量百分比为:C:0.17%~0.20%,Si:0.15~0.25%,Mn:1.20%~1.30%,Cr:1.15%~1.25%,P≤0.020%,S:0.020%~0.030%,Al:0.023%~0.040%,N:0.0080%~0.0150%,O≤0.0015%,其余为Fe和不可避免的杂质。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190730 |
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