CN110846566A - 一种窄淬透性工业齿轮钢及其生产方法 - Google Patents

一种窄淬透性工业齿轮钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种窄淬透性工业齿轮钢，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.15%‑0.19%；Si：0.22%‑0.30%；Mn：0.55%‑0.75%；Cr：1.65%‑1.85%；Mo：0.25%‑0.35%；Ni：1.40‑1.70%；S≤0.005%；P≤0.015%；Cu：0.05%‑0.15；N：100‑160ppm；余量为Fe和不可避免的杂质。还涉及一种高端窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，包括转炉出钢、精炼、VD高真空、浇铸和连铸步骤。本发明达到了城铁、高铁减速机齿轮钢端淬性能要求。

Description

一种窄淬透性工业齿轮钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种窄淬透性工业齿轮钢及其生产方法。
背景技术
随着城铁、高铁的快速发展需要，对工业减速机齿轮钢的使用提出了更为苛刻的条件。齿轮箱是高速列车动力传动的关键设备，是高速动车组的十大配套技术之一，也是动车组传动系统中最重要的传动环节之一，对精度和可靠性的要求高，设计制造难度大，与行车安全有很大关系。
末端淬透性的稳定与否，对齿轮钢热处理变形的大小，影响很大。淬透带宽度越窄，离散度越小，越有利于齿轮的加工及提高啮合的精度。淬透性及淬透性带宽，主要取决于化学成分及其均匀性。现有成分齿轮钢带宽大，齿轮钢不满足用户使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种达到了城铁、高铁减速机齿轮钢端淬性能要求的窄淬透性工业齿轮钢及其生产方法。
本发明的技术方案：
一种窄淬透性工业齿轮钢，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.15%-0.19%；Si：0.22%-0.30%；Mn：0.55%-0.65%； Cr：1.65%-1.75%； Mo：0.25%-0.35%； Ni：1.40-1.70%； S≤0.005%； P≤0.015%； Cu：0.05%-0.15；N :100-160PPM，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，包括转炉出钢、精炼、VD高真空、浇铸和连铸步骤。
进一步地，转炉出钢条件C≥ 0.06%，P≤0.010%，出钢温度1620～1650℃。
进一步地，出钢过程中加钢芯铝、加铝后加入白灰和预熔渣；所述出钢过程中加钢芯铝：白灰：预熔渣质量比为2-3：6-10：5-8。
进一步地，出完钢炉后按120-180米铝线；精炼用碳化硅粉和铝粒进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间35-55分钟；
精炼用碳化硅粉和铝粒的质量比为10-40：3-6。
进一步地，VD高真空，真空度67Pa以下，保持时间20-27分钟；破空后喂200-300米氮化锰线调整氮含量，喂220-320米铝线。
进一步地，包括浇铸和连铸步骤，所述浇铸步骤钢水过热度20-30℃；所述连铸步骤拉速：0.20-0.25m/min,二冷比水量0.09-0.13l/kg,结晶器电磁搅拌电流及频率100A-200A/2HZ,末端电磁搅拌电流及频率100-200A/6HZ，缓冷入坑温度≥600℃。
城铁、高铁减速机齿轮钢端淬性能要求：屈服强度≥785MPA，抗拉强度≥1080MPA，断面收缩率≥10%，延伸率≥40%，冲击≥40J；端淬HRC要求如下：J5，39-45；J9，39-44；J15，38-44；J25,36-42；J40，33-39；J50，32-38；950℃±5℃保温4小时水冷，奥氏体晶粒度按ASTME112标准≥6级，本发明的百分含量未标明的均为质量百分含量。
本发明的有益效果：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
C：0.15%-0.19%（wt%，以下各元素相同），C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的韧性。
②Mn：0.55%-0.75%，为奥氏体形成元素，可以提高钢的强度，含量小于0.55%时作用不明显，含量大于0.75%时，组织偏析倾向加重，影响热轧组织的均匀性。
③Cr：1.65%-1.85%，Cr为碳化物形成元素，可以提高钢的强度和淬透性，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的韧性。
④ Mo：0.25-0.35%：主要是通过碳化物及固溶强化形式来提高钢的强度，含量过高会降低钢的韧性。
⑤Ni：1.50%~1.70%，可以提高钢的韧性，加入太低，效果不明显，加入太高，提高韧性的作用不明显。
⑥S≤0.005%，控制过高，钢中硫化形成倾向增大，钢纯净度降低，钢的韧性水平下降；
⑦P≤0.015%，控制过高，冷脆倾向增大，降低钢的韧性。
⑧ 转炉出钢温度控制1620-1650℃，出钢温度过高时，增加耐材高温下的浸蚀，钢中夹杂物含量升高；出钢温度过低，成渣速度慢，不利于夹杂物的尽早上浮，不利于钢水的纯净度提高。出钢过程中加入适量的钢芯铝，利于尽快降低钢中氧含量，尽早开始脱硫，减轻精炼负担，提高钢水的纯净度；精炼工序用适量的碳化硅粉和铝粒混合使用，进行扩散脱氧，是渣中氧含量尽快降得较低；保持足够的白渣时间，促进夹杂物向渣钢截面的转移，提高钢水的纯净度。真空保持期间要能观察到钢液面有明显裸露，以保证真空脱气效果；VD高真空下保持时间，决定钢中的气体含量，时间越长，气体越低，但过长时间，耐材浸蚀加剧，不利钢水洁净度的提高。
⑨过热度控制在20-30℃，温度低影响钢水可浇性，不利于夹杂物上浮去除，钢水纯净度受到影响，控制太高，钢中碳、锰等偏析加重，钢的均质性降低，淬透性带宽变大，影响齿轮钢热处理变形程度。
⑩控制合适的电磁搅拌强度，均匀结晶器钢水温度，进一步降低过热度，通过凝固前沿的搅动，打碎较大的枝晶，降低偏析和疏松的程度。电流及频率控制不合适时，或出现缩孔，或疏松严重，或偏析严重，对齿轮钢性能造成较大的波动，最终影响减速难以适应高速度、高负荷、苛刻环境下的使用要求。
⑩本齿轮钢是裂纹敏感性强，缓冷温度低时，表面或内部出现裂纹，致使齿轮钢钢材报废。成品率低。因此，研究控制合适的入坑缓冷温度。
具体实施方式
一种窄淬透性工业齿轮钢，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.15%-0.19%；Si：0.22%-0.30%；Mn：0.55%-0.75%； Cr：1.65%-1.85%； Mo：0.25%-0.35%； Ni：1.40-1.70%； S≤0.005%； P≤0.015%； Cu：0.05%-0.15；N :100-160PPM，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，包括冶炼和连铸步骤，转炉出钢条件C≥0.06%，P≤0.010%，出钢温度1620～1650℃；
出钢过程中加钢芯铝量200-300kg、加铝后加入合金、白灰600-1000kg、预熔渣500-800kg；出完钢炉后按120-180米铝线；
精炼用碳化硅粉100～400kg和 30-60kg铝粒进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间≥35分钟；VD高真空（67Pa以下）保持时间≥20-27分钟；破空后喂200-300米氮化锰线调整氮含量，喂220-320米铝线；
浇铸步骤钢水过热度20-30℃；所述连铸步骤拉速：0.20-0.25m/min,二冷比水量0.09-0.13l/kg,结晶器电磁搅拌电流及频率100A-200A/2HZ,末端电磁搅拌电流及频率100-200A/6HZ，缓冷入坑温度≥600℃。
各实施例1-10成分见表1-1及工艺参数见表1-2，对比例的成分见表2-1及工艺参数见表2-2。
采用本发明新技术工艺（实施例）所获得的D类夹杂物水平与原技术工艺（对比例）获得的淬透性指标对比见表3和表4。
表1-1实施例成分
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表1-2工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表2-1对比例成分
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表2-2工艺参数
表3本发明采用实施例工艺所获得的D类夹杂物水平与获得的淬透性指标
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表4本发明采用对比例工艺所获得的D类夹杂物水平与获得的淬透性指标
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；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种窄淬透性工业齿轮钢，其特征在于，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.15%-0.19%；Si：0.22%-0.30%；Mn：0.55%-0.75%；Cr：1.65%-1.85%；Mo：0.25%-0.35%；Ni：1.40-1.70%；S≤0.005%；P≤0.015%；Cu：0.05%-0.15%；N :100-160PPM，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，包括转炉出钢、精炼、VD高真空、浇铸和连铸步骤。
3.根据权利要求2所述的一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，转炉出钢条件C≥ 0.06%，P≤0.010%，出钢温度1620～1650℃。
4.根据权利要求3所述的一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，
出钢过程中加钢芯铝、加铝后加入白灰和预熔渣；
所述出钢过程中加钢芯铝：白灰：预熔渣质量比为2-3：6-10：5-8。
5.根据权利要求2所述的一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，
出完钢炉后按120-180米铝线；精炼用碳化硅粉和铝粒进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛，白渣保持时间35-55分钟；
精炼用碳化硅粉和铝粒的质量比为10-40：3-6。
6.根据权利要求2所述的一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，
VD高真空，真空度67Pa以下，保持时间20-27分钟；破空后喂200-300米氮化锰线调整氮含量，喂220-320米铝线。
7.根据权利要求2所述的一种窄淬透性工业齿轮钢的生产方法，其特征在于，
包括浇铸和连铸步骤，所述浇铸步骤钢水过热度20-30℃；
所述连铸步骤拉速：0.20-0.25m/min,二冷比水量0.09-0.13l/kg,结晶器电磁搅拌电流及频率100A-200A/2HZ,末端电磁搅拌电流及频率100-200A/6HZ，缓冷入坑温度≥600℃。
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