CN113106319A - 一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 - Google Patents
一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113106319A CN113106319A CN202110233411.5A CN202110233411A CN113106319A CN 113106319 A CN113106319 A CN 113106319A CN 202110233411 A CN202110233411 A CN 202110233411A CN 113106319 A CN113106319 A CN 113106319A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- hydrogen
- continuous casting
- steel
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims abstract description 36
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 25
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 229910000658 steel phase Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/10—Handling in a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/26—Methods of annealing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/84—Controlled slow cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D3/00—Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
- C21D3/02—Extraction of non-metals
- C21D3/06—Extraction of hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
Abstract
本发明涉及一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法，工艺流程为钢水初炼→钢水精炼→钢水真空脱气→连铸→连铸坯下坑缓冷→热轧→扩氢退火，关键工艺包括(1)连铸过程中，拉伸矫直温度区间应避开低塑性温度区间，由此确定铸坯拉速和二冷区冷速；(2)连铸过程中，钢包下水口和紧固器的长水口采用过盈配合或增加接触面以提高密封性，防止钢水二次氧化；(3)连铸坯下坑缓冷：下坑温度≥750℃，缓冷时间≥96小时，降低表面裂纹敏感性；(4)热轧：轧制前连铸坯的再加热温度设置为1100‑1240℃，让Nb、C、Al、N熔入γ‑Fe；终轧温度控制在900‑1050℃，让轧后NbC、AlN质点大量析出；(5)扩氢退火：通过氢致延迟断裂慢拉伸试验来确定扩氢退火的实施与否和工艺参数。
Description
技术领域
本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种齿轮钢的制造方法。
背景技术
高强度长寿命齿轮钢,用于国内某新型发动机扇形齿轮和齿板，作为重要的受力部件，承受巨大的扭距、冲击，受力状态特别复杂。因此要求材料具有极高的强度指标，良好的冲击韧性指标。在淬火+低温回火状态下，要求材料的抗拉强度Rm≥1650MPa，延伸率≥7％，对称拉压疲劳强度σ-1≥750MPa。
本钢种为高Cr、高Ni、Mo的钢种。添加一定量的微量元素Al、Nb、N、B等。
根据发动机扇形齿轮和齿板的工作状态，要求钢材成份均匀性好，宏观偏析、微观偏析小、钢材制成零件后淬火变形小。
根据国内外相关的研究，H对高强钢H致延迟断裂比较敏感。
基于上述齿轮钢合金含量高，并且添加一定量的微量元素Al、Nb、N、B。导致连铸生产难度大，重点表现在铸坯裂纹敏感性强，铸坯成材后，钢材表面质量差。铸坯宏观偏析、微观偏析严重，导致零件后道渗碳淬火变形大。
根据国内外相关的研究，H对高强钢H致延迟断裂比较敏感。因此为了消除H的不利影响，除了在冶炼过程中加强真空脱气外，研究钢材下线后，合适的扩H退火工艺，以尽量消除H的不利影响，也是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
针对上述齿轮钢开发其制造方法，尤其是相适用的铸坯缓冷工艺、轧材高温扩H退火工艺。是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度、良好的冲击韧性、长寿命齿轮钢的制造方法，涉及连铸、铸坯缓冷、铸坯加热轧制、钢材下线扩H退火等工序。该方法获得的齿轮钢氧含量低、夹杂物含量少、成份均匀性好、铸坯裂纹敏感性小、宏观偏析、微观偏析小、材料延迟断裂敏感性低。钢材制成零件后淬火变形小，零件的疲劳寿命长。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法，工艺流程为钢水初炼(EAF(BOF))→钢水精炼(LF)→钢水真空脱气(VD(RH))→连铸(CCM)→连铸坯下坑缓冷→热轧→扩氢退火→超声波+表面探伤→入库。
进一步地，本申请的关键工艺在于：
(1)通过材料热塑性热模拟研究，合理制定铸坯拉坯速度和二冷区冷却强度。通过拉坯速度、钢水过热度、二冷区冷却强度的相配合，保证连铸拉矫区温度避开钢坯低塑性区。防止钢坯在拉矫过程中产生应力裂纹，降低钢坯裂纹敏感性。
具体做法在于：连铸过程中，拉伸矫直温度区间应避开低塑性温度区间，所述低塑性温度区间的确定方式是先用小的电频炉，按齿轮钢的目标成份冶炼一炉钢水，模铸成钢锭后，锻成φ30mm的试样，取样进行热模拟试验：检测650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃温度下材料的延伸系数、断面收缩率，目的是分析650-1100℃温度区间内材料的塑性变化，目的是分析650-1100℃不同温度条件下，不同的温度对应的材料的塑性。为高强齿轮钢实际连铸下，拉矫机拉伸矫直温度尽量避开裂纹敏感区提供参考依据。
表1是本申请齿轮钢的元素成份，余量为Fe。
表1
表2是不同温度下热模拟试验结果。
表2
| 抗拉强度 | 延伸率 | 断面收缩率 | |
| 650℃ | / | 17 | 68 |
| 700℃ | / | 16.5 | 53 |
| 750℃ | / | 16 | 52 |
| 800℃ | / | 17 | 42 |
| 850℃ | / | 17.5 | 45 |
| 900℃ | / | 18 | 61 |
| 950℃ | / | 18.5 | 67 |
| 1000℃ | / | 19 | 82 |
| 1050℃ | / | 19 | 87 |
| 1100℃ | / | 18.5 | 87 |
根据热模拟试验结果，在连铸工艺设计方面，连铸拉矫区尽量避开700-850℃低塑性区，避免在700-850℃低塑性区，铸坯表面由于拉伸矫直产生裂纹。
基于上述化学成分的齿轮钢，通过拉坯速度和二冷区弱冷相配合，尽量避开了700-850℃低塑性区，铸坯拉速为0.65-0.70m/min，优选0.65-0.68m/min。
进一步地，配合拉坯速度，二冷区比水量采用弱冷0.18-0.25l/kg，优选0.18-0.20l/kg。由于二冷区采用弱冷，尽量避免铸坯横断面生成粗大的柱状晶，生成等轴晶。尽最大可能避免枝晶间的偏析。
进一步地，为尽量降轻铸坯的宏观偏析和微观偏析，采用低过热度浇铸，优选过热度20-35℃，更优选20-25℃。
(2)开发齿轮钢相适用的低氧含量钢的保护浇铸技术。具体做法：连铸过程中，钢包下水口和紧固器的长水口碗部采用过盈配合或增加接触面以提高紧密程度，改善密封性，防止钢水二次氧化。
(3)开发齿轮钢相适用的铸坯下坑缓冷工艺：铸坯下线后高温下坑缓冷，下坑温度≥750℃，缓冷时间≥96小时。最大限度的避免由于合金含量高，铸坯相变应力大，导致铸坯由于相变应力、热应力叠加导致铸坯表面产生裂纹，降低铸坯裂纹敏感性。
(4)针对齿轮钢开发相适用的加热、轧制工艺。具体技术方案是在钢坯加热方面，设置连铸坯再加热温度在1100-1240℃，研究表明，Nb在钢中的固熔温度和Nb含量有关。NbC在加热超过一定温度，Nb和C分别熔入γ-Fe。AlN在钢中的固熔温度和NbC相近。当加热超过一定温度，Nb、C、Al、N大部分熔入γ-Fe。加热温度设定的前提是Nb、C、Al、N充分固熔。
终轧温度需要控制在900-1050℃，终轧温度设定的前提是轧后NbC、AlN质点能大量析出。研究表明，在900-1100℃，NbC质点大量析出，温度过低，不利于NbC质点的析出。AlN的析出机理和NbC相近。根据大量生产实践数据，终轧温度低于900℃，用AlN来细化晶粒，效果很差。
(5)开发齿轮钢相适用的扩H退火工艺：为了摸索H对高强度齿轮钢H致延迟断裂的影响开展氢致延迟断裂慢拉伸试验。根据试验结果确定扩氢退火的实施与否和实施方法。
试验方法：选取慢拉伸和TDS试样各5支，充氢试验工艺按未充氢、0.3mA/cm2、0.6mA/cm2、0.9mA/cm2、1.2mA/cm2五种充氢速度进行试验。充氢后试样在HTDS-002型试验机试验，试验精度为0.01ppm，试样在10-9真空环境下，从室温加热到800℃，升温速率为100℃/h，试验结束后得到试样的总氢含量及各温度下氢溢出的速率曲线。
根据不同的充氢工艺对φ5mm的拉伸试样进行慢速拉伸试验，拉伸速率0.01mm/min，完成后比较各充氢工艺对应拉伸试样的断面收缩率和断后伸长率。
表3为氢含量试验结果
表3
表4为慢拉伸试验结果
表4
| 编号 | 抗拉强度/MPa | 断面收缩率 | 断后伸长率 |
| 未充氢 | 1771 | 53.02 | 13.44 |
| 齿轮钢-0.3mA/cm<sup>2</sup>-72h | 1704 | 13.5 | 4.5 |
| 齿轮钢-0.6mA/cm<sup>2</sup>-72h | 1685 | 0 | 0 |
| 齿轮钢-0.9mA/cm2-72h | 1700 | 0 | 0 |
| 齿轮钢-1.2mA/cm2-72h | 1705 | 0 | 0 |
通过对该材料充氢前后氢含量及力学性能的比较发现，该材料在电流0.3mA/cm2条件下充氢，利用TDS测得氢含量0.416ppm，其面缩和延伸率均出现很大幅度的降低，脆性明显增加。通过比较0.6mA/cm2、0.9mA/cm2、1.2mA/cm2电流密度下氢含量，可知在0.9mA/cm2时材料的容氢量到达极限，稳定在1.55ppm左右，同时其力学性能表现为出现脆断，不再出现断面收缩和断后伸长。
通过H致延迟断裂慢拉伸试验，H对高强钢的危害是非常大的。因此，高强度的齿轮钢必须通过扩H退火，进一步降低钢中H含量，避免H致延迟断裂。
本发明中，通过该钢种的扩H退火试验，扩H退火温度设定400℃-700℃，采用连续退火工艺进行扩H退火。扩H退火温度优选450℃-700℃，更优选500℃-650℃。扩H退火时间18-20分钟/毫米。毫米-指钢材的规格，一般是指圆钢的直径或钢板板厚/mm。
附图说明
图1为未充氢试样的溢出速率曲线；
图2为-0.3mA/cm2-72h充氢试样的溢出速率曲线；
图3为-0.6mA/cm2-72h充氢试样的溢出速率曲线；
图4为-0.9mA/cm2-72h充氢试样的溢出速率曲线；
图5为-1.2mA/cm2-72h充氢试样的溢出速率曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
熔炼40吨下述所示化学成分组成的钢，进行连续铸造，制作截面尺寸200mm×200mm的连铸坯，所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.25％，Si：0.26％，Mn：0.85％，P≤0.008％，S≤0.006％,Cr：1.35％，Mo：0.21％，Al：0.022％，Nb：0.035％，Ni：0.75％，Ti：0.0004％，Cu：0.12％，N：0.0074％，O：0.0009％，B：0.0006％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。连铸坯下坑温度：950℃，缓冷时间≥96小时。
把连铸坯加热至1150-1240℃，保温时间≥3小时，1050℃以上开轧，终轧温度950-1000℃，轧制成φ48mm的圆钢，钢材下线后15小时内扩H退火，600℃-650℃。扩H退火时间18分钟/毫米，扩H退火后取样热处理，检验。
①从1/2半径上取φ20*200mm作为热处理毛坯；
②热处理制度为加热890℃±10℃，保温45分钟，油淬(室温)；回火温度180℃±10℃，保温150分钟，空冷；
力学性能：抗拉强度Rm 1678Mpa/1667Mpa/1685Mpa.对称拉压疲劳强度指50％存活率，N＝107周次的条件疲劳极限σ-1＝795Mpa。
实施例2
熔炼100吨下述所示化学成分组成的钢，进行连续铸造，制作截面尺寸300mm×340mm的连铸坯，所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.26％，Si：0.27％，Mn：0.86％，P≤0.010％，S≤0.003％,Cr：1.36％，Mo：0.25％，Al：0.020％，Nb：0.033％，Ni：0.80％，Ti：0.0008％，Cu：0.12％，N：0.0068％，O：0.0010％,B：0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。连铸坯下坑温度：800℃，缓冷时间≥96小时。
把连铸坯加热至1150-1240℃，保温时间≥4.5小时，1050℃以上开轧，终轧温度≥950℃，轧制成φ48，钢材下线后15小时内扩H退火，扩H退火温度450℃-600℃，扩H退火时间18分钟/毫米，扩H退火后取样热处理，检验。
①从1/2半径上取φ20*200mm作为热处理毛坯；
②热处理制度为加热890℃±10℃，保温45分钟，油淬(室温)；回火温度180℃±10℃，保温150分钟，空冷；
力学性能：抗拉强度Rm 1688Mpa/1665Mpa/1675Mpa,对称拉压疲劳强度指50％存活率，N＝107周次的条件疲劳极限σ-1＝789Mpa。
实施例3
熔炼100吨下述所示化学成分组成的钢，进行连续铸造，制作截面尺寸300mm×340mm的连铸坯，所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.26％，Si：0.26％，Mn：0.86％，P≤0.008％，S≤0.006％,Cr：1.38％，Mo：0.21％，Al：0.022％，Nb：0.033％，Ni：1.15％，Ti：0.0004％，Cu：0.06％，N：0.0078％，O：0.0008％，B：0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。下坑温度920℃，缓冷时间≥96小时.
把连铸坯加热至1150-1240℃，保温时间≥4.5小时，1050℃以上开轧，终轧温度≥950℃，轧制成φ48mm的圆钢，钢材下线后15小时内扩H退火，扩H退火温度优选550℃-700℃，扩H退火时间20分钟/毫米，扩H退火后取样热处理，检验。
①从1/2半径上取φ20*200mm作为热处理毛坯；
②热处理制度为加热890℃±10℃，保温45分钟，油淬(室温)；回火温度180℃±10℃，保温150分钟，空冷；
力学性能：抗拉强度Rm 1678Mpa/1687Mpa/1685Mpa.对称拉压疲劳强度指50％存活率，N＝107周次的条件疲劳极限σ-1＝826Mpa。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法，其特征在于：工艺流程为钢水初炼→钢水精炼→钢水真空脱气→连铸→连铸坯下坑缓冷→热轧→扩氢退火，进一步地，
(1)连铸过程中，拉伸矫直温度区间应避开低塑性温度区间，所述低塑性温度区间的确定方式是先用小的电频炉，按齿轮钢的目标成份冶炼一炉钢水，模铸成钢锭后，锻成φ30mm的试样，取样进行热模拟试验：检测650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃温度下材料的延伸系数、断面收缩率，目的是分析650-1100℃温度区间内材料的塑性变化，由此确定低塑性温度区间；
(2)连铸过程中，钢包下水口和紧固器的长水口采用过盈配合或增加接触面以提高密封性，防止钢水二次氧化；
(3)连铸坯下坑缓冷：下坑温度≥750℃，缓冷时间≥96小时；
(4)热轧：轧制前连铸坯的再加热温度设置为1100-1240℃，让Nb、C、Al、N熔入γ-Fe；终轧温度控制在900-1050℃，让轧后NbC、AlN质点大量析出；
(5)扩氢退火：通过氢致延迟断裂慢拉伸试验来确定扩氢退火的实施与否和工艺参数，氢致延迟断裂慢拉伸试验的方法是选取慢拉伸和TDS试样各5支，充氢试验工艺按未充氢、0.3mA/cm2、0.6mA/cm2、0.9mA/cm2、1.2mA/cm2五种工艺进行，充氢后试样在试验机上检测，试验精度为0.01ppm，试样在10-9真空环境下，从室温加热到800℃，升温速率为100℃/h，试验结束后得到试样的总氢含量及各温度下氢溢出的速率曲线，对拉伸试样进行慢速拉伸试验，拉伸速率0.01mm/min，完成后比较各个充氢工艺对应试样的断面收缩率和断后伸长率，由此确定试样的容氢量以及扩氢退火温度区间。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：齿轮钢的元素成分wt％为C：0.22～0.32、Si：0.17～0.37、Mn：0.55～1.55、P：≤0.015、S：≤0.030、Cr：0.60～1.65、Mo：0.15～0.45、Ni：0.65～1.65、Cu：0.02～0.25、Al：0.02～0.035、Nb：0.01～0.06、B：0.0003～0.0006。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：齿轮钢的低塑性温度区间为700-850℃，连铸的拉伸矫直过程应避开700-850℃。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：通过拉坯速度和二冷区弱冷相配合以避开了700-850℃的低塑性温度区间，铸坯拉速为0.65-0.70m/min，二冷区弱冷为0.18-0.25L/kg。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：铸坯拉速为0.65-0.68m/min，二冷区弱冷为0.18-0.20L/kg。
6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(1)中，连铸时过热度为20-35℃。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤(1)中，连铸时过热度为20-25℃。
8.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，扩H退火温度设定400℃-700℃，扩氢退火时间为18-20min/mm,mm是指钢材的直径或厚度。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述扩氢退火温度为450-700℃。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述扩氢退火温度为500-650℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110233411.5A CN113106319A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110233411.5A CN113106319A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113106319A true CN113106319A (zh) | 2021-07-13 |
Family
ID=76709812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110233411.5A Pending CN113106319A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113106319A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113832404A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-24 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种含硼高性能齿轮锻件及其生产方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007146230A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Nippon Steel Corp | 耐水素誘起割れ性および延性破壊特性に優れた引張強さ７６０ＭＰａ級以上の高強度鋼板の製造方法およびその鋼板を用いた高強度鋼管の製造方法 |
| CN103071774A (zh) * | 2013-01-24 | 2013-05-01 | 北京科技大学 | 一种控制连铸机矫直点处铸坯表面温度的方法 |
| CN105132616A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-12-09 | 山东西王特钢有限公司 | 一种避免法兰用钢表面产生裂纹的方法 |
| CN110343955A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-18 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种高强度长寿命齿轮钢的晶粒细化方法 |
-
2021
- 2021-03-03 CN CN202110233411.5A patent/CN113106319A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007146230A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Nippon Steel Corp | 耐水素誘起割れ性および延性破壊特性に優れた引張強さ７６０ＭＰａ級以上の高強度鋼板の製造方法およびその鋼板を用いた高強度鋼管の製造方法 |
| CN103071774A (zh) * | 2013-01-24 | 2013-05-01 | 北京科技大学 | 一种控制连铸机矫直点处铸坯表面温度的方法 |
| CN105132616A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-12-09 | 山东西王特钢有限公司 | 一种避免法兰用钢表面产生裂纹的方法 |
| CN110343955A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-18 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种高强度长寿命齿轮钢的晶粒细化方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113832404A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-24 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种含硼高性能齿轮锻件及其生产方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102719761B (zh) | 轮盘锻件及制造工艺 | |
| WO2022205939A1 (zh) | 一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法 | |
| CN109797339A (zh) | 一种抗拉强度≥960mp马氏体非调质高强钢及其制造方法 | |
| CN110438396B (zh) | 一种低压缩比、高性能q 345r超宽特厚容器钢及其制造方法 | |
| CN106086642B (zh) | 一种200mm厚抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法 | |
| CN105861941A (zh) | 一种临氢设备用超大厚度钢板及其制备方法 | |
| CN106811700B (zh) | 一种厚规格抗酸性x60ms热轧卷板及其制造方法 | |
| CN113106206B (zh) | 紧固件用1Cr11Ni2W2MoV耐热钢锻件的制造方法 | |
| CN105861946B (zh) | 石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法 | |
| CN111760907B (zh) | 一种碳素结构钢控轧控冷方法 | |
| CN109881086B (zh) | 一种厚度300mm高强调质钢板Q550EZ35及其生产方法 | |
| CN103045970A (zh) | 一种特厚临氢15CrMoR钢板及其生产方法 | |
| CN108085590A (zh) | 一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35及其生产方法 | |
| CN104946993B (zh) | 一种调质态抗hic、ssc宽厚板及其制备方法 | |
| CN104762559A (zh) | 一种临氢设备用钢板的生产方法 | |
| CN106756509B (zh) | 一种耐高温合金结构钢及其热处理工艺 | |
| CN105018862A (zh) | 一种140mm厚度高韧性钢板及其制造方法 | |
| CN114410893B (zh) | 一种退火态热作模具钢的超细晶化组织热处理工艺 | |
| CN106399822A (zh) | 一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi-B钢 | |
| CN113106319A (zh) | 一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法 | |
| CN112962027B (zh) | 一种合金结构钢的优化加工方法 | |
| CN110923570B (zh) | 一种抗应力导向氢致开裂压力容器用钢板及其制造方法 | |
| CN109457118B (zh) | 一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法 | |
| CN112322868A (zh) | 一种高合金工模具钢及其制备方法 | |
| CN115094335B (zh) | 一种汽车尾门弹簧钢丝及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210713 |