CN113737096B - 一种免退火无缝钢管及其制备方法、变速箱齿轮 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及汽车零件制备领域，特别涉及一种免退火无缝钢管及其制备方法、变速箱齿轮。按质量百分比计，本申请提供的免退火无缝钢管包括以下组分：C：0.13％～0.18％；Si：0.20％～0.40％；Mn：0.30％～0.60％；P≤0.030％；S：0.015％～0.045％；Cr：0.50％～0.90％；Mo：0.15％～0.50％；Nb：0.01％～0.10％；Al：0.01％～0.10％；B≤0.0003％；N≤0.006％；RE：0.02％～0.03％；Ca：0.0001％～0.005％；余量为Fe和不可避免的杂质。本申请提供的免退火无缝钢管利用RE微合金化促进珠光体在线球化，同时控制较低的C含量，实现渗碳钢管显微组织精细化和均匀化控制，不同部位的金相组织趋于一致，呈现为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，且钢管的基体硬度为130～150HB，满足冷挤压前齿轮毛坯的组织和硬度要求。

Description

一种免退火无缝钢管及其制备方法、变速箱齿轮
技术领域
本申请涉及汽车零件制备领域，特别涉及一种免退火无缝钢管及其制备方法、变速箱齿轮。
背景技术
在汽车加速或减速时，变速箱的存在使发动机与驱动轮之间的齿比发生变化，通过改变齿比，能使发动机转速保持在速度极限以下，从而实现发动机的最佳性能转速区。齿轮作为重载变速箱的关键零部件，对变速箱扭矩传递起到至关重要的影响。
目前，通常采用低合金渗碳钢材料以少、无切削的冷挤压工艺生产重载变速箱齿轮。一般情况下，低合金渗碳钢材料的基体硬度无法满足冷挤压生产工艺要求，需要在冷挤压前采用渗碳钢圆钢下料→锻造→等温正火→球化退火→车削加工外圆及内孔等工序进行处理，使锻坯硬度达到要求。其中，锻造工序包括：渗碳钢坯料加热(1050～1250℃)→辗扩/模锻冲孔→切边→磨毛边；等温正火工序为：(900～950)℃×(1～2)h→(550～700)℃×(2～4)h；球化退火工序为：(750～780)℃×(10～14)h→(660～710)℃×(12～16)h→随炉冷至(200～400)℃出炉。以上三个工序占用产能大，耗时较长，生产效率低，尤其是球化退火工序，保温时间长达22～30h，缓冷时间需40～45h，设备投入大，生产成本较高。
因此，提供一种基体硬度能够满足冷挤压生产工艺要求的免退火无缝钢管来制备变速箱齿轮十分必要。
发明内容
本申请实施例提供一种免退火无缝钢管，该无缝钢管的基体硬度满足冷挤压工艺生产要求，利用该无缝钢管生产变速箱齿轮时无需采用锻造、等温正火、球化退火工序处理。
第一方面，本申请提供了一种免退火无缝钢管，按质量百分比计，包括以下组分：C：0.13％～0.18％；Si：0.20％～0.40％；Mn：0.30％～0.60％；P≤0.030％；S：0.015％～0.045％；Cr：0.50％～0.90％；Mo：0.15％～0.50％；Nb：0.01％～0.10％；Al：0.01％～0.10％；B≤0.0003％；N≤0.006％；RE：0.02％～0.03％；Ca：0.0001％～0.005％；余量为Fe和不可避免的杂质。
一些实施例中，按质量百分比计，所述免退火无缝钢管包括以下组分：C：0.15％～0.17％；Si：0.27％～0.37％；Mn：0.42％～0.58％；P≤0.020％；S：0.025％～0.035％；Cr：0.60％～0.85％；Mo：0.20％～0.45％；Nb：0.025％～0.065％；Al：0.037％～0.079％；B：0.0001％～0.0003％；N：0.0055％～0.006％；RE：0.025％～0.029％；Ca：0.002％～0.004％；余量为Fe和不可避免的杂质。
第二方面，本申请提供了上述免退火无缝钢管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，熔炼：将优质废钢和热装铁水按一定比例混合，加入转炉中熔炼，得到熔炼钢水；
步骤S102，精炼：将所述熔炼钢水加入钢包炉中进行精炼，全程吹Ar搅拌，吹Ar过程向熔炼钢水中喂入Ca线，调节Ca的质量含量为0.0001％～0.005％，以提高钢水的均匀性，同时进行夹杂物变质处理，使夹杂物呈细小弥散的状态，得到精炼钢水；
步骤S103，真空脱气：将所述精炼钢水放置在真空炉中进行真空脱气处理，得到真空脱气后的钢水；
步骤S104，浇注：采用连铸全程保护浇注真空脱气后的钢水，浇注过程控制钢水过热度≤30℃，用结晶器电磁搅拌，确保浇注过程无二次污染，得到疏松级别较低的管坯；该管坯为实心坯料；
步骤S105，加热：将管坯加入中径环形炉(直径为Φ48m)中均匀加热至1150～1300℃，并保温2～10h，确保管坯透烧；
步骤S106，穿孔：采用锥形穿孔机对加热后的管坯进行扩径穿孔，得到穿孔后的荒管，扩径率为0～5％，在保证尺寸均匀性的同时，还可以增加坯料可生产钢管的尺寸范围；
步骤S107，轧管：采用轧管机对穿孔后的荒管进行轧制，得到轧制钢管；为提高钢管尺寸精度及表面质量，轧管机总的减径率不超过30％，芯棒尺寸为直径Φ41～Φ228mm；
步骤S108，减径：采用十机架两辊微张力减径机对轧制钢管减径，得到减径的钢管；为保证钢管全长壁厚一致性，应根据尺寸选择不同的电机叠加比，通常电机叠加比≤50％，同时为提高内孔精度，减径机的减径率应不超过25％；
步骤S109，定径：采用920mm两辊两径机或十机架两辊微张力减径机对减径的钢管进行定径处理，总减径率≤15％，轧制速度0.2～1.5m/s，得到定径后的钢管；
步骤S110，奥氏体化：将定径后的钢管加热并保温，使其充分奥氏体化；
步骤S111，在线缓冷后出炉：采用在线保温罩对奥氏体化后的钢管进行缓冷，保温罩全部关闭，采用温度传感器全程监测钢管的温度变化，将缓冷至600～650℃的钢管出炉空冷，即得到免退火无缝钢管。
一些实施例中，步骤S103中，真空炉的炉内真空度≤66.7Pa。
一些实施例中，步骤S104中，浇注后得到的管坯尺寸为：直径Φ135～Φ330mm。
一些实施例中，步骤S106中，穿孔过程中的辗轧角、喂入角均为10～30°，采用上述角度轧制可以消除轧制过程中的切向变形和扭转变形，从而提高钢管内表面质量。
一些实施例中，步骤S107中，轧管过程中的喂入角≤15°，辗轧角≤10°。
一些实施例中，步骤S109中，定径后的钢管尺寸为：外径Φ85～Φ280mm，壁厚23～40mm，内孔直径Φ43～Φ234mm。
一些实施例中，步骤S110中，奥氏体化的加热温度为860～950℃，保温时间为2～5h。
一些实施例中，步骤S111中，保温罩的入口温度为710～760℃，保温罩的出口温度为600～650℃，保温罩的区间冷速为0.5～2.0℃/min。
第三方面，本申请还提供了利用上述免退火无缝钢管制备的变速箱齿轮。
一些实施例中，所述变速箱齿轮的制备方法为：免退火无缝钢管下料→车削加工外圆、内孔→齿形冷挤压成型→高温回火→粗、精车→齿形精整→渗碳处理→低温回火→磨齿→成品检验→清洗→包装入库。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1、本申请提供的免退火无缝钢管利用稀土成分微合金化促进珠光体在线球化，同时控制较低的C含量，采用在线正火热处理工艺，实现渗碳钢管显微组织精细化和均匀化控制，钢管不同部位的金相组织趋于一致，呈现为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，且钢管的基体硬度为130～150HB，可以满足冷挤压前齿轮毛坯的组织和硬度要求；
2、本申请提供的免退火无缝钢管通过降低Mn、Cr元素含量，可有效减少齿轮零件在渗碳处理过程中钢的奥氏体界面碳化物析出量，从而减少渗碳和淬火处理过程中零件表面形成的非马氏体组织，提高零件的抗冲击强度、耐磨性和接触疲劳性能；
3、本申请制得的免退火无缝钢管不需要进行冷拔工序，生产流程短，生产效率高，成本低。通过检测分析，免退火无缝钢管的尺寸精度可达到现有冷挤压前齿轮毛坯的生产技术要求；因此，利用该免退火无缝钢管采用冷挤压工艺生产变速箱齿轮时，与现有冷挤压工艺相比，可以省去齿轮毛坯冷挤压前的锻造、等温正火及球化退火工序，大幅降低生产成本，缩短生产周期，有效提高生产效率，应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的免退火无缝钢管的制备方法的工艺流程图；
图2是本申请实施例1的变速箱内齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸设计图；
图3是本申请实施例1制得的免退火无缝钢管的基体金相照片；
图4是利用本申请实施例1制得的免退火无缝钢管生产齿轮的工艺流程图；
图5是本申请实施例1制得的内齿轮成品零件的宏观实物照片；
图6是本申请实施例2的变速箱太阳齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸设计图；
图7是本申请实施例2制得的免退火无缝钢管的基体金相照片；
图8是本申请实施例2制得的太阳齿轮成品零件的宏观实物照片；
图9是本申请实施例3的变速箱行星齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸设计图；
图10是本申请实施例3制得的免退火无缝钢管的基体金相照片；
图11是本申请实施例3制得的行星齿轮成品零件的宏观实物照片。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种免退火无缝钢管，该无缝钢管的基体硬度满足冷挤压工艺生产要求，利用该无缝钢管生产变速箱齿轮时无需采用锻造、等温正火、球化退火工序处理。
参考图1，本申请实施例提供的免退火无缝钢管的制备方法包括以下步骤：
步骤S101，熔炼：将优质废钢和热装铁水按一定比例混合，加入转炉中熔炼，得到熔炼钢水；
步骤S102，精炼：将熔炼钢水加入钢包炉中进行精炼，全程吹Ar搅拌，吹Ar过程向熔炼钢水中喂入Ca线，调节Ca的质量含量为0.0001％～0.005％，以提高钢水的均匀性，同时在精炼后期加入其他微合金元素Cr、Mo、Al、RE、Nb等，并进行夹杂物变质处理，使夹杂物呈细小弥散的状态，得到精炼钢水；
步骤S103，真空脱气：将精炼钢水放置在真空炉中进行真空脱气处理，得到真空脱气后的钢水；炉内真空度≤66.7Pa；
步骤S104，浇注：采用连铸全程保护浇注真空脱气后的钢水，浇注过程控制钢水过热度≤30℃，用结晶器电磁搅拌，确保浇注过程无二次污染，得到疏松级别较低的管坯；该管坯为实心坯料，直径Φ135～Φ330mm；
步骤S105，加热：将管坯加入中径环形炉(直径为Φ48m)中均匀加热至1150～1300℃，并保温2～10h，确保管坯透烧；
步骤S106，穿孔：采用锥形穿孔机对加热后的管坯进行扩径穿孔，得到穿孔后的荒管，扩径率为0～5％，在保证尺寸均匀性的同时，还可以增加坯料可生产钢管的尺寸范围；穿孔过程中的辗轧角、喂入角均为10～30°；
步骤S107，轧管：采用轧管机对穿孔后的荒管进行轧制，得到轧制钢管；为提高钢管尺寸精度及表面质量，轧管机总的减径率不超过30％，喂入角≤15°，辗轧角≤10°，芯棒尺寸为直径Φ41～Φ228mm；
步骤S108，减径：采用十机架两辊微张力减径机对轧制钢管减径，得到减径的钢管；为保证钢管全长壁厚一致性，应根据尺寸选择不同的电机叠加比，通常电机叠加比≤50％，同时为提高内孔精度，减径机的减径率应不超过25％；
步骤S109，定径：采用920mm两辊两径机或十机架两辊微张力减径机对减径的钢管进行定径处理，总减径率≤15％，轧制速度0.2～1.5m/s，得到定径后的钢管；定径后的钢管尺寸为：外径Φ85～Φ280mm，壁厚23～40mm，内孔直径Φ43～Φ234mm；
步骤S110，奥氏体化：将定径后的钢管加热至860～950℃并保温2～5h，使其充分奥氏体化；
步骤S111，在线缓冷后出炉：采用在线保温罩对奥氏体化后的钢管进行缓冷，保温罩全部关闭，采用温度传感器全程监测钢管的温度变化，将缓冷至600～650℃的钢管出炉空冷，即得到免退火无缝钢管；保温罩的入口温度为710～760℃，保温罩的出口温度为600～650℃，保温罩的区间冷速为0.5～2.0℃/min。
其中，按质量百分比计，本申请实施例制得的免退火无缝钢管中各组分的含量满足：C：0.13％～0.18％；Si：0.20％～0.40％；Mn：0.30％～0.60％；P≤0.030％；S：0.015％～0.045％；Cr：0.50％～0.90％；Mo：0.15％～0.50％；Nb：0.01％～0.10％；Al：0.01％～0.10％；B≤0.0003％；N≤0.006％；RE：0.02％～0.03％；Ca：0.0001％～0.005％；余量为Fe和不可避免的杂质。
一些优选实施例中，按质量百分比计，本申请提供的免退火无缝钢管中各组分的含量满足：C：0.15％～0.17％；Si：0.27％～0.37％；Mn：0.42％～0.58％；P≤0.020％；S：0.025％～0.035％；Cr：0.60％～0.85％；Mo：0.20％～0.45％；Nb：0.025％～0.065％；Al：0.037％～0.079％；B：0.0001％～0.0003％；N：0.0055％～0.006％；RE：0.025％～0.029％；Ca：0.002％～0.004％；余量为Fe和不可避免的杂质。
免退火无缝钢管中各组分的作用为：
C：C是保证钢的硬度和强度的重要组成部分，C含量为0.13％～0.18％时既能使钢具有足够的强度，满足渗碳钢齿轮成品零件心部硬度≥HV300的技术要求，又能使无缝钢管在免退火的条件下达到130～150HB的硬度。
Si：Si含量在0.20％～0.40％时不仅可以提高钢的淬透性，保证轴齿零件渗碳层的淬透性，达到抗冲击断裂的能力；而且能够避免渗碳过程中在晶界附近出现“Si氧化脆化”现象。
Mn：Mn含量在0.30％～0.60％时可以保证渗碳层的预期淬透性，保证高的抗冲击断裂强度。
P：P含量≤0.030％时可以平衡目标性能和原料、冶炼的成本。
S：S含量为0.015％～0.045％时，S对提高机械加工性能的作用明显，且易控制钢中的硫化物形态。
Cr：Cr含量为0.50％～0.90％时，既可以在短时间内提高钢基体淬透性和渗碳层碳浓度，又能避免渗碳和淬火过程中渗碳体在奥氏体晶界析出引起的晶界脆化现象。
Mo：Mo含量为0.15％～0.50％时，既可以补偿因Mn、Cr元素含量的减少而造成渗碳后的淬透性降低，又能满足经济性。
Nb：Nb含量为0.01％～0.10％时，既可以达到较佳的细化晶粒效果，又能避免对钢的韧性和接触疲劳强度产生不利影响。
Al：Al含量为0.01％～0.10％时，既能有效减小钢的脱氧和晶粒尺寸，又能避免对韧性有害的夹杂物数量的增加。
稀土元素RE：RE含量为0.02％～0.03％时，既可以促进珠光体在线球化，实现显微组织精细化和均匀化控制，又能配合钢的低C含量设计，获得具有低加工硬化能力的细小均匀铁素体+部分球化弥散分布珠光体组织，使钢管的硬度达到130～150HB。本申请实施例中，对稀土元素RE的具体种类不作限制。
下面结合实施例对本申请提供的免退火无缝钢管及其制备方法和利用其制备的变速箱齿轮进行详细说明。
实施例1：
本申请的实施例1提供了一种免退火无缝钢管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，熔炼：将优质废钢、热装铁水加入转炉中进行熔炼处理，留渣双渣操作，得到熔炼钢水,对熔炼钢水中的各化学组分进行成分分析，确保满足要求；
步骤S102，精炼：将熔炼钢水加入钢包炉中进行精炼处理，全程吹Ar搅拌，并在吹Ar过程中加入Ca-Si线进行钙化处理，使钢水中Ca的质量分数为0.002％，同时在精炼后期加入其他微合金元素Cr、Mo、Al、RE、Nb等，得到精炼钢水；
步骤S103，真空脱气：将精炼钢水置于真空炉中进行真空处理，真空度为13.3Pa，得到真空脱气后的钢水；
步骤S104，浇注：采用连铸全程保护浇注真空脱气后的钢水，浇注过程控制钢水过热度为18℃，用结晶器电磁搅拌，得到直径Φ330mm、长度3.5m的管坯；
步骤S105，均匀加热：将管坯加入中径环形炉中加热至1180℃保温8h；
步骤S106，穿孔：采用锥形穿孔机对加热后的管坯穿孔，辗轧角为30°，喂入角为25°，得到穿孔后的荒管；荒管的尺寸为：外径Φ330mm，壁厚50mm，截面壁厚差小于3mm；
步骤S107，轧管：采用轧管机对穿孔后的荒管进行轧制，得到外径Φ300mm、壁厚35mm的轧制钢管；轧管机总的减径率为10％，辗轧角为10°，喂入角为15°，芯棒尺寸为直径Φ228mm；
步骤S108，减径:采用十机架两辊微张力减径机对轧制钢管进行减径处理，得到减径的钢管；其中，电机叠加比为45％，减径率为6.7％；
步骤S109，定径：采用十机架两辊微张力减径机对减径的钢管进行定径处理，通过确定内齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸(见图2)，设计内齿轮用免退火无缝钢管定径后的外径及内径尺寸，最终定径的钢管尺寸为：外径Φ280mm，壁厚23mm，内径Φ234mm；
步骤S110，奥氏体化：将定径后的钢管加热到900℃保温3h，使之充分奥氏体化；
步骤S111，在线缓冷后出炉：将奥氏体化后的钢管放入保温罩中缓冷至620℃后出炉空冷，即得到免退火无缝钢管；保温罩的入口温度为720℃，保温罩的出口温度为600℃，保温罩的区间冷速为0.5℃/min。
按质量百分比计，实施例1制得的免退火无缝钢管中各组分含量满足：C：0.15％；Si：0.27％；Mn：0.42％；P：0.016％；S：0.035％；Cr：0.70％；Mo：0.20％；Nb：0.065％；Al：0.037％；B：0.0002％；N：0.0055％；RE：0.025％；Ca：0.002％；余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例1制得的免退火无缝钢管的基体显微组织照片如图3所示，图3a为放大倍数为100倍的基体金相照片，图3b为放大倍数为400倍的基体金相照片，从图3可以看出，该钢管的显微组织为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，测得该钢管基体组织硬度为131～136HB，满足冷挤压前内齿轮毛坯的金相组织和硬度要求。
参考图4，采用实施例1制得的免退火无缝钢管生产变速箱内齿轮的加工流程为：免退火无缝钢管下料→车削加工外圆及内孔→齿形冷挤压成型(齿面加工余量为0.30mm)→570℃×5h去应力高温回火→粗插滚→精插滚→齿形精整→多用炉渗碳处理→保护气氛下缓冷至200℃出炉空冷→加热至830±5℃奥氏体化→压淬→180℃×2h低温回火→成品检验→清洗→包装入库。
实施例1制得的内齿轮成品件照片如图5所示，该内齿轮成品件齿面的非马氏体层深为4～7μm。
实施例2：
本申请实施例2提供了一种免退火无缝钢管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，熔炼：将优质废钢、热装铁水按一定比例混合后加入转炉中进行熔炼处理，留渣双渣操作，得到熔炼钢水，对熔炼钢水中的各化学组分进行成分分析，确保满足要求；
步骤S102，精炼：将熔炼钢水加入钢包炉中进行精炼处理，全程吹Ar搅拌，并在吹Ar过程中加入Ca-Si线进行钙化处理，使钢水中Ca的质量分数为0.004％，同时在精炼后期加入其他微合金元素Cr、Mo、Al、RE、Nb等，得到精炼钢水；
步骤S103，真空脱气：将精炼钢水置于真空炉中进行真空处理，真空度为33.35Pa，得到真空脱气后的钢水；
步骤S104，浇注：采用连铸全程保护浇注真空脱气后的钢水，浇注过程控制钢水过热度为27℃，用结晶器电磁搅拌，得到直径Φ160mm、长度4.6m的管坯；
步骤S105，均匀加热：将管坯加入中径环形炉中加热至1280℃保温5h；
步骤S106，穿孔：采用锥形穿孔机对加热后的管坯穿孔，辗轧角为20°，喂入角为15°，得到穿孔后的荒管；荒管的尺寸为：外径Φ160mm，壁厚62mm，截面壁厚差小于2.5mm；
步骤S107，轧管：采用轧管机对穿孔后的荒管进行轧制，得到外径Φ120mm、壁厚35mm的轧制钢管；轧管机总的减径率为25％，喂入角为10°，辗轧角为7°，芯棒尺寸为Φ49mm；
步骤S108，减径:采用十机架两辊微张力减径机对轧制钢管进行减径处理，得到减径的钢管；其中，电机叠加比为35％，减径率为15％；
步骤S109，定径：采用十机架两辊微张力减径机对减径的钢管进行定径处理，通过确定变速箱后副箱太阳齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸(见图6)，设计太阳齿轮用免退火无缝钢管定径后的外径及内径尺寸，最终定径的钢管尺寸为：外径Φ102mm，壁厚24mm，内径Φ54mm；
步骤S110，奥氏体化：将定径后的钢管加热到930℃保温5h，使之充分奥氏体化；
步骤S111，在线缓冷后出炉：采用在线保温罩对奥氏体化后的钢管进行缓冷，保温罩全部关闭，保温罩入口温度760℃，保温罩出口温度650℃，保温罩区间冷速1℃/min，将钢管缓冷至650℃后出炉空冷，即得到免退火无缝钢管。
按质量百分比计，实施例2的免退火无缝钢管中各组分含量满足：C：0.17％；Si：0.33％；Mn：0.58％；P：0.012％；S：0.025％；Cr：0.85％；Mo：0.39％；Nb：0.025％；Al：0.056％；B：0.0001％；N：0.0059；RE：0.028％；Ca：0.004％；余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例2制得的免退火无缝钢管的基体显微组织照片如图7所示，图7a为放大倍数为100倍的基体金相照片，图7b为放大倍数为400倍的基体金相照片，从图7可以看出，该钢管的显微组织为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，测得该钢管基体组织硬度为138～143HB，满足冷挤压前齿轮毛坯的金相组织和硬度要求。
采用实施例2制得的免退火无缝钢管生产太阳齿轮的加工流程为：免退火无缝钢管下料→车削加工外圆及内孔→齿形冷挤压成型(齿面加工余量控制为0.30mm)→600℃×6h去应力高温回火→车削内孔及端面→齿形倒角去毛刺→拉削内花键→渗碳淬火处理→150℃×2h低温回火→磨齿加工→成品检验→清洗→包装入库。
实施例2制得的太阳齿轮成品件照片如图8所示，该太阳齿轮成品件齿面的非马氏体层深为8～11μm。
实施例3：
本申请的实施例3提供了一种免退火无缝钢管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，熔炼：将优质废钢、热装铁水按2:8的比例混合后加入转炉中进行熔炼处理，留渣双渣操作，得到熔炼钢水,对熔炼钢水中的各化学组分进行成分分析，确保满足要求；
步骤S102，精炼：将熔炼钢水在钢包炉中进行精炼处理，全程吹Ar搅拌，并在吹Ar过程中加入Ca-Si线进行钙化处理，使钢水中Ca的质量分数为0.003％，同时在精炼后期加入其他微合金元素Cr、Mo、Al、RE、Nb等，得到精炼钢水；
步骤S103，真空脱气：将精炼钢水置于真空炉中进行真空处理，真空度为44.47Pa，得到真空脱气后的钢水；
步骤S104，浇注：采用连铸全程保护浇注真空脱气后的钢水，浇注过程控制钢水过热度为22℃，用结晶器电磁搅拌，得到直径Φ135mm、长度4.0m的管坯；
步骤S105，均匀加热：将管坯加入中径环形炉中加热至1250℃保温7h；
步骤S106，穿孔：采用锥形穿孔机对加热后的管坯穿孔，辗轧角为30°，喂入角为25°，得到穿孔后的荒管；荒管的尺寸为：外径Φ120mm，壁厚40mm，截面壁厚差小于2mm；
步骤S107，轧管：采用轧管机对穿孔后的荒管进行轧制，得到外径Φ100mm、壁厚29mm的轧制钢管(毛管)；轧管机总的减径率为16.7％，喂入角为12°，辗轧角为8°，芯棒尺寸为直径Φ41mm；
步骤S108，减径:采用十机架两辊微张力减径机对轧制钢管进行减径处理，得到减径的钢管；其中，电机叠加比为45％，减径率为15％；
步骤S109,定径：采用十机架两辊微张力减径机对减径的钢管进行定径处理，得到定径的钢管；通过确定行星齿轮齿形冷挤压成型前的毛坯尺寸(见图9)，设计行星齿轮用免退火无缝钢管定径后的外径及内径尺寸，最终定径的钢管尺寸为：外径Φ85mm，壁厚21mm，内径Φ43mm；
步骤S110，奥氏体化：将定径后的钢管加热到920℃保温4h，使之充分奥氏体化；
步骤S111，在线缓冷后出炉：采用在线保温罩对奥氏体化后的钢管进行缓冷，保温罩全部关闭，保温罩入口温度750℃，保温罩出口温度630℃，保温罩区间冷速1.5℃/min，将缓冷至630℃后的钢管出炉空冷，即得到免退火无缝钢管；
按质量百分比计，实施例3的免退火无缝钢管中各组分含量满足：C：0.16％；Si：0.37％；Mn：0.53％；P：0.020％；S：0.030％；Cr：0.60％；Mo：0.45％；Nb：0.045％；Al：0.079％；B：0.0003％；N：0.0058％；RE：0.029％；Ca：0.003％；余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例3制得的免退火无缝钢管的基体显微组织照片如图10所示，图10a为放大倍数为100倍的基体金相照片，图10b为放大倍数为400倍的基体金相照片，从图10可以看出，该钢管的显微组织为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，测得该钢管基体组织硬度为134～139HB，满足冷挤压前行星齿轮毛坯的金相组织和硬度要求。
采用实施例3制得的免退火无缝钢管生产行星齿轮的加工流程为：免退火无缝钢管下料→车削加工外圆及内孔→齿形冷挤压成型(齿面加工余量为0.35mm)→580℃×6h去应力高温回火→粗插滚→精插滚→齿形精整→多用炉渗碳处理→保护气氛下缓冷至200℃出炉空冷→加热至830±5℃奥氏体化→压淬→180℃×2h低温回火→成品检验→清洗→包装入库。
实施例3制得的行星齿轮成品件照片如图11所示，该行星齿轮成品件齿面的非马氏体层深为6～9μm。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的规定。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
熔炼：将废钢和热装铁水混合后加入转炉中熔炼，得到熔炼钢水；
精炼：将所述熔炼钢水加入钢包炉中进行精炼，吹Ar搅拌，吹Ar过程向熔炼钢水中喂入Ca线，调节Ca的质量含量，得到精炼钢水；
真空脱气：将所述精炼钢水放置在真空炉中进行真空脱气处理，得到真空脱气后的钢水；
浇注：采用连铸保护浇注真空脱气后的钢水，得到管坯；
加热：将管坯加入环形炉中均匀加热至1150～1300℃，并保温2～10h；
穿孔：对加热后的管坯进行扩径穿孔，得到穿孔后的荒管；
轧管：对穿孔后的荒管进行轧制，得到轧制钢管；
减径：对轧制钢管减径，得到减径的钢管；
定径：对减径的钢管进行定径处理，得到定径后的钢管；
奥氏体化：将定径后的钢管加热至860～950℃并保温2～5h；
出炉：采用在线保温罩对奥氏体化后的钢管进行缓冷，保温罩全部关闭，采用温度传感器全程监测钢管的温度变化，将缓冷至600～650℃的钢管出炉空冷，即得到免退火无缝钢管；保温罩的入口温度为710～760℃，保温罩的出口温度为600～650℃，保温罩的区间冷速为0.5～2.0℃/min；
其中，按质量百分比计，所述免退火无缝钢管由以下组分组成：C：0.13％～0.18％；Si：0.20％～0.40％；Mn：0.30％～0.60％；P≤0.030％；S：0.015％～0.045％；Cr：0.50％～0.90％；Mo：0.15％～0.50％；Nb：0.01％～0.10％；Al：0.01％～0.10％；B≤0.0003％；N≤0.006％；RE：0.02％～0.03％；Ca：0.0001％～0.005％；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，真空脱气过程中，真空炉的炉内真空度≤66.7Pa。
3.根据权利要求1所述的免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，浇注后得到的管坯尺寸为：直径Φ135～Φ330mm。
4.根据权利要求1所述的免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，穿孔过程中的辗轧角、喂入角均为10～30°。
5.根据权利要求1所述的免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，定径后的钢管尺寸为：外径Φ85～Φ280mm，壁厚23～40mm，内孔直径Φ43～Φ234mm。
6.根据权利要求1所述的免退火无缝钢管的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述免退火无缝钢管由以下组分组成：C：0.15％～0.17％；Si：0.27％～0.37％；Mn：0.42％～0.58％；P≤0.020％；S：0.025％～0.035％；Cr：0.60％～0.85％；Mo：0.20％～0.45％；Nb：0.025％～0.065％；Al：0.037％～0.079％；B：0.0001％～0.0003％；N：0.0055％～0.006％；RE：0.025％～0.029％；Ca：0.002％～0.004％；余量为Fe和不可避免的杂质。
7.一种变速箱齿轮，其特征在于，所述变速箱齿轮由权利要求1所述制备方法制得的免退火无缝钢管制成。
8.一种制备权利要求7所述变速箱齿轮的方法，其特征在于，所述变速箱齿轮的制备方法为：免退火无缝钢管下料→车削加工外圆、内孔→齿形冷挤压成型→高温回火→粗、精车→齿形精整→渗碳处理→低温回火→磨齿→成品检验→清洗→包装入库。
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