CN114918249A - 一种大规格齿轮圆钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种大规格齿轮圆钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为C=0.15%～0.25%、Si=0.17%～0.37%、Mn=0.60%～1.50%、Cr=0.40%～1.50%、Mo=0～0.35%、Ni=0~1.0%、Al=0.020%~0.060%、N=0~0.0150%、P≤0.025%、S=0~0.040%、Al/N≥2.5，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明根据目前大规格齿轮钢生产由于方框偏析导致后续加工中存在淬火变形、开裂等问题，通过提供的一种大规格的生产控制方法，设计有效AlN比、Al含量范围，通过高温加热扩散、设计合适的压下量、压下规程和翻钢制度，控制钢材内部金属流动，将矩形的坯材轧制成方框偏析小的圆钢，且降低偏析严重程度，提高了齿轮钢合格率，降低成产成本。

Description

一种大规格齿轮圆钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种大规格齿轮圆钢的生产方法。

背景技术

随着加工制造业的不断发展，大棒材作为重型设备、冶金机械等重要原材料的需求持续增加，质量要求也越来越高。大规格棒材有厂家采用大圆坯生产，但很多生产厂采用大矩形坯进行轧制，由于材料凝固在固液两相区原子重新发生分配及液相沿枝晶流动而引起的区域性偏析，这种宏观偏析随着连铸断面的形状形成不同形状的锭型偏析。由于矩形断面的方框偏析也呈矩形，经过轧制后，圆钢断面上的偏析近似矩形，长宽比往往在1.20以上，且长宽比越大，影响越严重，在后续加工中存在淬火变形、开裂等问题，不能满足下游用户的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种大规格齿轮圆钢的生产方法，可生产成品为φ120mm~φ200mm规格大规格齿轮圆钢，其产品方框偏析可控制在圆钢1/2直径内，长宽比≤1.05，加工工艺性能稳定。

本发明的技术方案：

一种大规格齿轮圆钢的生产方法，钢的化学组成重量百分比为C=0.15%～0.25%、Si=0.17%～0.37%、Mn=0.60%～1.50 %、Cr=0.40%～1.50%、Mo=0～0.35%、Ni=0~1.0%、Al=0.020%~0.060%、N= 0~0.0150%、P≤0.025%、S=0~0.040%、Al/N≥2.5，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

（1）加热：铸坯预热段温度500~750℃之间，加热段温度1150～1250℃之间，均热段温度1180～1250℃之间，高温段时间160~300min；

（2）轧制：大规格齿轮钢采用半连轧工艺，压缩比≥4.5；初轧机组采用二辊可逆式初轧机进行开坯，开坯机孔型为箱-箱孔型，开坯轧制温度范围为1000~1150℃，进行至少5道次高温轧制，初轧机道次中有部分道次压下率≥20%，每道次压下量不小于20mm；连轧机采用横列轧机轧制成圆钢，连轧机孔型系统为椭圆-圆-椭圆-圆，对所述坯材进行至少4道次的有效高温轧制，温度范围为850～1060℃；

（3）锯切：对连轧后圆钢按照设定长度进行锯切定尺；

（4）冷却：轧后圆钢采用进保温罩缓冷、入坑缓冷措施；

（5）精整：对圆钢进行表面和内部探伤检查，对探伤后的圆钢进行精整。

发明原理：

本发明的大规格齿轮钢的生产方法，坯料采用有效AlN比、Al含量范围可有效抑制齿轮钢加热时奥氏体晶粒长大；加热预热段缓慢升温可有效防止加热过快造成应力开裂和轧制穿孔；高温长时间加热有利于改善内部偏析程度；通过翻钢认面轧制及控制压下量及压下率，对钢材内部金属的流动进行控制以得到方框偏析较小的坯材；通过对锯切后圆钢进冷床保温罩温度控制可获得需要金相组织有利于齿轮加工；圆钢入坑缓冷可有效析氢及释放组织应力；圆钢进行内外部探伤检查可保证出厂圆钢质量。

采用在适用范围Al、N含量的齿轮钢钢坯，因为大规格齿轮钢加热温度较高、加热时间长以及齿轮生产厂家渗碳淬火保温时间长，奥氏体晶粒长大倾向大，N是很强的形成和稳定奥氏体元素，N与钢中大多合金元素都有很强的亲和力，可形成极稳定的间隙相。N和钢种的Al化合形成AlN，AlN以及TiN以及NbN等都可有效阻止奥氏体晶粒粗化，得到细小的铁素体晶粒，有利于提高钢的韧性，氮化物与碳化物可互相溶解，形成碳氮化物，氮化物之间也可互相溶解，形成复合氮化物，这些化合物常以细小质点存在，产生弥散强化效果，提高钢的强度，但含Ti齿轮钢不建议增加N，大颗粒TiN夹杂物属于脆性夹杂物会严重影响齿轮的疲劳寿命。

加热温度设定预热段温度控制较低，缓慢升温可有效防止加热过快造成应力开裂和轧制穿孔；高温及长时间加热有利于大规格齿轮钢坯料内部偏析高温扩散，可有效改善轧制后圆钢偏析程度、带状组织、组织均匀性。

初轧机组开坯为了减少齿轮钢的方框偏析长宽比，可通过翻钢机对坯料进行翻钢操作进不同的轧制孔型，这样能对坯材的不同表面进行轧制，并通过合适的压下量及压下率，对轧制过程中金属的流动进行有效的控制，以达到坯材进行轧制变形后得到方框偏析较小的坯材。其中，压下量为进行每道次轧制前坯材的高度和经过该道次轧制后坯材的高度之差，道次压下率为每道次压下量与轧制前该道次的高度的比值。坯材进行翻钢，指的是将坯材沿其长度方向进行翻转，进行一个轧制孔型轧制后，将坯材的沿其长度方向翻转90度，进入下一个轧制孔型，需要说明的是每个孔型轧制时可通过计算塑性变形每个孔型轧制时不进行翻钢操作，可有效提高轧制效率。

连轧机组进行塑形轧制过程中，为了获得最终的方框偏析长宽比近似为1的齿轮钢，连轧机孔型系统为椭圆-圆-椭圆-圆，采用横列轧机进行塑形轧制的过程中，通过相邻两个道次的轧制的坯材的表面不同，以使得最后的圆钢的偏析更接近圆形。轧制成圆钢步骤之后还包括：对圆钢按照定尺要求进行锯切以满足不同的需求；圆钢上冷床根据钢种特性进行冷却后进行探伤，对探伤后的圆钢进行精整包装入库。

本发明的优点：采用在适用范围Al、N含量的齿轮钢钢坯，在设定温度范围内，通过对坯材轧制过程中的认面轧制，采用合适的轧制道次及道次压下量，控制坯料内部金属流动，可将坯材矩形方框偏析轧制控制在圆钢1/2直径内，且长宽比较小的齿轮用钢，提高齿轮钢合格率，降低成产成本；生产的大规格齿轮钢，可广泛应用于汽车及工程机械等多个领域，且本发明利用钢厂现有设备和工艺条件，可推广到大规格的其它领域大规格圆钢生产，具有较高的经济和社会效益。

附图说明

图1 为实施例1生产的样品低倍组织及方框偏析图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例1：

连铸坯350mm×430mm连铸坯轧制直径为160mm规格齿轮钢的生产，钢的组成重量百分比为C=0.20%，Si=0.21%，Mn=1.10%，P=0.009%，S=0.021%，Cr=1.27%，Al=0.028%，Ti=0.052%，N=0.0030%，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯断面实际尺寸为342mm×430mm，方框偏析长宽比为1.42。关键工艺步骤包括：

（1）加热：预热段温度680℃，加热段温度1116～1214℃，均热段温度1187～1218℃，高温段时间250min；

（2）轧制：初轧机组采用二辊可逆式初轧机进行开坯，开坯机孔型为箱-箱孔型，开坯机辊径为1100mm，初轧机采取四个孔型7道次轧制，其中1/3/5/7道次进行翻钢；开坯轧制温度为1050~1120℃，1~7道次压下量分别为65mm/70mm/82mm/81mm/70mm/43mm/53mm，1~7道次压下率分别为15%/19%/21%/27%/22%17%20%，其中进K1孔型前翻钢轧制铸坯左右两面，进K2孔型前翻钢轧制铸坯上下两面，进K3孔型前翻钢轧制铸坯左右两面，进K4孔型前翻钢轧制铸坯上下两面，进连轧机组前断面尺寸为215mm×220mm；连轧机采用横列轧机轧制成孔型为椭圆-圆-椭圆-圆，进行4道次塑性变形轧制，轧制温度为950～1000℃，轧制圆钢红坯尺寸为φ162mm；

（3）锯切：圆钢按照6000mm长度进行锯切定尺；

（4）冷却：锯切后圆钢上冷床进保温罩缓冷，进保温罩温度780℃，下线收集入坑温度400℃，缓冷24h；

（5）精整：对圆钢进行表面和内部探伤检查，对探伤后的圆钢进行精整。

实施例2

连铸坯350mm×430mm连铸坯轧制直径为140mm规格齿轮钢的生产。钢的组成重量百分比为C=0.19%，Si=0.22%，Mn=1.08%，P=0.012%，S=0.020%，Cr==1.20%，Al=0.030%，Ti=0.055%，N=0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯断面实际尺寸为341mm×432mm(连铸采用轻、重压下)，方框偏析长宽比为1.41。关键工艺步骤包括：

（1）加热：预热段温度670℃，加热段温度1125～1210℃，均热段温度1190～1220℃，高温段时间252min；

（2）轧制：初轧机组采用二辊可逆式初轧机进行开坯，开坯机孔型为箱-箱孔型，开坯机辊径为1100mm，初轧机采取9道次轧制，其中1/2/3/4/5/7/9道次进行翻钢，开坯轧制温度范围为1050~1120℃，1~9道次压下率分别为8%/12%/20%/25%/20%/19%/18%/20%/21%，1~9道次压下量分别为35mm/45mm/80mm/86mm/68mm/52mm/55mm/51mm/52mm，进连轧机组前断面尺寸为170mm×190mm。连轧机采用横列轧机轧制成孔型为椭圆-圆-椭圆-圆-圆，进行5道次塑性变形轧制，轧制温度为950～1000℃，轧制圆钢红坯尺寸为φ142mm；

（3）锯切：圆钢按照6100mm长度进行锯切定尺；

（4）冷却：锯切后圆钢上冷床进保温罩缓冷，进保温罩温度760℃，下线收集入坑温度380℃，缓冷24h；

（5）精整：对圆钢进行表面和内部探伤检查，对探伤后的圆钢进行精整。

实施例3

连铸坯350mm×430mm连铸坯轧制直径为200mm规格齿轮钢的生产。钢的组成重量百分比为C=0.18%，Si=0.17%，Mn=1.21%，P=0.008%，S=0.025%，Cr=1.13%，Ni=0.15%，Al=0.036%，N=0.0126%，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯断面实际尺寸为342mm×432mm(连铸采用轻、重压下)，方框偏析长宽比为1.40。关键工艺步骤包括：

（1）加热：预热段温度650℃，加热段温度1150～1210℃，均热段温度1195～1225℃，高温段时间262min；

（2）轧制：初轧机组采用二辊可逆式初轧机进行开坯，开坯机孔型为箱-箱孔型，开坯机辊径为1100mm，初轧机采取7道次轧制，其中1/2/3/5/7道次进行翻钢，开坯轧制温度为1050~1120℃，1~7道次压下量分别为55mm/65mm/60mm/80mm/35mm/60mm/45mm，1~7道次压下率分别为13%/17%/15%/24%/12%/21%/16%，进连轧机组前断面尺寸为220mm×260mm；连轧机采用横列轧机轧制成孔型为椭圆-圆-椭圆-圆-圆，进行5道次塑性变形轧制，轧制温度为950～1000℃，轧制圆钢红坯尺寸为φ202mm；

（3）锯切：圆钢按照5800mm长度进行锯切定尺；

（4）冷却：锯切后圆钢上冷床进保温罩缓冷，进保温罩温度800℃，下线收集入坑温度420℃，缓冷24h；

（5）精整：对圆钢进行表面和内部探伤检查，对探伤后的圆钢进行精整。

表1为实施例1的 1100轧机压下规程参数表；表2为各实施例圆钢检验结果 。

表1 1100轧机压下规程参数

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表2 圆钢检验结果

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表2测试结果和图1可见，采用本发明设计生产方法生产的大规格齿轮圆钢，其低倍组织、方框偏析及带状组织均达到较高水平， 轧制后的圆钢经齿轮厂进行热锻成齿轮坯，再通过渗碳热处理后齿轮产品变形量完全满足客户使用要求，提高产品合格率，降低了生产成本。

Claims (1)

1.一种大规格齿轮圆钢的生产方法，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.15%～0.25%、Si=0.17%～0.37%、Mn=0.60%～1.50 %、Cr=0.40%～1.50%、Mo=0～0.35%、Ni=0~1.0%、Al=0.020%~0.060%、N= 0~0.0150%、P≤0.025%、S=0~0.040%、Al/N≥2.5，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

（1）加热：铸坯预热段温度500~750℃之间，加热段温度1150～1250℃之间，均热段温度1180～1250℃之间，高温段时间160~300min；

（2）轧制：大规格齿轮钢采用半连轧工艺，压缩比≥4.5；初轧机组采用二辊可逆式初轧机进行开坯，开坯机孔型为箱-箱孔型，开坯轧制温度范围为1000~1150℃，进行至少5道次高温轧制，初轧机道次中有部分道次压下率≥20%，每道次压下量不小于20mm；连轧机采用横列轧机轧制成圆钢，连轧机孔型系统为椭圆-圆-椭圆-圆，对所述坯材进行至少4道次的有效高温轧制，温度范围为850～1060℃；

（3）锯切：对连轧后圆钢按照设定长度进行锯切定尺；

（4）冷却：轧后圆钢采用进保温罩缓冷、入坑缓冷措施；

（5）精整：对圆钢进行表面和内部探伤检查，对探伤后的圆钢进行精整。

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