CN114959415A - 一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法，流程为初炼—精炼—真空脱气—铸造—抛丸—加热—锻造—热处理。本申请采用热锻成型：将圆坯加热到1180‑1220℃，经若干道镦粗和拔长锻造成圆钢，镦粗和拔长交替进行，将圆钢中心冲孔，辗环后得到圆管。炼钢的化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.50～0.80％，Cr：1.50～1.80％，P≤0.025％，S：≤0.010％，Mo：0.25～0.35％，Ni：1.40～1.70％，Al：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.05％，Cu≤0.3％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0015％，H≤0.00015％，N：0.005～0.018％，Al/N：2～6，Sn≤0.010％、Pb≤0.010％、Bi≤0.010％、As≤0.015％，且As+Sn+Pb+Bi+Sb≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

Description

一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法
技术领域
本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及风电变速箱的齿轮用钢及制造方法。
背景技术
伴随着风电产业的快速发展，风电装备的质量提升和成本控制要求越来越高，风电机组的关键部件的高性价比要求也在不断提高，尤其对风电齿轮箱要求更加苛刻，因风电齿轮箱是风电机组中的核心部件，技术含量最高，失效也最频繁,目前模铸锻材17CrNiMo、18CrNiMo产品无法满足由于成分均匀性、夹杂物、晶粒度等问题，且生产成本很高，无法满足市场需求，因此开发一种优质的风电变速箱材料来满足市场需求迫在眉睫。
风电齿轮箱是风电机组中的核心部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动能传递给发电机，是大扭矩低转速向小扭矩高转速转换的关键环节，在风电齿轮运转过程中齿轮始终处于高载荷变化及高速旋转的状态，齿轮与齿轮之间的啮合，容易产生疲劳破坏。因此要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满足齿面硬度高、心部韧性好的要求，故必经长时间高温表面渗碳处理，渗碳处理后晶粒处理后组织要细，渗碳层厚度合适、组织要均匀，且不能出现混晶，材料带状组织要尽量轻。对风电齿轮用钢的纯净度、窄淬透性带、高温晶粒度、低温冲击、偏析等都提出了严格的要求。
高端变速箱齿轮对纯净度、淬透性、带状组织、机械性能、高温晶粒度要求很严格，尤其是纯净度和高温晶粒度，钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性和均匀性。根据齿轮在交变应力的作用下，夹杂物易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，降低齿轮的疲劳寿命。由于材料要求表面要有很高的耐磨性，芯部同时还要有很好的韧性，因此该材料通常采用高温渗碳处理，渗碳处理随着渗碳温度的不断提高渗碳时间越短，但同时随着温度提高晶粒长大的明显，造成严重混晶现象，严重影响齿轮的使用寿命。因此不仅需要钢水的高纯净度，同时在保证材料机械性能基础上要满足高温渗碳后晶粒度。
发明内容
为满足变速箱齿轮对钢材的强度、韧性、耐磨性、淬透性、冲击及高温晶粒度的要求，本发明通过对化学成分、锻造工艺及热处理进行合理设计，开发了一种新的微合金化风电变速箱齿轮用钢18CrNiMo7-6。
本发明所采用的技术方案为：一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法，包括：
步骤一、钢水冶炼：涉及初炼、精炼和真空脱气，钢水化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.50～0.80％，Cr：1.50～1.80％，P≤0.025％，S：≤0.010％，Mo：0.25～0.35％，Ni：1.40～1.70％，Al：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.05％，Cu≤0.3％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0015％，H≤0.00015％，N：0.005～0.018％，Al/N：2～6，Sn≤0.010％、Pb≤0.010％、Bi≤0.010％、As≤0.015％，且As+Sn+Pb+Bi+Sb≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤二、浇铸：将步骤一的钢水浇铸成圆坯；
步骤三、热锻：将圆坯重新加热到1180-1220℃，元素固溶，组织完全均化，经若干道镦粗和拔长锻造成圆钢，镦粗和拔长交替进行，将圆钢中心冲孔，辗环后得到圆管，圆管空冷至300℃以下；
步骤四、正火：加热温度930-980℃，保温6小时以上，出炉空冷至室温；
步骤五、高温回火：回火温度630-680℃，出炉空冷至室温。
进一步地，步骤一，对初炼终点C和终点P的含量进行控制，终点C：0.06％-0.12％，终点P≤0.013％，初炼的出钢过程顺钢流加入铝铁提前脱氧。精炼前期利用气氛搅拌(如底吹氩气的方式)钢水促进夹杂物上浮被吸收，精炼过程禁止利用铝剂沉淀脱氧，可以在钢水上层的渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧，保证过程氧含量低，发挥LF冶炼去除夹杂物的优势。真空脱气的真空度在133Pa以下，脱气时间15-35min，真空脱气后保证≥30min的软吹钢水，确保非金属夹杂物能够充分上浮。
进一步地，步骤一，真空处理后喂入CaSi线，对夹杂物进行变性处理，使高熔点的铝酸钙变性成低熔点的(CaO)12(Al2O3)7，促进夹杂物充分上浮至渣面，从而控制夹杂物数量和组成。
进一步地，步骤二，采用连铸工艺将钢水浇铸成圆坯，连铸过热度控制在10-35℃，在拉矫过程中避开800-900℃高温脆性区间，拉速控制在0.15-0.60m/min，连铸二冷区采用0.10-0.20L/kg的水量进行水雾冷却，保障连铸坯的芯部及表面质量。
进一步地，步骤二，连铸过程采用M-EMS和F-EMS双联和中间包感应加热方式以改善偏析。
进一步地，步骤二，对圆坯抛丸处理以发现坯料表面缺陷，并对缺陷进行修磨，避免有表面缺陷的坯料流到下道工序。
进一步地，步骤二，对圆坯进行去应力退火，平衡组织，为后面锻造做准备。
本发明变速箱齿轮钢的化学成分设计依据入如下：
1)C含量的确定
C是钢中最经济、最基本的强化元素，也是提高淬透性最有效的元素之一，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但C过高会对钢的韧性及冷脆性带来不利影响。本发明C含量的范围确定为0.15～0.21％，本发明涉及钢材属于低碳钢范畴；
2)Si含量的确定
Si脱氧能力较强，作为炼钢常用的脱氧剂,钢中加入Si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，但是Si促进回火脆性的发展，使塑性降低，同时对冲击韧性和韧性的温度有较大的影响。本发明Si含量的范围确定为0.15-0.35％。
3)Mn含量的确定
Mn作为炼钢过程的脱氧元素，能提高钢的淬透性，对提高低碳钢强度有显著的作用，Mn还能固定钢中的硫的形态并形成对钢的性能危害较小的MnS和(Fe，Mn)S，减少或抑制FeS的生产，因此钢中含有少量锰(Mn含量在0.10-0.80％)，能提高钢的纯净度和性能。但钢中Mn含量过高，增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织，增加钢的过热敏感性(粗晶)，增强钢对白点的敏感性，对客户后续产品锻造、热处理产生严重的影响。此外，Mn含量高，增加钢的过热敏感性(粗晶)，容易造成过热，对后续客户热处理造成严重的影响。目前国内外风电变速箱齿轮(如18CrNiMo、17CrNiMo)，其Mn含量要求在0.70-0.90％，实际控制在0.80％左右，由于Mn含量偏高，客户在加热锻造时易产生开裂，既影响了客户使用，也降低了成品齿轮的使用寿命。为弥补上述产品的不足，钢中既要添加一定量的Mn元素，从而保留其提高钢材淬透性和纯净度等有利因素，同时Mn含量又不宜过高，尽可能降低其不利影响，本发明Mn含量的范围确定为0.50-0.80％。
4)Cr含量的确定
Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性，由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好。同时Cr的碳化物较难溶解，加热时有阻碍晶粒长大作用，可减小过热敏感效应。此外，Cr可使奥氏体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于马氏体形成和提高马氏体的稳定性，所以Cr钢均有优良的淬透性，且淬火变形较小。
但Cr含量过高，与钢中的碳结合，容易形成大块碳化物，这种难溶碳化物使钢的韧性降低，齿轮寿命下降，而且Cr含量过高，钢材的硬度过大，不利于客户加工使用。本发明考虑到钢中添加Cr元素能提高钢材的强度、淬透性和耐磨性等性能，从而提升成品齿轮的使用寿命，本发明将Cr含量的范围确定为1.50-1.80％。
5)Al含量的确定
Al作为钢中脱氧元素加入，除为了降低钢水中的溶解氧之外，Al与N形成弥散细小的氮化铝夹杂可以细化晶粒，提高低温下的韧性，降低钢的脆性转变温度，此外，Al与N形成的化合物，在高温条件下订轧晶界能够有效的阻止高温下晶粒长，但Al含量大，钢水熔炼过程中易形成Al2O3等脆性夹杂，降低钢水纯净度。考虑到本钢种在950度长时间高温渗碳容易造成混晶，因此要将Al含量控制在一定的范围，能够有效的与钢中的N元素结合，本发明Al含量的范围确定为0.02～0.05％，且AL/N比要控制在2～5之间。
6)Ca含量的确定
Ca含量会增加钢中大尺寸点状氧化物的数量和尺寸，同时由于点状氧化物硬度高，塑性差，在钢变形时其不变形，容易在交界面处形成空隙，使钢的性能变差。本发明Ca含量的范围确定为≤0.001％。
7)Ti含量的确定
Ti对齿轮危害方式是以氮化钛，碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬、呈棱角状，严重影响齿轮的疲劳寿命，特别是在纯洁度显著提高，其他氧化物夹杂数量很少的情况下，含钛夹杂物的危害尤为突出。含Ti夹杂物不仅降低齿轮的疲劳寿命，而且影响齿轮的粗糙度。本发明Ti含量的范围确定为≤0.003％。
8)O含量的确定
大量试验表明，氧含量的降低对提高齿轮疲劳寿命显著有利，由于该钢中为低碳钢，氧含量控制比较困难。本发明O含量的范围确定为≤0.0015％。
9)N含量的确定
N通常在钢中是一种有害元素，但在钢液中加入Al、V、Nb等微量元素后，微量元素起到氮固定在作用，形成AlN、VN、NbN等，起到订轧晶界作用，对后期渗碳高温晶粒度起到很好的作用，但N含量过高易与合金元素生成大块状氮化物非金属夹杂，更重要的是降低了合金元素的作用，因此本发明N含量控制范围0.005％-0.018％。
10)P、S含量的确定
P在钢中严重引起凝固时的偏析，P溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性。本发明P含量的范围确定为≤0.025％。S使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，本发明S含量的范围确定为≤0.010％。
11)Mo、Ni：本申请的钢种为低碳钢，加入Mo、Ni元素可以显著提高抗拉强度、屈服强度、冲击功，尤其是对产品的冲击韧性十分重要。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
采用上述方法生产的18CrNiMo7-6钢种中非金属夹杂物及机械性能要求见下表1和表2：
表1
Figure BDA0003632965430000051
非金属夹杂物根据GB/T 10561 A法检验，各类夹杂物最大值不超过表1要求。
表2
Figure BDA0003632965430000052
机械性能大于或等于表2规定。
高温晶粒度：所生产的钢材经950℃保温80小时，然后降温至860℃保温2小时后油冷，奥氏体本质晶粒度在6级或以上，未出现粗于3级的晶粒。
附图说明
图1为本发明实施例1的齿轮钢高温晶相图；
图2为本发明实施例1的齿轮钢高温晶粒度检测图；
图3为本发明实施例2的齿轮钢高温晶相图；
图4为本发明实施例1的齿轮钢高温晶粒度检测图；
图5为本发明实施例3的齿轮钢高温晶相图；
图6为本发明实施例3的齿轮钢高温晶粒度检测图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施一
风电变速箱齿轮钢的制造方法，流程为转炉—LF炉外精炼—RH真空脱气—连铸—去应力退火—抛丸—精整—入库。冶炼时选用优质铁水和废钢，铁水经KR铁水预处理后倒入转炉，转炉终点C：0.09％，终点P：0.008％，出钢时加入Al铁进行脱氧。LF前期大搅拌促进夹杂物上浮被吸收，LF生产过程禁止加入Al铁进行脱氧，只允许在渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧，保证过程氧含量低，发挥LF冶炼去除夹杂物的优势。RH高真空处理时间30min，真空处理后软吹时间28min。另外真空处理后按照30-80米每炉喂如CaSi线，对夹杂物进行变性处理，使高熔点的铝酸钙变性成低熔点的(CaO)12(Al2O3)7，促进夹杂物充分上浮至渣面，从而控制夹杂物数量和组成。连铸过热度25℃，经弧形连铸机制作截面尺寸Φ600mm的连铸坯，控制钢中夹杂物含量及尺寸和组成形态，连铸全程防氧化保护来减少钢中的夹杂物数量，另外选用优质耐材减少外来夹杂对钢水污染的控制技术，强化对生产过程的控制，拉速控制在0.15-0.35m/min，二冷水采用雾冷，冷却水按照0.10-0.20L/kg。所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.17％，Si：0.27％，Mn：0.67％，S≤0.006％，P≤0.013％，Cr：1.68％，Ni：1.56％，Mo:0.27％，Nb：0.025％，Al：0.032％，As：0.003％，V：0.002％，Ti：0.0012％，Cu：0.01％，Ca：≤0.0004％，N：0.0098％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
将铸坯加热到1180-1220℃，保温5小时以上，出炉进行锻造，经三镦两拔(镦粗—拔长—镦粗—拔长—镦粗)-中心冲孔-辗环后，空冷至300℃左右，加热温度930-980℃，保温6小时以上，出炉空冷至室温，入炉加热(高温回火，回火温度630-680℃)，出炉空冷至室温，取样做机械性能和高温渗碳模拟实验，机械性能试样经830-850℃保温1.5小时淬火，油淬，淬火油温度不大于60℃，然后加热至180℃回火，保温5h后冷却，抗拉强度：1200-1300MPa，屈服强度：1050-1200MPa，延伸率：13.5％-15％，冲击功：80-100J，高温晶粒试样经950保温80小时后淬火，平均晶粒度达到8.0级(见图1、2)。
实施二
风电变速箱齿轮钢的制造方法，流程为转炉—LF炉外精炼—RH真空脱气—连铸—去应力退火—抛丸—精整—入库。冶炼时选用优质铁水和废钢，铁水经KR铁水预处理后倒入转炉，转炉终点C：0.010％，终点P：0.007％，出钢时加入Al铁进行脱氧。利用LF前期底吹氩气搅拌钢水促进夹杂物上浮被吸收，LF生产过程只允许在渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧，保证过程氧含量低。RH高真空处理时间32min，真空处理后按照30-80米每炉喂如CaSi线，对夹杂物进行变性处理，真空处理后软吹时间30min。连铸过热度23℃，经弧形连铸机制作截面尺寸Φ500mm的连铸圆坯，连铸过程采用M-EMS和F-EMS双联和中间包感应加热技术，有效改善和降低连铸坯的成分偏析。拉速控制在0.15-0.40m/min，二冷水采用雾冷，冷却水按照0.10-0.20L/kg。所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.18％，Si：0.28％，Mn：0.65％，S≤0.005％，P≤0.013％，Cr：1.65％，Ni：1.57％，Mo:0.28％，Nb：0.03％，Al：0.031％，As：0.004％，V：0.004％，Ti：0.0010％，Cu：0.01％，Ca：≤0.0004％，N：0.0108％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
将铸坯加热到1180-1220℃，保温4小时以上，出炉进行锻造，经三镦两拔(镦粗—拔长—镦粗—拔长—镦粗)-中心冲孔-辗环后，空冷至320℃，入炉加热，加热温度930-980℃，保温5小时以上，出炉空冷至室温，入炉加热(高温回火，回火温度630-680℃)，出炉空冷至室温，取样做机械性能和高温渗碳模拟实验，试样经830-850℃保温1.5小时淬火(油淬，淬火油温度不大于60℃)，180℃回火5h，抗拉：1180-1270MPa，屈服：1030-1150MPa，延伸率：14.5％-17％，冲击功：70-110J，试样经950保温80小时后淬火，晶粒度达到8.5级(见图3、4)。
实施三
风电变速箱齿轮钢的制造方法，流程为转炉—LF炉外精炼—RH真空脱气—连铸—去应力退火—抛丸—精整—入库。冶炼时选用优质铁水和废钢，铁水经KR铁水预处理后倒入转炉，转炉终点C：0.08％，终点P：0.009％，出钢时加入Al铁进行脱氧。LF前期使用底吹氩气的方式搅拌钢水促进夹杂物上浮，精炼过程渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧。RH高真空处理时间26min，真空处理后软吹时间32min，连铸过热度28℃，经弧形连铸机制作截面尺寸Φ390mm的连铸坯，拉速控制在0.2-0.60m/min，二冷水采用雾冷，冷却水按照0.10-0.20L/kg。所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.18％，Si：0.28％，Mn：0.65％，S≤0.005％，P≤0.013％，Cr：1.65％，Ni：1.57％，Mo:0.28％，Nb：0.03％，Al：0.031％，As：0.004％，V：0.004％，Ti：0.0010％，Cu：0.01％，Ca：≤0.0004％，N：0.0108％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
将铸坯加热到1180-1220℃，保温3.5小时以上，出炉进行锻造，经两镦两拔后(镦粗—拔长—镦粗—拔长)，空冷至280℃，入炉加热，加热温度930-980℃，保温4小时以上，出炉空冷至室温，入炉加热(高温回火，回火温度630-680℃)，出炉空冷至室温，，取样做机械性能和高温渗碳模拟实验，试样经830-850℃保温1.5小时淬火(油淬，淬火油温度不大于60℃)，180℃回火5h，抗拉：1220-1330MPa，屈服：1070-1200MPa，延伸率：14％-16％，冲击功：70-100J，试样经950℃保温80小时后淬火，晶粒度达到8.0级(见图5、6)。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法，其特征在于：包括
步骤一、钢水冶炼：涉及初炼、精炼和真空脱气，钢水化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.50～0.80％，Cr：1.50～1.80％，P≤0.025％，S：≤0.010％，Mo：0.25～0.35％，Ni：1.40～1.70％，Al：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.05％，Cu≤0.3％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0015％，H≤0.00015％，N：0.005～0.018％，Al/N：2～6，Sn≤0.010％、Pb≤0.010％、Bi≤0.010％、As≤0.015％，且As+Sn+Pb+Bi+Sb≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤二、浇铸：将步骤一的钢水浇铸成圆坯；
步骤三、热锻：将圆坯重新加热到1180-1220℃，元素固溶，组织完全均化，经若干道镦粗和拔长锻造成圆钢，镦粗和拔长交替进行，将圆钢中心冲孔，辗环后得到圆管，圆管空冷至300℃以下；
步骤四、正火：加热温度930-980℃，保温6小时以上，出炉空冷至室温；
步骤五、高温回火：回火温度630-680℃，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一，对初炼终点C和终点P的含量进行控制，终点C：0.06％-0.12％，终点P≤0.013％，初炼的出钢过程顺钢流加入铝铁提前脱氧；
精炼前期利用气氛搅拌钢水促进夹杂物上浮被吸收，精炼过程禁止利用铝剂沉淀脱氧，可以在钢水上层的渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧；
真空脱气的真空度在133Pa以下，脱气时间15-35min，真空脱气后保证≥30min的软吹钢水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一，真空处理后喂入CaSi线，对夹杂物进行变性处理，使高熔点的铝酸钙变性成低熔点的(CaO)12(Al2O3)7，促进夹杂物充分上浮至渣面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二，采用连铸工艺将钢水浇铸成圆坯，连铸过热度控制在10-35℃，在拉矫过程中避开800-900℃高温脆性区间，拉速控制在0.15-0.60m/min，连铸二冷区采用0.10-0.20L/kg的水量进行水雾冷却。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤二，连铸过程采用M-EMS和F-EMS双联和中间包感应加热方式以改善偏析。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二，对圆坯抛丸处理以发现坯料表面缺陷，并对缺陷进行修磨。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二，对圆坯进行去应力退火。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116121629A (zh) * 2022-12-19 2023-05-16 本钢板材股份有限公司 一种齿轮钢18CrNiMo7-6的制备方法
CN117778897A (zh) * 2024-02-28 2024-03-29 江阴方圆环锻法兰有限公司 一种高晶粒度稳定性行星轮锻件的生产方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102424934A (zh) * 2011-11-16 2012-04-25 东北特殊钢集团有限责任公司 18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法
CN103352173A (zh) * 2013-06-30 2013-10-16 贵州安大航空锻造有限责任公司 18CrNiMo7-6合金钢锻件的预备热处理方法
CN103350202A (zh) * 2013-07-12 2013-10-16 抚顺特殊钢股份有限公司 SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法
CN105567914A (zh) * 2015-11-22 2016-05-11 天津华建天恒传动有限责任公司 一种新型锻后热处理工艺
CN105839015A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 中天钢铁集团有限公司 一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的生产方法
CN111636033A (zh) * 2020-06-23 2020-09-08 张家港海锅新能源装备股份有限公司 风电装备齿轮用18CrNiMo7-6锻件的生产方法
CN113981322A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏联峰能源装备有限公司 一种低碳CrNiMo齿轮钢及其制备方法
CN113981321A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏联峰能源装备有限公司 一种低碳CrNiMo齿轮钢及其带状组织控制方法
CN114134430A (zh) * 2021-04-19 2022-03-04 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种工程机械耐磨部件用高淬透性35SiMnCrMoB钢及其制造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102424934A (zh) * 2011-11-16 2012-04-25 东北特殊钢集团有限责任公司 18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法
CN103352173A (zh) * 2013-06-30 2013-10-16 贵州安大航空锻造有限责任公司 18CrNiMo7-6合金钢锻件的预备热处理方法
CN103350202A (zh) * 2013-07-12 2013-10-16 抚顺特殊钢股份有限公司 SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法
CN105567914A (zh) * 2015-11-22 2016-05-11 天津华建天恒传动有限责任公司 一种新型锻后热处理工艺
CN105839015A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 中天钢铁集团有限公司 一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的生产方法
CN111636033A (zh) * 2020-06-23 2020-09-08 张家港海锅新能源装备股份有限公司 风电装备齿轮用18CrNiMo7-6锻件的生产方法
CN114134430A (zh) * 2021-04-19 2022-03-04 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种工程机械耐磨部件用高淬透性35SiMnCrMoB钢及其制造方法
CN113981322A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏联峰能源装备有限公司 一种低碳CrNiMo齿轮钢及其制备方法
CN113981321A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏联峰能源装备有限公司 一种低碳CrNiMo齿轮钢及其带状组织控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钢铁工业节能减排新技术5000问编委会, 北京：中国科学技术出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116121629A (zh) * 2022-12-19 2023-05-16 本钢板材股份有限公司 一种齿轮钢18CrNiMo7-6的制备方法
CN117778897A (zh) * 2024-02-28 2024-03-29 江阴方圆环锻法兰有限公司 一种高晶粒度稳定性行星轮锻件的生产方法

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