CN116574967A - 一种机器人rv减速机摆线轮用渗碳轴承钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢及其生产方法，化学成分：C：0.17～0.23％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.95％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：0.60～1.20％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.005～0.045％，Cu≤0.025％，Ni≤0.30％，As≤0.01％，Sn≤0.010％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，Nb≤0.003％，Bi≤0.010％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.002％，O≤0.0010％，N:0.01％～0.02％，H≤0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程为铁水预处理‑转炉或电炉冶炼‑LF炉外精炼‑RH或VD真空脱气‑CCM连铸‑连铸坯开坯成中间坯‑中间坯加热轧制成材‑精整‑打件入库，连铸坯、中间坯和轧材均应进行入坑缓冷，钢材具有高的淬透性、高的力学性能、较细晶粒度和高的纯净度，并满足机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的要求。

Description

一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢及其生产方法
技术领域
本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢及其生产方法。
背景技术
近年来，由于人工劳动力在生产过程中存在较多不确定因素，一些企业已经开始进行智能化改造，机器人替代人工的趋势越来越明显，机器人生产出来的产品具有一致性好、装配精度高等优点，因此智能化机器人产业得到了不断地发展提升。目前，工业机器人广泛应用于航空航天、汽车制造、精密机床和工程机械等产业。
工业机器人是典型的机电一体化系统，依靠伺服电机的驱动，通过精密减速机调节运动速度与加大工作力矩也就提高负载，配合运动控制器来促使机器人关节进行移动和转动，从而实现机器人机身、手臂和手腕的运动。其中，精密减速机是构成工业机器人最关键的部件，行业主要应用RV减速机和谐波减速机，其中RV减速机具有结构紧凑、传动平稳、寿命长、传动比大、传动效率高、运动精度高、刚度大等特点占领机器人市场份额的50％以上，是目前在工业机器人关节中最为广泛的减速装置，一般应用与机器人的机座、大臂、肩部等重负载的位置。
机器人RV减速机的传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮减速机两部分组成，为一封闭差动轮系。具体传递动力的路线：渐开线行星减速机中输入轴与中心齿轮轴一体化设计，伺服电机的旋转将动力传递给齿轮轴，由于齿轮轴与渐开线行星齿轮相啮合，进而将动力传递给渐开线行星齿轮，完成第一级减速；行星齿轮带动曲柄轴转动，曲柄轴与摆线轮连接，带动起做偏心运动，摆线轮具有外齿结构，与针齿进行啮合运动，完成第二级减速。
摆线轮作为机器人RV减速机中的重要零件，它的性能直接影响精密RV减速机的整体性能。由于摆线轮与针齿相接触啮合，接触为线接触，轮面受力较大，因此对摆线轮外表面的硬度、耐磨性和使用寿命要求较高。为满足摆线轮较高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度等要求，传统的制造工艺使用高碳铬轴承钢GCr15或GCr15SiMn，高碳铬轴承钢的碳含量一般高达0.95～l.05％，经过淬火热处理后，能保证材料的表面硬度在60HRC以上，硬度和耐磨性均能满足摆线轮轮面的使用要求。但是此钢种也存在一定局限性，高碳铬轴承钢属于全淬透性钢种，经淬火热处理后，材料的心部硬度也能稳定在60HRC左右，导致材料心部具有很大的脆性，断裂韧度通常较低，而摆线轮内部也曲柄轴连接，曲柄的轴转动往往会引起摆线轮发生内部断裂，引起材料提前失效，从而给机器人RV减速机摆线轮材料的生产带来极大困难。
随着工业机器人的发展，RV减速机摆线轮用材料不仅要满足表面硬度和耐磨性较高的要求，还需满足心部材料具有一定的塑性和冲击韧性。相较于高碳铬轴承钢的全淬透特性，渗碳轴承钢由于其碳含量较低，具有一定淬透性、一定的塑性和冲击韧性。这类钢经过渗碳淬火和低温回火热处理后，表面硬度也可与达到60HRC以上，具有较高的耐磨性、硬度和接触疲劳强度，和高碳铬轴承钢经淬火后的使用性能相当，同时心部材料不会受渗碳淬火的影响，依旧具备一定塑性和高的冲击韧性，因此渗碳轴承钢逐渐取代高碳轴承钢，成为了机器人RV减速机摆线轮用关键材料。
目前，国标GB/T 3203《渗碳轴承钢》中明确规定，对于高级优质钢因其纯净度的要求必须采用电渣重熔工艺生产，由于该工艺生产的钢材具有非金属夹杂物颗粒细小且分布均匀和致密度高等质量优势。但电渣重熔生产工艺也存在生产效率低，能耗和生产成本高等明显的劣势，再加上摆线轮需要进行渗碳热处理，因此电渣重熔+渗碳热处理的生产生产成本过高，不利于推广。相对于电渣重熔工艺，采用真空脱气加连铸工艺可大幅度提高生产效率和产能，大幅度降低能耗和生产成本，因而更加具有竞争优势。
本发明在国标GB/T 3203中规定的高级优质钢的纯净度要求的基础上，一方面通过对化学成分进行优化，另一方面采取真空脱气、连铸、轧制的高效率、大产能、低成本工艺路线，对关键工序进行优化研究和控制，通过提高钢的纯净度，并采用特定的轧制工艺改善钢材组织，使钢材获得了高的纯净度、高的组织均性和高的致密度，从而满足机器人RV减速机摆线轮的使用要求，并替代目前的电渣重熔生产工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的制造方法，使其在满足机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的高淬透性、高力学性能、均匀且较高的晶粒度以及高纯净度等质量要求基础上，同时降低该产品的生产成本，使该产品具有很强的市场竞争力。
本发明的钢材的主要技术指标如下：
本发明为保证满足机器人RV减速机摆线轮的使用要求，要求按照GB/T 225检验钢材具有较高的淬透性，具体的淬透性要求如下表1。
表1
端淬距离，mm J3 J9
硬度，HRC 42～46 30～36
其次，根据机器人RV减速机摆线轮的使用要求，要求钢材经淬火和低温回火后具有较高的强度，以及一定的韧性和耐冲击性能，具体的力学性能要求如下表2。
表2
为满足机器人RV减速机摆线轮的均匀且较高的奥氏体晶粒度，本发明要求按照GB/T 6394中模拟渗碳法检验钢材的奥氏体晶粒度，晶粒度应细于6级，同时不容许存在混晶组织。
为满足机器人RV减速机具有较长的使用寿命，因此要求钢材具有较高的纯净度，故本发明对微观和宏观夹杂物提出了严格的要求。微观非金属夹杂物包括A类和C类塑性夹杂物、B类和D类脆性夹杂物，脆性夹杂物一般硬度较高，在钢中是硬的质点，在运转过程中会造成应力集中，同时在外力作用下易与基体分离产生裂纹，导致摆线轮早期失效。而且脆性夹杂物夹杂物尺寸越大，其对摆线轮的使用寿命危害越大；塑性夹杂物一般具有较高的延展性，在钢中属于软的质点，不易产生裂纹，因此这类夹杂物对摆线轮的使用寿命危害较小。宏观夹杂物的在使用过程中会造成严重的应力集中，能显著降低摆线轮的使用寿命。
本发明要求根据GB/T 10561A法检验微观非金属夹杂物，对微观非金属夹杂物评级的具体要求见下表3。同时，本发明需按照GB/T 15711对钢材进行宏观夹杂物的检验，要求塔形发纹酸浸试样上不允许存在发纹。
表3
本发明要求钢材按照GB/T 226进行酸浸低倍检验，中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.0级，并且横向酸浸试片上不应有残余缩孔、皮下气泡、裂纹、翻皮、夹渣、白点和过烧等缺陷。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢，化学成分为：C：0.17～0.23％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.95％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：0.60～1.20％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.005～0.045％，Cu≤0.025％，Ni≤0.30％，As≤0.01％，Sn≤0.010％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，Nb≤0.003％，Bi≤0.010％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.002％，O≤0.0010％，N≤0.02％，H≤0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的化学成分设计依据如下：
(1)C含量的确定
C是影响钢材强度最经济、基本的元素之一。增加C含量，能够显著提高钢材的屈服强度和抗拉强度，但会对钢材的塑性和冲击韧性有一定的降低。根据机器人RV减速机摆线轮的使用要求，心部要求材料经过淬火和低温回火热处理后既有较高的强度还要有一定的塑性和冲击韧性。因此，本发明为满足摆线轮的使用要求，本发明法的渗碳轴承钢的C含量确定为0.17％～0.23％。
(2)Si含量的确定
Si是钢中的脱氧元素，并以固溶的形式溶于铁素体中，从而提高钢材的强度，且对钢材的塑性和韧性无明显影响。而且添加少量的Si，可以降低碳元素在铁素体中的扩散速度使回火时析出的碳化物不易聚集，增加钢材的回火稳定性。但是，过高的Si含量会增加钢材的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向。因此，本发明的Si含量采用为0.15％～0.35％。
(3)Mn含量的确定
Mn能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，在冶炼过程中，可与S形成高熔点的MnS，进而消弱和消除S元素所引起的热脆性。而且Mn元素也有固溶强化的作用，提高钢的强度和硬度。但Mn含量过高，会增加钢材的开裂敏感性。因此，本发明的Mn含量控制在0.60％～0.95％。
(4)P、S含量的确定
P元素在钢的凝固时引起元素偏析，其溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性，因此确定P≤0.020％；S元素易使钢材产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，但形成的硫化物有改善切削性能的作用，因此确定S≤0.015％。
(5)Cr含量的确定
Cr含量提高可以显著提高钢材的淬透性。而且Cr是强碳化物形成元素，回火过程中极易析出细小弥散的碳化物，能够提高钢材的强度和耐磨性，但是Cr含量过高，会导致形成块状碳化物，降低钢材的冲击韧性，影响材料的使用寿命。因此，根据机器人RV减速机摆线轮用钢的高淬透性和高力学性能的要求，本发明Cr含量的范围确定为0.60％～1.20％。
(6)Mo含量的确定
Mo在渗碳轴承钢中的主要作用是提高淬透性，改善钢的力学性能，特别是具有提高韧性的效果。因此，根据机器人RV减速机摆线轮用钢的高淬透性的要求，本发明Mo含量的控制范围确定为在0.10％～0.30％。
(7)Al含量的确定
Al作为主要的脱氧元素加入，易与钢水中的溶解氧生成高熔点的Al2O3等非金属夹杂物，在冶炼过程中得到充分上浮去除，从而提高钢水纯净度。但Al含量过多时，容易形成大颗粒的非金属夹杂物，得不到充分上浮，仍保留在钢水，影响材料的纯净度，降低成品的使用寿命。因此，根据机器人RV减速机摆线轮用钢的高纯净度要求，本发明Al含量的范围确定为0.005％-0.045％。
(8)N含量的确定
因为冶炼过程中添加Al元素进行脱氧，会导致存在一定含量的酸溶铝，Al元素也易与N元素结合，生成稳定的AlN。AlN析出温度较高，而且AlN析出物会阻止奥氏体晶粒长大，从而起到细化晶粒的作用。AlN是按照原子比1∶1析出的，即重量比27：14，若N含量偏高，Al原子浓度偏低，则不利于AlN析出。因此，为满足机器人RV减速机摆线轮用钢的晶粒度要求，配合Al含量的成分设计，本发明的N含量须控制在0.01％-0.02％以内。
(9)Ca含量的确定
Ca容易与钢水中O结合生成球状CaO脆性夹杂物，这种氧化物硬度较高且塑性较差，在材料使用过程中，容易萌生成裂纹源，导致材料寿命降低。因此，本发明Ca含量的范围须控制在0.001％以内。
(10)Ti含量的确定
Ti以TiN或Ti(C,N)型脆性夹杂物的形式存在于材料中，这种夹杂物通常呈棱角状，比球状氧化物对材料疲劳寿命的危害更为严重。本发明Ti含量不得超过0.002％。
(11)O含量的确定
O含量的高低代表了钢中氧化物夹杂物数量的多少。大量试验表明，氧含量的降低能显著提高钢材的纯净度，提高材料的使用寿命。因此，为满足机器人RV减速机摆线轮用钢的高纯净度要求，本发明的O含量的范围确定为≤0.0010％。
(12)As、Sn、Sb、Pb、Bi含量的确定
As、Sn、Sb、Pb、Bi属于钢中的五大危害元素，由于原子半径大，多在晶界与表面富集，而且分布不均，增加钢材的热脆倾向，恶化钢材的热加工性能；降低钢材的热塑性，会导致连铸坯表面开裂；降低钢材的抗腐蚀性能，影响材料的使用寿命。本发明这些元素含量确定为As≤0.01％，Sn≤0.010％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，Bi≤0.010％。
上述机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的生产流程为KR铁水预处理-转炉-LF炉外精炼-RH真空脱气-CCM连铸-连铸坯缓冷-连铸坯开坯成中间坯-中间坯缓冷-中间坯加热轧制成材-轧材缓冷-精整。
本发明的机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的主要生产工艺特点如下：
(1)钢水冶炼：冶炼原料须通过KR铁水预处理减少有害元素P的含量，获得干净的铁水；在转炉或电炉进行初炼，将铁水中的C和P元素的含量降低，同时添加清洁废钢，严格控制废钢的质量，降低钢水中残余有害元素的含量；在LF精炼炉选用选用低Ti、低Ca合金和优质耐火材料，解决现有技术有害元素Ti和Ca含量偏高的问题，并采用高性能精炼合成渣，保持长时间的精炼化渣过程，让非金属夹杂物得到充分上浮；在RH或VD炉进行真空脱气时，炉内达到足够的真空度，真空度需保持在90-140Pa之间，保持充足的循环处理时间，循环脱气时间需维持在10min以上，进一步去除钢水中的有害气体及非金属夹杂物，在破空后，采用底吹氮的方式，提升钢水的氮含量，确保钢水氮含量≤0.02％，进一步使得夹杂物充分上浮；
(2)连铸：采用大截面连铸坯，连铸坯规格为300mm×300mm及以上，确保钢材大压缩比轧制，从而保证了材料的致密度；全程采用保护浇注，保护钢水不被二次氧化污染；采用中间包感应加热、轻压下、电磁搅拌技术，有效改善中心疏松和缩孔等低倍缺陷，并且能够减小二次枝晶臂间距，抑制柱状晶区的长大，扩大中心等轴晶区，细化晶粒；采用低过热度浇注，过热度控制在≤35℃，有效降低连铸坯的成分偏析，显著地改善了连铸坯的质量；连铸坯应在600℃以上温度进行下坑缓冷，防止连铸坯开裂，缓冷时间应大于48小时，出坑温度≥200℃；
(3)连铸坯开坯成中间坯：将连铸坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热后并开坯成200mm×200mm-300mm×300mm的中间坯，预热段温度控制在700-950℃，加热段温度控制在1100-1200℃，均热段温度控制在1200-1260℃，总加热时间不少于5小时。连铸坯出加热炉后采用火焰清理机去除铸坯表面的凹坑、裂纹、脱碳等缺陷，火焰清理的温度控制在1100-1190℃之间。铸坯经火焰清理后进行开坯轧制，开轧温度1000℃-1150℃，终轧温度≥900℃，开坯轧制压缩比大于5。中间坯应下坑缓冷，其中下坑温度≥500℃，缓冷时间不小于48小时；
(4)轧制：将中间坯送至加热炉内加热后轧制成成品钢材。中间坯进入加热炉的节奏需控制在2min/支，保证每支中间坯得到充分加热。采用高温加热工艺，根据中间坯的尺寸进行长时间充分保温，具体的高温加热工艺为：预热段温度控制在650-900℃，加热段温度控制在1100-1250℃，均热段温度控制在1200-1280℃，为保证坯料充分均匀受热，总加热时间需控制在2小时以上，加热炉需控制燃气的空煤比在1.01-1.08以内，以减少加热炉中的残氧量，控制轧材的脱碳层深度。轧制开轧温度控制在1020℃-1150℃，第一道轧制过程的压缩比为2.3-3.0，第二道轧制的温度为980℃-1100℃，压缩比控制在2.8以上，第三道终轧的温度控制在920℃以上，压缩比控制在2.5以上，三道次轧制的总压缩比≥20。将轧后棒材在500℃及以上温度进行下坑缓冷，还需加一层保温罩,防止晶粒粗大，缓冷速度须控制在30℃/min以内,缓冷时间大于60小时，出坑温度小于200℃，最终轧制成品规格为φ18-100mm的目标尺寸，尺寸偏差控制在±0.12mm；
(5)精整：包括矫直、倒角和无损探伤等精整工序，所有产品需100％经过无损探伤，保证产品的表面和内部质量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)钢材淬透性满足J3(42-46HRC)，J9(30-36HRC)。
(2)钢材经调质处理后，抗拉强度≥940Mpa，断后延伸率≥14％，断面收缩率≥40％，常温冲击功≥60J。
(3)钢材晶粒度按GB/T 6394模拟渗碳法进行，要求晶粒度细于6级，不允许存在混晶组织。
(4)微观夹杂物根据GB/T 10561A法检验物满足A类细系≤2.0，A类粗系≤1.5，B类细系≤1.0，B类粗系≤0.5，C类细系＝0，C类粗系＝0，D类细系≤1.0，D类粗系≤0.5，DS类≤1.5。宏观夹杂物按GB/T 15711塔型发纹酸浸方法检验，不允许存在发纹。
附图说明
图1为本发明实施例1产品的金相组织示意图；
图2为本发明实施例2产品的金相组织示意图；
图3为本发明实施例3产品的金相组织示意图。
具体实施方式
结合本发明的较佳实施例对本发明的技术方案作更详细的描述。但该等实施例仅是对本发明较佳实施方式的描述，而不能对本发明的范围产生任何限制。
本发明实施例的机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢的制造工艺为：铁水预处理+顶底复吹转炉BOF或大功率电弧炉EAF-钢包精炼炉LF-真空循环脱气炉RH炉或VD炉-大截面CCM连铸坯-连铸坯缓冷-连铸坯开坯成中间坯-中间坯缓冷-中间坯轧制成材-缓冷-精整。
以下结合本发明的较佳实施例对本发明的技术方案作更详细的描述。
具体地，铁水首先进行KR铁水预处理。转炉或电炉冶炼添加清洁废钢，三个实施例的出钢终点C控制在≥0.10％，终点P控制在≤0.020％。LF炉外精炼时选用低Ti、低Ca合金、优质耐火材料和高性能精炼合成渣，RH过程中保持充足的循环处理时间，RH结束后钢水的熔炼成分如下表4所示。连铸过程全程采用保护浇注，并采用中间包感应加热、轻压下、电磁搅拌技术，过热度控制在10～35℃，连铸方坯截面尺寸为390mm*510mm。将连铸坯在600℃以上温度进行下坑缓冷，下坑缓冷时间大于48小时，出坑温度小于200℃，防止连铸坯发生开裂。
本发明各实施例的化学成分(wt％)见表4和续表4。
表4
序号 C Si Mn P S Cr Mo Al N Cu Ni
实施例1 0.21 0.22 0.82 0.015 0.011 1.19 0.17 0.031 0.0174 0.02 0.02
实施例2 0.19 0.26 0.83 0.012 0.011 1.19 0.19 0.029 0.0155 0.02 0.03
实施例3 0.19 0.25 0.82 0.014 0.011 1.17 0.20 0.033 0.0178 0.02 0.03
续表4
序号 As Sn Sb Pb Nb Bi Ca Ti
实施例1 0.0040 0.0025 0.0011 0.0015 0.0026 0.0022 0.0003 0.0007
实施例2 0.0035 0.0015 0.0016 0.0016 0.0017 0.0014 0.0004 0.0008
实施例3 0.0033 0.0010 0.0012 0.0013 0.0024 0.0018 0.0004 0.0010
从熔炼成分上看，由于本发明使用清洁废钢，并采用低Ti，低Ca合金及优质耐火材料，有害元素如P、S、Ca、Ti以及As，Sn，Sb，Pb，Bi的含量较低，控制水平已达到国际先进水平。
将上述连铸方坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热并开坯成中间坯，开坯加热及轧制工艺如下表5所示。中间坯应下坑缓冷，其中下坑温度≥500℃，缓冷时间不小于48小时。
表5中间坯加热及轧制工艺
随后，将经过48h以上缓冷后的中间坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热并轧制成目标棒材，成品棒材的具体规格、各实施例的轧钢加热和轧制及冷却工艺如下表6所示。最后将棒材经后续矫直、探伤，制得目标棒材成品。成品棒材的各实施例的气体含量见表7，末端淬透性检验数据见表8，力学性能结果见表9，晶粒度评级见表10，各实施例的晶粒度照片见图1～3，低倍和塔型检验数据见表11，微观非金属夹杂物的评级见表12。
表6轧钢加热、轧制及冷却工艺
本发明各实施例的气体元素O、N和H含量(wt％)见表7。
表7
由于钢水冶炼采用真空脱气技术，连铸过程采用全程保护浇注防止钢水二次氧化的技术，因此本发明各实施例成品钢材上检验的气体含量均较低，此控制水平达到国际先进水平。
本发明各实施例的末端淬透性的检验数据见表8。
表8
序号 J3 J9
实施例1 45.5 35.5
实施例2 44.0 33.0
实施例3 45.0 33.5
由检验数据可以看出，本发明各实施例的末端淬透性均满足机器人RV减速机摆线轮用钢的高淬透性要求。
本发明各实施例经淬火和低温回火热处理后，检验的力学性能结果见表9。
表9
本发明各实施例的力学性能能满足机器人RV减速机摆线轮用钢的使用要求。
本发明各实施例经模拟渗碳法热处理后，检验的奥氏体晶粒度见表10。本发明各实施例的晶粒度照片参见图1～3。
表10
序号 晶粒度/级
实施例1 7.0
实施例2 7.5
实施例3 7.0
由于本发明在钢水冶炼过程中添加一定的N含量，而且在中间坯轧制成材时采用高温加热工艺，在轧制过程中使钢材中的AlN能充分析出，在奥氏体再结晶过程中AlN能抑制奥氏体晶粒长大，因此奥氏体晶粒度能较高且均匀，满足机器人RV减速机摆线轮用钢的奥氏体晶粒度要求。
本发明各实施例的低倍数据和宏观夹杂物的塔型发纹检验结果见表11。
表11
序号 中心疏松 一般疏松 锭型偏析 中心偏析 发纹
实施例1 1.0 1.0 1.0 0 不存在
实施例2 1.0 1.0 1.0 0 不存在
实施例3 1.0 1.0 1.0 0 不存在
本发明各实施例的微观非金属夹杂物评级见表12。
表12
从表11的低倍检验结果和表12的非金属夹杂物检验结果来看，由于本发明在冶炼原辅材料的精心挑选以及冶炼加工工艺上的优化，低倍和非金属夹杂物指标均不差于电渣重熔工艺生产的钢材。
综上，本发明涉及的一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢及其生产方法，在纯净度方面，采取铁水预处理、精炼、真空脱气各工序的关键参数进行优化控制，有效的去除有害非金属夹杂；在晶粒度方面，通过在钢水中添加一定量的Al和N元素，以及在轧制过程中采用高温加热工艺，对轧制和冷却工艺的进行优化，控制钢材的奥氏体晶粒度。从而在满足钢材淬透性和力学性能的基础上，使钢材获得了较高的纯净度和较高的晶粒度，在生产效率、生产成本和产品质量稳定性上显著增强了产品的竞争力。
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 (10)

1.一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢，其特征在于：该钢的化学成分为：C：0.17～0.23％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.95％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：0.60～1.20％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.005～0.045％，Cu≤0.025％，Ni≤0.30％，As≤0.01％，Sn≤0.010％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，Nb≤0.003％，Bi≤0.010％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.002％，O≤0.0010％，N:0.01％～0.02％，H≤0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢，其特征在于：按照GB/T 6394中模拟渗碳法检验钢材的奥氏体晶粒度≥6级；采用GB/T 225检验钢材的末端淬透性J3：42～46HRC，J9:30～36HRC；采用GB/T 10561A法检验微观非金属夹杂物A细系≤2.0级、A粗系≤1.5级、B细系≤1.0级、B粗系≤0.5级、C细系0级、C粗系0级、D细系≤1.0级、D粗系≤0.5级、DS系≤1.0级；采用GB/T226对钢材低倍组织评级，要求中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.0级，并且不允许出现缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻皮及白点；采用GB/T 15711检验塔型发纹检验，不存在发纹。
3.根据权利要求1所述的一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢，其特征在于：钢材经过淬火和低温回火后抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥14％，断面收缩率≥40％，常温冲击性能KU2≥60J。
4.根据权利要求1所述的一种机器人RV减速机摆线轮用渗碳轴承钢，其特征在于所述钢的显微组织为均匀的铁素体+珠光体组织。
5.一种如权利要求1所述的机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于所述方法采用连铸代替电渣重熔的方式冶炼坯料，包括以下步骤：
(1)钢水冶炼；
(2)大截面CCM连铸坯；
(3)连铸坯缓冷，其中下坑温度大于600℃，保证下坑缓冷时间大于48小时；
(4)连铸坯开坯成中间坯，将连铸坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热后并开坯成中间坯，连铸坯出加热炉后采用火焰清理机去除铸坯表面缺陷，火焰清理的温度控制在1100-1190℃之间，加热温度1200-1260℃，加热时间大于5小时，开坯轧制时开轧温度1000℃-1150℃，开坯轧制压缩比大于5,终轧温度≥900℃；
(5)中间坯缓冷，其中下坑温度≥500℃，缓冷时间不小于48小时；
(6)中间坯加热轧制成材,将中间坯送至加热炉内加热后轧制成成品钢材；
(7)轧材缓冷，将轧后棒材在500℃及以上温度进行下坑缓冷，加一层保温罩,防止晶粒粗大，缓冷速度控制在30℃/min以内,防止晶粒粗大，缓冷时间大于60小时，出坑温度小于200℃；
(8)精整。
6.根据权利要求5所述的一种机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于：所述钢水冶炼过程是冶炼原料依次经铁水预处理KR、转炉或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空脱气，其中转炉或电炉出钢终点C控制在≥0.10％，终点P控制在≤0.020％，在LF精炼炉选用选用低Ti、低Ca合金和优质耐火材料，解决现有技术有害元素Ti和Ca含量偏高的问题，并采用高性能精炼合成渣，保持长时间的精炼化渣过程，让非金属夹杂物得到充分上浮；在RH或VD进行真空脱气时，真空度保持在90-140Pa之间，循环脱气时间维持在10min以上，进一步去除钢水中的有害气体及非金属夹杂物，在破空后，采用底吹氮的方式，提升钢水的氮含量，确保钢水氮含量≤0.02％，进一步使得夹杂物充分上浮。
7.根据权利要求5所述的一种机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于：所述大截面CCM连铸坯采用300mm×400mm及以上大截面连铸坯，确保钢材大压缩比轧制，全程采用保护浇注，采用中间包感应加热、轻压下、电磁搅拌技术，有效改善中心低倍缺陷，并且能够减小二次枝晶臂间距，抑制柱状晶区的长大，扩大中心等轴晶区，细化晶粒；采用低过热度浇注，过热度控制在10～35℃，有效降低连铸坯的成分偏析，显著地改善了连铸坯的质量。
8.根据权利要求5所述的一种机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于：所述轧制过程中中间坯进入加热炉的节奏控制在2min/支，保证每支中间坯得到充分加热，采用高温加热工艺，根据中间坯的尺寸进行长时间充分保温。
9.根据权利要求8所述的一种机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于：所述高温加热工艺为：预热段温度控制在650-900℃，加热段温度控制在1100-1250℃，均热段温度控制在1200-1280℃，总加热时间需控制在2小时以上，加热炉需控制燃气的空煤比在1.01-1.08以内，以减少加热炉中的残氧量，控制轧材的脱碳层深度。
10.根据权利要求5所述的一种机器人RV减速机摆线轮用中碳轴承钢的生产方法，其特征在于：轧制开轧温度控制在1020℃-1150℃，第一道轧制过程的压缩比为2.3-3.0，第二道轧制的温度为980℃-1100℃，压缩比控制在2.8以上，第三道终轧的温度控制在920℃以上，压缩比控制在2.5以上，三道次轧制的总压缩比≥20。
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