CN105543644B - 工业减速机用超大规格齿轮钢scm822h制造工艺 - Google Patents

工业减速机用超大规格齿轮钢scm822h制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种工业减速机用超大规格齿轮钢SCM822H制造工艺，目的是为Φ700mm～Φ980mm超大规格齿轮提供齿轮圆钢毛坯，达到内部质量要求。技术方案：采用高纯净钢冶炼技术和优化内控成分设计；其次采用镦拔工艺、大变形锻造及控制终锻温度不大于930℃；另外采用退火和正火多段处理；工艺路线：炼钢(电炉)→炉外精炼(LF→VD)→模铸锭→锻造(3150t快锻机或3500t快锻机)→热处理→探伤。本发明的有益处在于：通过控制化学成分和冶炼技术保证力学性能、淬透性和夹杂物稳定合格；冶炼控制铝，锻造镦拔达到晶粒度不小于6级；通过冶炼VD真空脱气和独特的钢材退火工艺达到去氢；解决了大型齿轮钢的纯净度、性能、淬透性、晶粒度及白点问题。

Description

工业减速机用超大规格齿轮钢SCM822H制造工艺
技术领域
本发明属于金属材料制造领域，涉及一种工业减速机用齿轮钢的制造工艺，主要用于Φ700mm～Φ980mm超大规格SCM822H齿轮钢的生产。
背景技术
随着工业减速机的高速发展，对减速机齿轮特别是规格较大齿轮的使用提出了更高的要求。目前国内、外较大型齿轮采用圆钢直接或间接生产，例如齿轮外径在Φ400mm～Φ700mm的，采用生产相应规格的圆钢棒材，在横截面方向切断后直接加工齿轮毛坯；对于齿轮外径在Φ700mm以上的，则是采用先生产一定规格的圆钢棒材，锯切成料段后再镦成饼件的方式生产，比如供西门子的大规格齿轮钢均采用以上方法生产。料段镦成饼件的生产方式虽然可以保证钢材内部质量探伤合格，但是同时也增加了料段加热、料段镦饼、料段退火等较繁琐的生产工序，以及其带来的高额的成本。
采用Φ700mm～Φ980mm超大规格的SCM822H齿轮圆钢直接加工齿轮毛坯，与采用饼件方式生产相比，不仅可以缩短生产周期，而且还能降低高额的生产成本。然而一方面，大规格圆钢锻材需采用大钢锭生产，但是合金成分偏析较严重，力学性能和淬透性技术指标较难达到；同时为透烧大锭型采用常规的长时间高温保温工艺则易于产生晶粒粗大，难以满足晶粒度技术指标；另一方面，SCM822H钢为铬-钼钢，属于白点敏感钢，冶炼过程常规VD真空脱气处理时间不足会导致钢液中氢含量偏高，使钢锭产生白点；再者，锻件锻后退火，因规格较大，常规退火时间不足或退火不充分，钢材中氢未完全扩散去除也会产生白点。
上述问题是大规格齿轮钢SCM822H生产过程中的重大技术障碍，如何保证钢液的纯净度、化学成分的稳定性及VD脱气去氢问题是炼钢的核心技术之一；另一方面降低成分偏析、彻底消除白点及防止晶粒度超指标也是关键技术之一，目前未见国内、外文献有相关新工艺研究的报道，国内、外现有生产技术难以满足大规格齿轮钢的要求。
发明内容
本发明公开一种工业减速机用超大规格齿轮钢SCM822H制造工艺，目的是为Φ700mm～Φ980mm超大规格齿轮提供齿轮圆钢毛坯，并且达到内部质量要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
1.通过高纯净钢冶炼技术和内控成分优化设计保证钢液纯净度和稳定的力学性能、淬透性；其次采用镦拔工艺、大变形锻造及控制终锻温度不大于930℃，保证材料的组织均匀致密，满足探伤、力学性能、及晶粒度的要求；另外通过采用退火和正火多段处理达到去氢目的；
工艺路线：炼钢(电炉)→炉外精炼(LF→VD)→模铸锭→锻造(3150t快锻机或3500t快锻机)→热处理→探伤。
2.具体工艺制度：
⑴炼钢工艺
①化学成分
大型齿轮钢SCM822H化学成分内控标准，见表1。
表1 SCM822H钢化学成分内控标准
②电炉工艺
配料不得加入压块，生铁配入不少于20吨，电炉出钢量控制在60t～65t；装料前每炉加白灰800kg～1500kg，熔化末期力争早造泡沫渣，提高热效率；取全熔样温度不小于1540℃,出钢前喷碳粉不少于200kg；电炉出钢温度不小于1630℃。
③LF炉精炼工艺
到位不考虑炉中按0.08％喂铝线，使用碳化硅或铝粒进行扩散脱氧和保持气氛，首批加入量40kg～60kg，当炉渣变白，温度(T)不小于1540℃时可以取样1，碳化硅或铝粒可以分批加入，保持白渣效果，白渣时间不小于30min,出钢要求硫不大于0.010％。
④VD工艺
入罐前进行扒渣处理，控制渣层厚度在60mm～80mm，自由空间不小于800mm，真空脱气小于100Pa，保持15min(雨季20min)；开盖后取样定氢；软吹时密切注意渣面波动情况，以渣面微动，钢水面不裸露为准，软吹时间不少于20min；VD出钢按液相线+70℃～+90℃出钢。
⑤浇注工艺
锭模温度：20℃～80℃，低于此温度进行预热处理；在浇注前对锭模充氩气；当钢液上升至帽口线2/3处时加入发热剂；浇注过程中采用氩气保护浇注。
⑵锻造工艺
1200℃～1220℃保7h～10h方可出炉镦粗；锻比要求不小于5。规格小于Φ600mm锻造工艺采用一镦一拔工艺，规格不小于Φ600mm锻造工艺采用两镦两拔工艺，拔长过程要有不少于两道次150mm以上重压；终锻温度不大于930℃。
⑶热处理工艺
锻后空冷至500℃～550℃装炉，650℃±10℃保温20h后升至870℃±10℃保温15h～20h空冷至300℃进行保温一段时间后，再以不大于80℃/h升温至650℃保温时间至少15h/100mm，之后炉冷至400℃，再以不大于15℃/h速度降温至200℃出炉空冷(见图1)。
3.理化性能
⑴非金属夹杂物合格级别应符合表2规定。
表2非金属夹杂物合格级别
⑵晶粒度采用渗碳法，检验结果应不小于6级。
⑶力学性能应符合表3规定。
表3力学性能合格级别
.⑷交货硬度(HBW)160～210。
.⑸低倍组织合格级别应符合表4规定。
表4低倍组织合格级别
⑹末端淬透性应符合表5规定。
表5末端淬透性
⑺超声波探伤UT合格。
本发明的创新点在于：
⑴控制炼钢工艺的关键环节
为提高钢水纯净度，控制炼钢工艺的以下五个关键环节：
①原材料：采用优质废钢、生铁，配料不得加入压块，生铁配入不少于20吨；
②严格控制电炉出钢量，保证不下氧化渣；
③LF白渣时间不少于30min，LF全程使用碳化硅或铝粒进行扩散脱氧和保持气氛，加入合金料时大氩气搅拌，以保证夹杂物充分上浮；
④VD入罐前进行扒渣处理控制渣层厚度在60mm～80mm，自由空间不小于800mm，真空脱气小于100Pa，保持15min(雨季20min)；软吹时间不少于20min，以保证钢液中的夹杂物能够充分、有效上浮，软吹以钢液不漏液面为准，防止进气；
⑤浇注阶段，保护渣进行烘烤，当钢液上升至帽口线2/3处时，及时加入发热剂；浇注时采用氩气保护浇注，防止钢液二次氧化及进入钢液中气体；
⑵合理控制化学成分
制定内控成分，保证熔炼成分在控制范围内，以使力学性能和淬透性稳定。
⑶控制晶粒度工艺
①钢材铝含量在0.015％～0.035％范围内，以控制晶粒度；
②锻造采用镦拔工艺，控制终锻温度，以大的加工比(加工比不小于5)破碎晶粒，获得细小晶粒；
③采用热处理正火工艺，有效细化晶粒。
⑷防白点工艺
①控制钢中氢含量不大于1.7×10-6；
②钢材锻后空冷至500℃～550℃进行红送退火，防止低温氢气析出，形成白点缺陷。
③采用独特的退火工艺，防止氢气大量溶于残余奥氏体中，冷却时集中释放；退火和正火多段处理将有助于氢气缓慢释放，以达到去氢目的。
本发明的有益处在于：通过控制化学成分和洁净钢冶炼技术保证力学性能、淬透性和夹杂物稳定合格；采用冶炼控制铝工艺，锻造镦拔工艺达到大规格圆钢晶粒度不小于6级要求；通过冶炼VD真空脱气和独特的钢材退火工艺达到去氢目的；解决了大型齿轮钢的纯净度、性能、淬透性、晶粒度及白点问题。
附图说明
图1是大型齿轮钢SCM822H热处理曲线图；
图2是炉号15203021124大规格齿轮钢SCM822H圆钢晶粒度图；
图3是炉号15203021088大规格齿轮钢SCM822H圆钢晶粒度图；
图4是炉号15203021087大规格齿轮钢SCM822H圆钢晶粒度图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做详细说明。
实施例1、实施例2、实施例3采用同一工艺流程：电炉→LF→VD→模铸锭→锻造(3500吨快锻机)→热处理→探伤。
实施例1
炉号：15203021124，圆钢成品规格Φ780mm，锻比：5.83
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
①成品化学成分检验结果见表6。
表6成品化学成分检验结果
②电炉工艺
生铁配入30吨，废钢33.45吨，返回钢5.6吨，电炉出钢量65t；装料前加白灰882kg；取全熔样温度1557℃,出钢前喷碳粉400kg，电炉出钢温度1659℃。
③LF炉精炼工艺
到位炉中喂铝线240m，全程使用碳化硅及铝粒进行扩散脱氧和保持气氛，首批加入量碳化硅60kg，铝粒30kg，炉渣变白，温度1540℃时取样1，后续共加入三批碳化硅和铝粒，共90kg，保持白渣效果，白渣时间55min，出钢S:0.005％。
④VD工艺
VD入罐前进行扒渣处理，控制渣层厚度约60mm，自由空间800mm，VD极限真空度60Pa，保持时间20min，大流量氩气搅拌；开盖后取样定[H]1.3×10-6；渣面微动，钢水没有裸露，软吹时间30min，VD出钢温度1594℃。
⑤浇注工艺
锭模温度35℃～40℃；在浇注前对锭模充氩气；当钢液上升至帽口线2/3处时，加入发热剂；浇注过程中采用氩气保护浇注。
⑵锻造工艺
1220℃保8h出炉镦粗，锻比5.83；采用两镦两拔工艺生产，拔长过程有两道次的重压，重压下量达到160mm～180mm,终锻温度870℃。
⑶热处理工艺
锻后空冷至521℃装炉，650℃保温20h后升至870℃保温15h空冷至300℃进行保温10h后，再以不大于80℃/h升温至650℃保温105h，炉冷至400℃，再以不大于15℃/h速度降温至200℃出炉空冷。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验结果见表7。
表7非金属夹杂物检验结果
⑵晶粒度采用渗碳法，检验结果为7级～6级(见图2)。
⑶力学性能检验结果见表8。
表8力学性能检验结果
.⑷交货硬度(HBW)189、191。
.⑸低倍检验结果见表9。
表9低倍组织检验结果
牌号 一般疏松 中心疏松 锭型偏析
SCM822H 1.0 1.0 0
⑹末端淬透性检验结果见表10。
表10末端淬透性检验结果
⑺超声波探伤UT合格。
实施例2
炉号：15203021088，圆钢成品规格Φ820mm，锻比：5.47
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
①成品化学成分检验结果见表11。
表11成品化学成分检验结果
②电炉工艺
生铁配入30吨，废钢32.9吨，返回钢5.95吨，电炉出钢量65t；装料前加白灰995kg；取全熔样温度1572℃,出钢前喷碳粉300kg,电炉出钢温度1671℃。
③LF炉精炼工艺
到位炉中喂铝线240m，全程使用碳化硅及铝粒进行扩散脱氧和保持气氛，首批加入量碳化硅50kg，铝粒30kg，炉渣变白，温度1568℃时取样1，后续共加入三批碳化硅和铝粒，共80kg，保持白渣效果，白渣时间65min，出钢S:0.007％。
④VD工艺
VD入罐前进行扒渣处理，控制渣层厚度约70mm，自由空间800mm，VD极限真空度60Pa，保持时间20min，大流量氩气搅拌；开盖后取样定[H]1.1×10-6；渣面微动，钢水没有裸露，软吹时间38min，VD出钢温度1590℃。
⑤浇注工艺
锭模温度35℃～42℃；在浇注前对锭模充氩气；当钢液上升至帽口线2/3处时，加入发热剂；浇注过程中采用氩气保护浇注。
⑵锻造工艺
1220℃保9h出炉镦粗。锻比5.47；采用两镦两拔工艺生产，拔长过程有两道次的重压，重压下量达到160mm～180mm，终锻温度870℃。
⑶热处理工艺
锻后空冷至527℃装炉，650℃保温20h后升至880℃保温15h空冷至300℃进行保温15h后，再以不大于80℃/h升温至650℃保温155h，炉冷至400℃，再以不大于15℃/h速度降温至200℃出炉空冷。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验见表12。
表12非金属夹杂物检验结果
⑴晶粒度采用渗碳法，检验结果为7级～8级(见图3)。
⑵力学性能检验结果见表13。
表13力学性能检验结果
.⑷交货硬度(HBW)192、187。
.⑸低倍检验结果见表14。
表14低倍检验结果
牌号 一般疏松 中心疏松 锭型偏析
SCM822H 1.0 1.0 0
⑹末端淬透性检验结果见表15。
表15
⑺超声波探伤UT合格。
实施例3
炉号：15203021087，圆钢成品规格Φ980mm，锻比：5.13
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
①成品化学成分检验结果见16。
表16成品化学成分检验结果
②电炉工艺
生铁配入30吨，废钢31.95吨，返回钢7.05吨，电炉出钢量60.6t；装料前加白灰994kg；取全熔样温度1570℃,出钢前喷碳粉300kg，电炉出钢温度1670℃。
③LF炉精炼工艺
到位炉中喂铝线240m，全程使用碳化硅及铝粒进行扩散脱氧和保持气氛，首批加入量碳化硅50kg，铝粒30kg，炉渣变白，温度1576℃时取样1，后续共加入三批碳化硅和铝粒，共80kg，保持白渣效果，白渣时间60min，出钢S:0.006％。
④VD工艺
VD入罐前进行扒渣处理，控制渣层厚度约70mm，自由空间800mm，VD极限真空度60Pa，保持时间20min，大流量氩气搅拌；开盖后定[H]1.1ppm。渣面微动，钢水没有裸露，软吹时间39分钟。VD出钢温度1590℃。
⑤浇注工艺
锭模温度38℃～45℃；在浇注前对锭模充氩气；当钢液上升至帽口线2/3处时，加入发热剂；浇注过程中采用氩气保护浇注。
⑶锻造工艺
1220℃保9h出炉镦粗。锻比5.13；采用两镦两拔工艺生产，拔长过程有两道次的重压，重压下量达到150mm～180mm,终锻温度870℃。
⑶热处理工艺
锻后空冷至530℃装炉，650℃保温20h后升至880℃保温15h空冷至300℃进行保温15h后，再以不大于80℃/h升温至650℃保温155h，炉冷至400℃，再以不大于15℃/h速度降温至200℃出炉空冷。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验见表17。
表17非金属夹杂物检验结果
⑵晶粒度采用渗碳法，检验结果为7级～8级(见图4)。
⑶力学性能检验结果见表18。
18力学性能检验结果
.⑷交货硬度(HBW)190、199。
.⑸低倍检验结果见表19。
表19低倍检验结果
牌号 一般疏松 中心疏松 锭型偏析
SCM822H 1.0 1.0 0
⑹末端淬透性检验结果见表20。
表20
⑺超声波探伤UT合格。

Claims (1)

1.一种工业减速机用超大规格齿轮钢SCM822H制造工艺，其制造工艺优化内控成分设计、采用高纯净钢冶炼工艺；采用镦拔工艺、大变形锻造及控制终锻温度不大于930℃；采用退火和正火多段处理工艺；工艺路线：电炉炼钢→LF精炼→V精炼→模铸锭→3150t快锻机锻造或3500t快锻机锻造→热处理→探伤，其特征在于：所述采用退火和正火多段处理工艺，锻后空冷至500℃～550℃装炉，650℃±10℃保温20h后升至870℃±10℃保温15h～20h空冷至300℃进行保温一段时间后，再以不大于80℃/h升温至650℃保温时间至少15h/100mm，之后炉冷至400℃，再以不大于15℃/h速度降温至200℃出炉空冷。
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