CN110616381A - 一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法 - Google Patents

一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，包括EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声及漏磁联合探伤工序，所述LF精炼和VD真空脱气工序的铝含量控制在0.010～0.045％。本发明制备的齿轮钢具有良好的奥氏体晶粒度控制稳定性，能够满足齿轮高温渗碳工艺对奥氏体晶粒度的控制要求，从而使高温渗碳后的齿轮具备优良的加工性能和使用性能；方法简单易行。

Description

一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，尤其涉及一种CrNiMo系列高温渗碳齿轮钢的晶粒度细化控制方法。
背景技术
目前国内外齿轮行业为了提高渗碳工艺生产效率，普遍将渗碳温度提高到950℃以上，从而导致齿轮渗碳热处理后出现较大的奥氏体晶粒，最终会影响材料的加工性能和疲劳寿命。近年来，为了解决齿轮高温渗碳后奥氏体晶粒度粗化的问题，均采用添加铝、铌等微合金，以形成铝或铌的碳氮化物钉扎晶界，从达到细化晶粒的目的。
中国专利CN109402498A公开了一种高温渗碳齿轮钢及其制造方法，该发明介绍了一种CrMnTi系列高温渗碳齿轮钢转炉制备方法，通过添加少量的V微合金元素取代Nb和部分Ti的加入，在细化晶粒度的同时，降低合金成本；中国专利CN110172638A公开了一种高温渗碳齿轮钢及其生产方法，其通过提供一种在不降低齿轮钢疲劳性能的前提下，通过添加V、Zr等微合金元素，使其在轧制冷却过程中在晶内或晶界析出细小析出相，阻碍奥氏体晶粒长大，达到高温渗碳保持奥氏体晶粒尺寸不长大的高温渗碳齿轮钢及生产方法。中国专利CN14894351A公开了一种含Nb高温渗碳齿轮钢的轧制方法，提供一种含Nb高温渗碳齿轮钢的轧制方法。在所述工艺条件下，轧制的含Nb齿轮钢，含Nb析出相分布合理，更有利于在后续的渗碳过程钉轧奥氏体晶界，防止齿轮钢奥氏体晶粒长大。但目前尚未有电炉工艺生产CrNiMo系列高温渗碳齿轮钢奥氏体晶粒度细化的控制方法，尤其是采用AlN第二相细化奥氏体晶粒的控制方法，因此有必要提出一种电炉工艺生产CrNiMo系列高温渗碳齿轮钢的Al细晶方法。
发明内容
发明目的：本发明提出一种CrNiMo系列高温渗碳齿轮钢的晶粒度细化控制方法，能够满足热处理温度950℃，保温时间13小时，奥氏体晶粒度≥8.0级，未有粗于5.0级晶粒的控制要求。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，包括EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声及漏磁联合探伤；所述LF精炼和VD真空脱气工序的铝含量控制在0.010～0.045％。
其中，所述高温渗碳齿轮钢用棒材的化学成分重量百分比为：C：0.18～0.23％，Mn：0.70～0.90％，Si：0.15～0.35％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr：0.40～0.60％，Ni：0.40～0.70％，Mo：0.15～0.25％，Al：0.010～0.045％，N:0.010～0.0180％，其余为Fe和杂质。
其中，所述EAF冶炼工序中C含量为0.06％～0.10％，P含量≤0.015％，出钢温度1600～1650℃。
其中，所述连铸采用全保护连铸，过热度15～35℃，拉速0.45～0.54m/min，连铸轻压下量5～12mm。
其中，所述铸坯缓冷将铸坯放入缓冷坑，入坑温度≥500℃，坑冷时间≥48h，出坑温度≤200℃。
其中，所述开坯轧制的加热温度为950～1250℃，总加热时间≥240min。
其中，所述二火轧制加热的温度为980～1240℃，总加热时间≥180min。
其中，所述终轧温度为900～1000℃。
本发明提出一种CrNiMo系列高温渗碳齿轮钢的晶粒度细化控制方法，通过研究AlN第二相溶解、析出的机理，冶炼过程中添加合适的Al和N，轧制过程中控制加热温度及轧制温度以保证有充足的AlN第二相充分溶解、析出，同时避免因轧制温度不当，造成AlN第二相浪费，能够满足热处理温度950℃，保温时间13小时，奥氏体晶粒度≥8.0级，未有粗于5.0级晶粒的控制要求。
有益效果：本发明的高温渗碳齿轮钢具有良好的奥氏体晶粒度稳定性，能够满足热处理温度950℃，保温时间13小时，奥氏体晶粒度≥8.0级，未有粗于5.0级晶粒的控制要求；使渗碳后的齿轮具备优良的加工性能和使用性能；晶粒度细化控制方法简单易行。
附图说明
图1是本发明高温渗碳齿轮钢经饱和苦味酸腐蚀后的奥氏体晶粒照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
取规格的齿轮钢用棒材，包括以下重量百分比的组分：C：0.20％、Mn：0.75％、Si：0.15％、P：0.010％、S：0.005％、Cr：0.50％、Ni：0.55％、Mo：0.19％、Al：0.025％，N:0.018，其余为Fe和不可避免的杂质。通过EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声波探伤、漏磁探伤制备得齿轮钢，经饱和苦味酸腐蚀后其奥氏体晶粒照片如图1所示。
其中，EAF冶炼：吹氧造渣，控制电炉终点C 0.06％，P 0.007％，出钢温度1620℃，出钢过程进行脱氧及合金化操作。
LF精炼：通过添加铝块使钢水中的铝含量为0.030％，加入造渣材料进行预造渣，白渣保持时间40分钟，进行脱氧、脱硫。LF精炼过程中全程吹氩搅拌，以便夹杂物充分上浮，最后将钢水化学成分控制在目标范围内。
VD真空脱气：在VD工位保持氩气搅拌，真空度1mbar以下保持12分钟，破真空后按照目标成分要求微调成分，真空处理后可吹氮气，并喂Al线保证Al含量控制在0.045％，吊包前氩气软吹时间10min，使夹杂物进一步碰撞、上浮。
连铸：采用大断面连铸机进行全保护连铸，过热度15～35℃，目标值20～30℃，连铸拉速0.45m/min，连铸过程中使用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、轻压下等设备，保证连铸坯成分的均匀性，连铸轻压下量7mm。
铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度500℃，坑冷时间48h，出坑温度200℃。
开坯轧制：开坯加热温度1250℃，总加热时间240min；
开坯除磷：采用高压水除鳞，压力13MPa；
二火轧制加热：二火轧制均热段加热温度1240℃，总加热时间180min；
二火轧制除磷：采用高压水除鳞，压力13MPa；
终轧温度：终轧温度960℃。
实施例2
取规格的齿轮钢用棒材，包括以下重量百分比的组分：C：0.23％、Mn：0.90％、Si：0.20％、P：0.012％、S：0.030％、Cr：0.40％、Ni：0.70％、Mo：0.15％、Al：0.040％，N:0.015，其余为Fe和不可避免的杂质。经过EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声波探伤、漏磁探伤工序制备得齿轮钢。
其中，EAF冶炼：吹氧造渣，控制电炉终点C 0.07％，P 0.010％，出钢温度1600℃，出钢过程进行脱氧及合金化操作。
LF精炼：通过添加铝块使钢水中的铝含量为0.010％，加入造渣材料进行预造渣，白渣保持时间40分钟，进行脱氧、脱硫。LF精炼过程中全程吹氩搅拌，以便夹杂物充分上浮，最后将钢水化学成分控制在目标范围内。
VD真空脱气：在VD工位保持氩气搅拌，真空度1mbar以下保持12分钟，破真空后按照目标成分要求微调成分，真空处理后可吹氮气，并喂Al线保证Al含量控制在0.010％，吊包前氩气软吹时间15min，使夹杂物进一步碰撞、上浮。
连铸：采用大断面连铸机进行全保护连铸，过热度15～35℃，目标值20～30℃，连铸拉速0.54m/min，连铸过程中使用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、轻压下等设备，保证连铸坯成分的均匀性，连铸轻压下量5mm。
铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度600℃，坑冷时间56h，出坑温度180℃。
开坯轧制：开坯加热温度1180℃，总加热时间300min；
开坯除磷：采用高压水除鳞，压力15MPa；
二火轧制加热：二火轧制均热段加热温度1160℃，总加热时间200min；
二火轧制除磷：采用高压水除鳞，压力15MPa；
终轧温度：终轧温度900℃。
实施例3
取规格的齿轮钢用棒材，包括以下重量百分比的组分：C：0.18％、Mn：0.70％、Si：0.35％、P：0.020％、S：0.035％、Cr：0.60％、Ni：0.40％、Mo：0.25％、Al：0.044％，N:0.014，其余为Fe和不可避免的杂质。经过EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声波探伤、漏磁探伤工序制备得齿轮钢。
其中，EAF冶炼：吹氧造渣，控制电炉终点C 0.10％，P 0.015％，出钢温度1650℃，出钢过程进行脱氧及合金化操作。
LF精炼：通过添加铝块使钢水中的铝含量为0.045％，加入造渣材料进行预造渣，白渣保持时间35分钟，进行脱氧、脱硫。LF精炼过程中全程吹氩搅拌，以便夹杂物充分上浮，最后将钢水化学成分控制在目标范围内。
VD真空脱气：在VD工位保持氩气搅拌，真空度1mbar以下保持12分钟，破真空后按照目标成分要求微调成分，真空处理后可吹氮气，并喂Al线保证Al含量控制在0.035％，吊包前氩气软吹时间20min，使夹杂物进一步碰撞、上浮。
连铸：采用大断面连铸机进行全保护连铸，过热度15～35℃，目标值20～30℃，连铸拉速0.54m/min，连铸过程中使用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、轻压下等设备，保证连铸坯成分的均匀性，连铸轻压下量12mm。
铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度550℃，坑冷时间60h，出坑温度150℃。
开坯轧制：开坯加热温度950℃，总加热时间260min；
开坯除磷：采用高压水除鳞，压力15MPa；
二火轧制加热：二火轧制均热段加热温度980℃，总加热时间240min；
二火轧制除磷：采用高压水除鳞，压力15MPa；
终轧温度：终轧温度1000℃。
将实施例1-3所制得的齿轮钢进行热处理，根据GB/T 6394检测其奥氏体晶粒度，具体热处理工艺参数及晶粒度评级见表1。
表1实施例1-3齿轮钢热处理工艺参数及奥氏体晶粒度
热处理温度/℃ 热处理时间/h 奥氏体晶粒度/级
实施例1 950 13 9.0
实施例2 950 13 8.5
实施例3 950 13 9.0
从表1可以看出，本发明制备的高温渗碳齿轮钢具有良好的奥氏体晶粒度稳定性，能够满足高温渗碳奥氏体晶粒度的热处理温度930℃、保温时间13小时、奥氏体晶粒度细于8.0级的控制要求。

Claims (8)

1.一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：包括EAF冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、铸坯缓冷、一次加热、开坯轧制、开坯除磷、二火轧制加热、二火轧制除磷、终轧、缓冷、矫直、剥皮、超声及漏磁联合探伤；所述LF精炼和VD真空脱气工序的铝含量控制在0.010～0.045％。
2.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述高温渗碳齿轮钢用棒材的化学成分重量百分比为C：0.18～0.23％，Mn：0.70～0.90％，Si：0.15～0.35％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr：0.40～0.60％，Ni：0.40～0.70％，Mo：0.15～0.25％，Al：0.010～0.045％，N:0.010～0.0180％，其余为Fe和杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述EAF冶炼工序中C含量为0.06％～0.10％，P含量≤0.015％，出钢温度1600～1650℃。
4.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述连铸采用全保护连铸，过热度15～35℃，拉速0.45～0.54m/min，连铸轻压下量5～12mm。
5.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述铸坯缓冷将铸坯放入缓冷坑，入坑温度≥500℃，坑冷时间≥48h，出坑温度≤200℃。
6.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述开坯轧制的加热温度为950～1250℃，总加热时间≥240min。
7.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述二火轧制加热的温度为980～1240℃，总加热时间≥180min。
8.根据权利要求1所述的一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法，其特征在于：所述终轧温度为900～1000℃。
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