專利名稱：：CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，屬于齒輪鋼類，涉及一種用于制造車輛、工程機(jī)械、船舶等交通及運(yùn)輸工具的變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：齒輪是汽車制造業(yè)中的關(guān)鍵零部件之一，在傳遞動(dòng)力和改變速度的運(yùn)行過程中，嚙合齒面之間既有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)，輪齒根部還會(huì)受到脈動(dòng)和交變彎曲應(yīng)力的作用。受超載使用和路況較差等影響，汽車齒輪承受較大的彎曲載荷、瞬時(shí)沖擊載荷，不僅要有良好的強(qiáng)韌性、耐磨性，能很好地承受沖擊、彎曲和接觸應(yīng)力，而且還要求變形小、精度高、噪音低；從而對(duì)鋼材質(zhì)量要求很高，普遍要求潔凈度高(日本汽車齒輪鋼氧含量一般小于10ppm)、淬透性窄(46HRC)、組織均勻、晶粒勻細(xì)、夾雜物細(xì)小彌散、表面質(zhì)量好等。高質(zhì)量的齒輪鋼主要有三方面技術(shù)指標(biāo)，即末端淬透性帶寬度窄，離散度小；純潔度高；晶粒細(xì)小、組織均勻。此外，良好的加工性能(包括冷、熱加工性和易切削性)也是齒輪行業(yè)所關(guān)心的重要指標(biāo)。國外廣泛采用爐外精煉、真空處理等手段生產(chǎn)高純凈度、窄成分、組織均一、性能穩(wěn)定的汽車用齒輪鋼。齒輪鋼末端淬透性的穩(wěn)定與否對(duì)齒輪熱處理后變形量的大小影響很大，滲碳齒輪鋼要求淬透性帶必須很窄，淬透性帶寬度愈窄，離散度愈小，愈有利于齒輪的加工及提高其嚙合精度，且要求批量之間的波動(dòng)性很小，以使批量生產(chǎn)的齒輪的熱處理質(zhì)量穩(wěn)定，配對(duì)嚙合性能提高，延長使用壽命。近年來，國外廣泛使用窄淬透性齒輪鋼，生產(chǎn)高精度、高性能齒輪，以減輕汽車自重、提高承載能力和運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。鋼材的淬透性能影響滲碳淬火后輪齒的心部硬度。鋼材的淬透性越好，則零件的淬硬層深度越大。當(dāng)鋼材的淬透性帶寬控制不嚴(yán)時(shí)，很容易出現(xiàn)心部硬度超差的現(xiàn)象。為避免齒輪因心部硬度過高或過低出現(xiàn)早期失效(脆斷或過載斷裂)，汽車用齒輪往往要求鋼材具有較高的淬透性、窄的帶寬。20CrMnTiH鋼是我國齒輪鋼的主流，由于該鋼種的主要元素價(jià)格低廉、晶粒長大傾向小、大家對(duì)其工藝比較熟悉、合適的代用鋼種尚未真正確立等原因，20CrMnTiH在我國齒輪行業(yè)中的統(tǒng)治地位在近年仍難以動(dòng)搖，故應(yīng)繼續(xù)提高和穩(wěn)定主體鋼種20CrMnTiH的實(shí)物質(zhì)量。近年來，我國汽車工業(yè)對(duì)齒輪鋼的質(zhì)量和性能要求越來越高，中國齒輪專業(yè)協(xié)會(huì)規(guī)定汽車用齒輪鋼必須滿足CGMA001:2004車輛齒輪用鋼技術(shù)條件和市場準(zhǔn)入條件，該條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)嚴(yán)于GB/T5216-2004的要求。在此基礎(chǔ)上，許多汽車齒輪生產(chǎn)企業(yè)對(duì)齒輪鋼的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一歩提出了嚴(yán)格要求，主要包括窄的末端淬透性帶、低的氧含量和夾雜物含量、細(xì)晶粒、良好的可加工性能、優(yōu)良的表面質(zhì)量和包裝質(zhì)量等。例如一汽用滲碳齒輪鋼技術(shù)指標(biāo)規(guī)定氧含量小于20ppm，淬透性帶寬《6HRC，晶粒度要求優(yōu)于5級(jí)，而歐美及日本氧含量一般要求小于15卯m，淬透性帶寬最窄要求4HRC，晶粒度一般要優(yōu)于7級(jí)。CN1046353公開了一種齒輪鋼熱處理工藝方法，屬于金屬材料熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明改變了齒輪鋼，主要是20CrMnTiA鋼的碳氮共滲溫度和時(shí)間。經(jīng)過本發(fā)明處理的20CrMnTiA齒輪，具有變形小、耐磨性好和疲勞壽命高的特點(diǎn)。本發(fā)明也可適用于其他耐磨零件，以及礦山冶金機(jī)械中的耐沖擊耐磨零件。CN1664150公開了涉及一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法，其化學(xué)成分重量配比為C:0.200.25%，Si《0.30%，Mn:0.600.85%，P<0.035%，S:0.030.05%，Cr:0.81.10%，Al:0.020.055%，《20卯m，余量為Fe。按此成分進(jìn)行冶煉，模注鋼錠，鋼錠開坯。管坯加熱溫度為12001250°C,熱軋穿孔變形溫度H00115(TC，變形奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。軋管變形溫度1000105(TC，變形奧氏體在未再結(jié)晶區(qū)發(fā)生加工硬化。補(bǔ)償加熱溫度為980102(TC,奧氏體發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。定、減徑工序，變形溫度為90095CTC,變形奧氏體發(fā)生累積加工硬化。切斷后收集堆冷，冷卻速度為0.51°C/S。此鋼管熱軋態(tài)組織完全由鐵素體加珠光體構(gòu)成，硬度HB163195，切削及淬火變形性能良好，成品齒套心部硬度滿足要求。CN1554791公開了一種提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，其特征是在電爐冶煉過程中，控制鋼水中的P含量，電爐出鋼時(shí)，鋼水中的P《0.017%，在鋼包精煉爐精煉過程中加入磷鐵合金調(diào)整鋼水中P的含量，使成品鋼中P的含量在0.018-0.026%，在鋼包精煉爐精煉的齒輪鋼成品鋼中，合金元素的含量為齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)的中下限。本提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法有效地提高了齒輪鋼的淬透性，離開淬火端9mm處的服C可提高l-10;有效地提高了齒輪鋼的熱加工性能，把齒輪鋼在鍛造、熱處理、熱加工過程中的開裂比例減少20-40%。CN1851024公開了一種本發(fā)明是一種重載齒輪鋼，其化學(xué)成分重量百分比為CO.14-0.20，Mn1.2-1.60，Si《0,12，P《0.03，S0.015-0.04，Cr1.30-1.80，W《0.05，Ti0.04-0.10,0《20PPM，余量為Fe和其他雜質(zhì)；本發(fā)明由于不加Ni，Mo貴重元素，使其制造成本降低了30%左右，其熱處理工序簡化，生產(chǎn)效率提高，本發(fā)明鋼熱處理后的收縮變形比Ni-Mo鋼小，可減少齒輪熱處理之后的翹曲變形，橢圓度超標(biāo)，齒面嚙合不好等問題，特別適合用于制造重載荷車輛驅(qū)動(dòng)橋齒輪。CN101096742公開了一種高強(qiáng)度汽車用齒輪鋼，其成分質(zhì)量百分比為C:0.200.40，Si:0.200.50，Mn:0.501.00，Cr:0.801.30,Nb:0.0150.080，V:0.0300.090，Mo:0.150.55，Al:0.0150.050,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過加入微量的Nb、V后，齒輪鋼的晶粒度、淬透性及其帶寬均得到明顯優(yōu)化，從而使批量生產(chǎn)的齒輪的熱處理變形量較小，配對(duì)率提高；同時(shí)，增加了齒輪鋼的綜合力學(xué)性能，使用壽命延長；而且，成本低。CN1046353和CN1664150發(fā)明專利分別涉及齒輪鋼熱處理、齒套材料及其制造，均與本專利屬于不同應(yīng)用領(lǐng)域；CN1554791發(fā)明專利含有0.0180.026%P，冶煉難度較大，提高了制造成本；CN1851024、CN101096742發(fā)明專利Mn、Cr含量較高或含有V、Mo等貴重金屬，均提高了制造成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足以及齒輪生產(chǎn)行業(yè)用戶加工使用要求，開發(fā)生產(chǎn)高性能窄淬透性CrMnTi系列齒輪鋼，主要解決鋼材成分均勻、組織致密、晶粒細(xì)小、末端淬透性帶窄、純凈度高、表面質(zhì)量好的問題，并提供了一種可以滿足用戶個(gè)性化、差異化需求的CrMnTi系全系列化齒輪鋼子鋼號(hào)及其制造方法。本專利通過對(duì)傳統(tǒng)的20CrMnTiH齒輪鋼進(jìn)行性能及質(zhì)量升級(jí)、改進(jìn)，解決適用于不同工況下齒輪制造及其成本降低問題。本發(fā)明提供了一種CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼，其特征在于其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C:0.130.23%，Si:0.170.30%,Mn:0.801.25%，Ti:0.040.腦，Cr:0.901.35%，Cu《0.20%，S:《0.050%,P《0.030%，Mo《0.05%,Ni《0.25%,《20X10—6，[H]《2.5X10—6，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鋼種成分的確定壓窄淬透性帶的關(guān)鍵在于化學(xué)成分波動(dòng)范圍的嚴(yán)格控制和成分均勻性的提高。影響20CrMnTiH齒輪鋼系列子鋼號(hào)齒輪鋼鋼淬透性的主要化學(xué)成分是C、Mn、Cr等C對(duì)鋼的淬透性和機(jī)械性能影響極為顯著，對(duì)齒輪的心部強(qiáng)度影響很大，太低，強(qiáng)度達(dá)不到要求，過高會(huì)使鋼的塑性和韌性下降；Mn強(qiáng)烈提高淬透性，可滿足截面較大的心部淬透性要求，并有減輕滲碳層中碳化物聚集成塊的作用；Cr也強(qiáng)烈提高淬透性并可形成微細(xì)的硬化質(zhì)點(diǎn)而增加耐磨性；Si強(qiáng)烈提高滲層的淬透性，但在滲碳過程中容易發(fā)生晶界氧化而形成黑色網(wǎng)狀缺陷；隨合金元素添加量的增加，鋼的馬氏體點(diǎn)下降，使淬火后滲層中含有大量殘余奧氏體，影響零件的疲勞性能及耐磨性。Ti在鋼中起細(xì)化晶粒、防止?jié)B碳時(shí)奧氏體晶粒長大、以保持材料韌性的作用；但強(qiáng)碳化物形成元素Ti在鋼中極易形成TiC，造成基體局部貧碳，使鋼的淬透性略微降低。另一方面，根據(jù)有關(guān)資料，20CrMnTiH齒輪鋼的疲勞極限o-l與強(qiáng)度ob之間大致存在直線關(guān)系。-1=0.35ob+12.2;影響20CrMnTiH齒輪鋼機(jī)械性能的主要化學(xué)成分是C和合金元素。兼顧齒輪鋼窄淬透性、強(qiáng)度、疲勞極限等性能要求，需將C、Mn、Cr、Ti等主要元素含量控制在合理范圍內(nèi)，因此，對(duì)各元素的含量有一定的合理選擇。為保證淬透性控制的穩(wěn)定性，采用窄成分控制技術(shù)。進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼，其特征在于其組成按重量百分?jǐn)?shù)見表l。表lCrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼化學(xué)成分要求(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注(1)鋼材氧含量《20卯m。(2)Mo《0.05%、Ni《0.25%。余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，包括冶煉、精煉、連鑄、軋制工藝步驟，其特征在于l)冶煉及合金化電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉；采用高溫快速脫碳；控制終點(diǎn)成分，終點(diǎn)碳0.080.12%;無渣或少渣出鋼；出鋼過程采用強(qiáng)化預(yù)脫氧技術(shù)，確保到精煉工位鋼液溶解氧含量不大于50ppm;LF精煉過程采用精煉快速成渣造渣技術(shù)、潔凈鋼精煉技術(shù)；通過采用爐外精煉、真空脫氣處理至化學(xué)成分和鋼中氣體含量符合要求，鋼中氫含量不大于2.5X10—6、氧含量不大于20X10—6;通過鋼包吹氬、白渣精煉、終脫氧喂鋁線、真空脫氣處理加強(qiáng)鋼的脫氧去氣。2)連鑄，采用低過熱度、高液面、恒拉速、保護(hù)澆注和電磁攪拌技術(shù)，確保鑄坯矯直溫度890。C930。C;3)軋制連鑄坯在加熱爐的加熱溫度為11301280°C，開軋溫度》1100'C，終軋溫度二850980。C;4)軋后空冷或緩冷。優(yōu)選的，步驟4)中，大規(guī)格材軋后緩冷，冷卻速度為0.5rC/min。優(yōu)選的，步驟l)中電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉為，電爐采用爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，兌加40%以上高比例鐵水；步驟l)所述的高溫快速脫碳為，供氧時(shí)間3545分鐘，脫碳量0.81.2%。優(yōu)選的，步驟1)所述的無渣為電爐偏心爐底無渣出鋼，步驟1)所述的少渣為轉(zhuǎn)爐出鋼渣層厚度《60咖。優(yōu)選的，步驟l)所述的強(qiáng)化預(yù)脫氧技術(shù)為，隨鋼流加入1.21.5Kg/t鋼芯鋁。優(yōu)選的，步驟1)所述的LF精煉過程采用精煉快速成渣造渣技術(shù)為，鋼水到精煉位后變白渣時(shí)間15分鐘，白渣精煉保持時(shí)間3050分鐘。優(yōu)選的，步驟1)所述的潔凈鋼精煉技術(shù)為，LF末期精煉鋼水溶解氧含量不大于6卯m。優(yōu)選的，步驟1)采用窄成分控制技術(shù)，控制連澆爐次AC《O.OP/。，AMn《0.04%，ACr《0.04%，ATi《0.02%。其中AC為C的含量波動(dòng)范圍；AMn為Mn的含量波動(dòng)范圍；ACr為Cr的含量波動(dòng)范圍；ATi為Ti的含量波動(dòng)范圍。優(yōu)選的，步驟2)所述的低過熱度為，控制過熱度為1030°C。優(yōu)選的，步驟2)所述的高液面為，中間包鋼水液面高度650700mm。優(yōu)選的，步驟2)所述的恒拉速為，鑄坯拉速控制在O.65±0.02m/min。優(yōu)選的，步驟2)所述的保護(hù)澆注為，鋼包、中間包內(nèi)鋼水加入低氧化性、堿性覆蓋劑；大包至中間包，中間包到結(jié)晶器采用保護(hù)套管并吹氬保護(hù)；結(jié)晶器內(nèi)加專用優(yōu)質(zhì)保護(hù)渣。采用該制造方法可生產(chǎn)規(guī)格①30160mm的圓鋼。通過采取窄成分的鋼種設(shè)計(jì)及電爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電爐終點(diǎn)控制、細(xì)晶及帶狀組織控制等合理的工藝措施，有效地實(shí)現(xiàn)了壓窄淬透性等目標(biāo)。采用低過熱度、高液面、恒拉速、保護(hù)澆注和電磁攪拌、專用保護(hù)渣、二冷弱冷技術(shù)，確保鑄坯矯直溫度大于890。C，改善鑄坯組織結(jié)構(gòu)，確保生產(chǎn)出表面無缺陷鑄坯。本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案有下列優(yōu)點(diǎn)1、同目前廣泛應(yīng)用的齒輪用鋼比較U)本發(fā)明鋼合理控制碳及合金元素的含量，通過采用窄成分控制，保證了鋼的窄淬透性帶要求，使得該鋼適于制造從中小模數(shù)齒輪到大模數(shù)齒輪，從汽車同步器薄壁齒環(huán)到重型汽車后橋齒輪及發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪。(2)本發(fā)明采用電爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)等技術(shù)所生產(chǎn)的鋼材具有純凈度高、成分均勻、組織性能優(yōu)良，組織致密、晶粒細(xì)小、末端淬透性帶窄、純凈度高、表面質(zhì)量優(yōu)良；滿足齒輪鋼穩(wěn)定性、可靠性要求，大大提高了齒輪生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率，提高了齒輪使用性能，滿足不同用戶的使用要求。(3)20CrMnTiHlH6子鋼號(hào)淬透性帶寬均《6HRC，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)；部分產(chǎn)品替代CrMo齒輪鋼，用于汽車齒輪高端領(lǐng)域，填補(bǔ)了市場對(duì)高性能、經(jīng)濟(jì)型、低噪音、高精度齒輪及其材料的需求。(4)20CrMnTiHl朋子鋼號(hào)有效解決了普通20CrMnTiH齒輪鋼淬透性不穩(wěn)定、熱處理后變形大、齒輪制造精度低等問題，用戶應(yīng)用情況良好，部分產(chǎn)品出口，促進(jìn)了我國汽車齒輪行業(yè)的進(jìn)步。2、本發(fā)明的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明采用電爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、終點(diǎn)控制技術(shù)、窄成分控制技術(shù)、精煉快速成渣造渣技術(shù)、潔凈鋼精煉技術(shù)、淬透性在線預(yù)報(bào)技術(shù)等進(jìn)一步穩(wěn)定齒輪鋼的性能要求。采取精料原則，選用清潔、少銹、干燥及低硫、低磷、殘余元素少的優(yōu)質(zhì)廢鋼及原材輔料。電爐冶煉，采用高溫快速脫碳、冶煉終點(diǎn)控制技術(shù)(TPC)、強(qiáng)化預(yù)脫氧技術(shù)、無渣出鋼，充分去氣、去夾雜。LF+VD精煉，采用鋁潔凈鋼精煉技術(shù)，確保鋼液深度脫氧、脫硫及充分去氣、去夾雜，降低鋼中氣體和非金屬夾雜物含量，凈化鋼質(zhì)。連鑄，采用低過熱度、高液面、恒拉速、無氧化保護(hù)澆注、電磁攪拌、二冷弱冷等關(guān)鍵技術(shù)等，確保鑄坯表面及內(nèi)部組織良好。軋制，鑄坯在加熱爐加熱溫度U30128(TC，開軋溫度^110(TC，終軋溫度二8509S(TC，確保軋材晶粒細(xì)小均勻、表面質(zhì)量良好。軋后空冷或緩冷(大規(guī)格材軋后緩冷，冷卻速度為0.5rC/min);采用該制造方法可生產(chǎn)規(guī)格O30160咖的圓鋼。具體冶煉、精煉、連鑄和軋制工藝過程主要采取以下措施①根據(jù)各元素對(duì)淬透性的作用確定內(nèi)控范圍和過程控制目標(biāo)，電爐控制鋼包合金化進(jìn)入規(guī)格下限，在LF爐進(jìn)行成分微調(diào)，化學(xué)成分控制在窄而合理的搭配范圍，為實(shí)現(xiàn)窄淬透性帶控制在46服C范圍提供良好基礎(chǔ)；保證精煉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)鋼水成分充分均勻化，減少成分偏析以消除鋼材成分與熔煉成分的差別；②連鑄采用低過熱度、電磁攪拌工藝；鋼水過熱度波動(dòng)控制在較窄范圍內(nèi)，盡量減少C、Cr、Mn等的偏析；合理控制注溫、注速，連鑄全程保護(hù)澆注、制訂合理的二冷工藝等獲得良好的鑄坯組織結(jié)構(gòu)；③軋制過程適當(dāng)控制加熱溫度、保溫時(shí)間，加熱應(yīng)緩慢，力求鑄坯中心與邊緣穩(wěn)定均勻一致；通過嚴(yán)格控制鑄坯溫度和壓縮比以保證獲得細(xì)小均勻的金相組織、穩(wěn)定的淬透性。④為保證碳化物的充分溶解，軋制前鑄坯的加熱溫度應(yīng)在120(TC以上，并有一定的保持時(shí)間。減少合金元素偏析及促進(jìn)碳化物充分溶解；⑤夾雜物消耗合金元素，從而使淬透性降低。因此，冶煉、精煉過程盡量去除夾雜物并使鋼中夾雜物充分上浮。⑥統(tǒng)計(jì)、分析化學(xué)成分對(duì)淬透性的影響規(guī)律，研究建立淬透性計(jì)算機(jī)在線預(yù)報(bào)技術(shù)。通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)，不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保實(shí)現(xiàn)鋼材化學(xué)成分-末端淬透性的穩(wěn)定控制。采用該制造方法可生產(chǎn)規(guī)格O30160咖的圓鋼。圖1為本發(fā)明鋼20CrMnTiH4熱軋態(tài)金相組織200X照片；圖2為20CrMnTiH4齒輪鋼淬透性曲線圖；橫坐標(biāo)為離開淬火端的距離(mm)，縱坐標(biāo)為淬透性數(shù)值(HRC)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明鋼是采用UHP(超高功率)電爐或轉(zhuǎn)爐+LF(爐外精煉)+必要時(shí)VD(真空脫氣)工藝冶煉+合金鋼連鑄(180mmX220mm/260mmX300mm)+加熱+熱軋成材。以下以20CrMnTiH4鋼為例進(jìn)行具體說明。其他鋼種(如16CrMnTiH、18CrMnTiH、20CrMnTiHl、20CrMnTiH2、20CrMnTiH3、20CrMnTiH5、20CrMnTiH6)，均可以采用與下述相似的方法進(jìn)行冶煉，本領(lǐng)域技術(shù)人員只需要根據(jù)公知常識(shí)適當(dāng)調(diào)整過程參數(shù)即可。實(shí)施例1:以0130mm規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來具體說明本發(fā)明是如何實(shí)施的。具體工藝步驟為1.電爐冶煉及合金化(O配料配料量按54土1噸控制。鐵水兌入比大于鋼鐵料比例的40%，鐵水量達(dá)到了控制要求，確保了鋼水中殘余元素低含量；通過合理配料，避免了電爐熔清磷高現(xiàn)象，達(dá)到了配料控制要求。表2入爐原料結(jié)構(gòu)料型鐵水優(yōu)質(zhì)廢鋼配比(％)》404060(2)超高功率電爐冶煉電爐冶煉采用全程泡沫渣操作，通過快速氧化脫碳，保證良好的氧化沸騰，加強(qiáng)脫磷操作，終點(diǎn)碳控制準(zhǔn)確(終點(diǎn)00.080.12%)，避免鋼水過氧化。供氧時(shí)間540分鐘，脫碳量大于0.8%;出鋼條件C》0.12%，P《0.018%，殘余元素符合要求；合理控制冶煉節(jié)奏控制，穩(wěn)定控制過程參數(shù)，出鋼溫度1630166(TC。出鋼過程嚴(yán)禁下渣；出鋼過程按13kg/t鋼加入合成渣。出鋼1/3時(shí)隨鋼流加入1.21.5Kg/t鋼芯鋁預(yù)脫氧，確保到精煉工位鋼液溶解氧含量不大于50ppm。包內(nèi)合金化，C、Si、Mn、Cr成分按規(guī)格下限控制。(3)LF精煉鋼包到位后測溫，取一次樣前喂入鋁線100120m/爐，快速化渣、變?cè)?《5分鐘)，精煉過程保持白渣，白渣精煉保持時(shí)間30100分鐘。選擇適宜的精煉渣系，精煉渣堿度》3.0，流動(dòng)性良好，便于吸附夾雜，脫硫率大于50%;采用SiC擴(kuò)散脫氧，全程吹氬充分?jǐn)嚢?，促進(jìn)渣鋼反應(yīng)和脫氧產(chǎn)物碰撞上浮；將C、Si、Mn、Cr成分微調(diào)至規(guī)格中限(其中碳含量控制在O.180.21%，Als含量控制在0.0350.045%);LF出鋼前喂入CaSi線進(jìn)行變性處理，出鋼后鋼水充分軟吹，進(jìn)一步促進(jìn)夾雜物上浮進(jìn)入熔渣，保證鋼液潔凈度；精煉期間溫度控制穩(wěn)定(16251655°C)，確保連鑄低過熱度澆注。合理控制LF爐生產(chǎn)節(jié)奏，確保VD破空后溫度符合要求。(4)VD處理VD爐確保運(yùn)行良好，預(yù)抽時(shí)間《10分鐘，真空壓力達(dá)67Pa后保持時(shí)間》12min。破空后開蓋，快速喂入Ti線、Ca-Si線，喂線時(shí)，氬氣流量控制在100L/min，喂線后加入4060kg鋼包覆蓋劑進(jìn)行保溫，氬氣流量控制在40L/min軟吹。喂線后軟吹時(shí)間》10min。上鋼溫度1565158(TC。2.連鑄采用低過熱度(控制過熱度為1030°C)、高液面(中間包鋼水液面高度大于650mra)、恒拉速(260,X300咖鑄坯拉速控制在0.65±0.02m/min)、保護(hù)澆注(鋼包、中間包內(nèi)鋼水加入低氧化性、堿性覆蓋劑；大包至中間包，中間包到結(jié)晶器采用保護(hù)套管并吹氬保護(hù)；結(jié)晶器內(nèi)加優(yōu)質(zhì)保護(hù)渣)和電磁攪拌(200A/3.0Hz)、專用保護(hù)渣、二冷弱冷技術(shù)(確保鑄坯矯直溫度大于890'C)，改善鑄坯組織結(jié)構(gòu)，確保生產(chǎn)出表面無缺陷鑄坯。澆注過程要全程保護(hù)澆注，大包開澆后必須加蓋，大包吹氬保護(hù)、長水口氬封保護(hù)、浸入式水口保護(hù)。澆注時(shí)中包先加堿性覆蓋劑、后加碳化稻殼。中間包采用高液面澆鑄(700士50ram)，利于夾雜物進(jìn)一步上浮和吸附，防止二次氧化；結(jié)晶器液面采用液面自動(dòng)控制技術(shù)，液面波動(dòng)范圍《土3mm，保持高液面操作，減少巻渣幾率；合理控制結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)(200A/3.0Hz)，減少鑄坯中心疏松、偏析；采用優(yōu)質(zhì)保護(hù)渣，確保鑄坯表面質(zhì)量良好；溫度檢測采用中間包連續(xù)測溫和手動(dòng)測溫檢測，及時(shí)將中間包溫度反饋給精煉爐；二冷配水采用現(xiàn)有的20CrMnTIH配水模型；連鑄中間包溫度在15251540°C，穩(wěn)定拉速，260mmX300醒鑄坯控制在0.600.65m/min，180mraX220mm鑄坯控制在1.001.10m/min。熱送溫度》500650°C。3.20CrMnTiH4圓鋼軋制加熱溫度12001250°C，加熱時(shí)間1.5h2.5h。開軋溫度10801180°C，軋制節(jié)奏均衡穩(wěn)定，終軋溫度850980'C。4.緩冷大規(guī)格材緩冷，軋后鋼材的冷卻速度為0.5rC/min。確保高壓水除鱗正常使用。軋制過程中嚴(yán)格控制各道次料型尺寸及表面質(zhì)量，軋件不得有扭轉(zhuǎn)、劃傷、拉絲、折疊等軋制缺陷?？刂坪孟麓矞囟?，防止鋼材彎曲。精整修磨執(zhí)行鋼材商品化包裝相關(guān)規(guī)定。具體過程記錄參數(shù)見表3表7。表8和表9為實(shí)施例化學(xué)成分和物理檢驗(yàn)結(jié)果。表3電爐配料情況<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4電爐冶煉過程記錄表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5LF精煉過程記錄表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6連鑄過程記錄表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表7軋制過程記錄表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表8齒輪鋼實(shí)施例(20CrMnTiH4)化學(xué)成分(重量，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表9齒輪鋼實(shí)施例(20CrMnTiH4)物理檢驗(yàn)(高低倍、淬透性、硬度)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼，其特征在于其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C0.13～0.23％，Si0.17～0.30％，Mn0.80～1.25％，Ti0.04～0.10％，Cr0.90～1.35％，Cu≤0.20％，S≤0.050％，P≤0.030％，Mo≤0.05％，Ni≤0.25％，[O]≤20×10-6，[H]≤2.5×10-6，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求l所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，包括冶煉、連鑄、軋制、熱軋工藝步驟，其特征在于l)冶煉及合金化電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉；采用高溫快速脫碳；控制終點(diǎn)成分，終點(diǎn)碳0.080.12%;無渣或少渣出鋼；出鋼過程采用強(qiáng)化預(yù)脫氧技術(shù)，確保到精煉工位鋼液溶解氧含量不大于50卯m;LF精煉過程采用精煉快速成渣造渣技術(shù)、潔凈鋼精煉技術(shù)；通過采用爐外精煉、真空脫氣處理至化學(xué)成分和鋼中氣體含量符合要求，鋼中氫含量不大于2.5X10—6、氧含量不大于20X1(T;通過鋼包吹氬、白渣精煉、終脫氧喂鋁線、真空脫氣處理加強(qiáng)鋼的脫氧去氣。2)連鑄，采用低過熱度、高液面、恒拉速、保護(hù)澆注和電磁攪拌、專用保護(hù)渣、二冷弱冷技術(shù)，確保鑄坯矯直溫度89(rC93(TC;3)軋制連鑄坯在加熱爐的加熱溫度為1130128(TC，開軋溫度》110(TC，終軋溫度=850980°C。4)軋后空冷或緩冷。3.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟4)中，大規(guī)格材軋后緩冷，冷卻速度為0.5rC/min。4.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟1)中電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉為，電爐采用爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，兌加40%以上高比例鐵水；步驟l)所述的高溫快速脫碳為，供氧時(shí)間3545分鐘，脫碳量0.81.2%。5.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟l)所述的無渣為電爐偏心爐底無渣出鋼，步驟l)所述的少渣為轉(zhuǎn)爐出鋼渣層厚度《60mm。6.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟l)所述的強(qiáng)化預(yù)脫氧技術(shù)為，隨鋼流加入1.21.5Kg/t鋼芯鋁；步驟l)所述的LF精煉過程采用精煉快速成渣造渣技術(shù)為，鋼水到精煉位后變白渣時(shí)間15分鐘，白渣精煉保持時(shí)間3050分鐘。7.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟2)所述的低過熱度為，控制過熱度為1030°C;步驟2)所述的高液面為，中間包鋼水液面高度650700誦。8.如權(quán)利要求2所述的CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼的制造方法，其特征在于步驟2)所述的恒拉速為，鑄坯拉速控制在0.65土0.02m/niin。步驟2)所述的保護(hù)澆注為，鋼包、中間包內(nèi)鋼水加入低氧化性、堿性覆蓋劑；大包至中間包，中間包到結(jié)晶器采用保護(hù)套管并吹氬保護(hù)。全文摘要本發(fā)明涉及一種CrMnTi系窄淬透性帶齒輪鋼及其制造方法，屬于齒輪鋼材料及其生產(chǎn)工藝
技術(shù)領(lǐng)域：
。其化學(xué)成分為C0.13～0.23％，Si0.17～0.30％，Mn0.80～1.25％，Ti0.04～0.10％，Cr0.90～1.35％，Cu≤0.20％，S≤0.050％，P≤0.030％，Mo≤0.05％，Ni≤0.25％，[O]≤20×10^-6，[H]≤2.5×10^-6，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制備方法包括冶煉、連鑄、軋制、熱軋工藝步驟，連鑄，控制中間包過熱度為10～30℃、拉速為0.50～0.85m/min；軋制加熱溫度為1130～1280℃，開軋溫度≥1100℃，終軋溫度＝850～980℃。采用該制造方法可生產(chǎn)規(guī)格Φ30～160mm的齒輪鋼圓鋼。通過采取窄成分的鋼種設(shè)計(jì)及電爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電爐終點(diǎn)控制、細(xì)晶及帶狀組織控制等合理的工藝措施，有效地實(shí)現(xiàn)了壓窄淬透性等目標(biāo)。文檔編號(hào)C21C7/00GK101289731SQ200810015870公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2008年5月9日優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日發(fā)明者孫永喜,偉張,張利平,張海霞,李豐功,杜傳治,杜顯彬,梅王,王學(xué)利,王廣連,竇圣鵬,翟正龍,董杰吉申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵股份有限公司