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CN114959429A - 一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法 - Google Patents

一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法 Download PDF

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齐锐
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Abstract

本发明涉及一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7‑6的制造方法，钢中化学成分按质量百分比计为C：0.15％～0.21％，Si：0.15％～0.40％，Mn：0.50％～0.90％，P≤0.025％，S：0.025％～0.030％，Alt：0.020％～0.060％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％，Cu≤0.30％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产工艺包括高炉制备铁水、电炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气、模铸、加热、热轧及保温；本发明使所生产的齿轮钢具有较低的[H]含量，消除了白点缺陷和应力裂纹，并使最终产品的表面质量、力学性能优良，成品钢材的低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性指标稳定达标，完全满足用户使用需求。

Description

一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法
技术领域
本发明涉及钢材制造技术领域，尤其涉及一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造 方法。
背景技术
高强度齿轮作为飞机、高铁、风电等领域广泛使用的关键零件，市场前景广阔。
18CrNiMo7-6合金钢作为一种具有高强度、高韧性和高耐磨性能的合金钢材料，被广泛应 用到高强度齿轮的制造中。
但是，18CrNiMo7-6钢中Cr、Ni元素含量高，Ni元素对[H]元素有较强的亲和力， 容易产生氢致裂纹(白点缺陷)和应力裂纹。目前，国产的18CrNiMo7-6钢仍存在化学 成分稳定性差、钢水纯净度低，圆钢末端淬透性波动大、力学性能差、金相组织均匀性差、 抗疲劳性能差、寿命低等问题。本发明通过设计合理的化学成分，合适的精炼脱氧、脱气 工艺和模铸工艺，保证化学成分均匀性，化学成分均匀有助于控制齿轮钢具有窄淬透带； 通过采用合理的Ni合金添加方式和真空脱气工艺、铸坯缓冷和圆钢缓冷工艺，消除氢质 裂纹缺陷。开发出了一种具有优良力学性能、高耐磨性和高钢质纯净度的高强度工程机械 齿轮用钢18CrNiMo7-6，满足了高端市场对齿轮钢产品的要求。
发明内容
本发明提供了一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，采用“电炉+LF+VD+ 模铸+热轧”工艺，通过合理选择工艺路线及原材料、优化成分设计及过程工艺参数控制，使所生产的齿轮钢具有较低的[H]含量，消除了白点缺陷和应力裂纹，并使最终产品的表面质量、力学性能优良，成品钢材的低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性指标稳定达标，完全满足用户使用需求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，钢中化学成分按质量百分比计为 C：0.15％～0.21％，Si：0.15％～0.40％，Mn：0.50％～0.90％，P≤0.025％，S：0.025％～0.030％， Alt：0.020％～0.060％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％，Cu ≤0.30％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产工艺包括高炉制备铁水、电炉冶炼、LF炉 精炼、真空脱气、模铸、加热、热轧及保温；其中：
(1)电炉冶炼：出钢温度控制在1670℃～1680℃，出钢终点C：0.04％～0.10％，Ni：1.50％～1.80％，P≤0.010％，出钢量达到1/4～1/3时，加入渣料、预脱氧剂、铁合金；
(2)LF炉精炼：LF炉精炼时长80～90min；采用石灰造白渣脱氧去夹杂，白渣熔炼时间为20～30min，钢包底吹氩搅拌，氩气压力为0.2～0.4MPa；控制白渣碱度为6～12， 渣量为12～15kg/t；精炼过程中根据取样化学成分值进行补加石灰、增碳、加合金操作， 采用铝粒与碳化硅的混合脱氧剂进行脱氧，出站喂钙线进行钙处理；LF炉初渣成分：CaO 56％～61％，Al2O321.5％～23.0％，SiO28.9％～12.3％，MgO 9.8％～11.6％，FeO 0.6％～1.2％，MnO 0.6％～1.0％；
(3)真空脱气：采用VD炉精炼，抽真空过程中氩气流量70～90NL/min，真空度达 到100Pa时开始计时，保证真空时间15min以上，复压后“软吹氩”搅拌时间≥15min； 实测H含量控制在0.7～1.5ppm；控制B含量＜5ppm；
(4)模铸：模铸时采用氩气保护浇注，铸锭立即入坑缓冷，入坑温度在550℃以上；
(5)加热：铸锭冷装入炉，均热炉的预热段温度≤950℃，保温≥30min；加热段升温速度≤180℃/h，升温2～2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1～1.5h；
(6)热轧：采用BD初轧机开坯，轧制11道次以上，得到热轧圆钢；
(7)保温：轧件入坑缓冷，入坑温度≥550℃，出坑温度≤200℃，保温时间≥48h。
所述步骤(1)中，电炉冶炼采用60％～70％铁水与20％～30％的废钢进行冶炼；采用三 相电极进行升温。
所述步骤(1)中，铁合金加入量：铝铁2.6～2.7kg/t，中锰3.3～3.5kg/t，低碳 铬铁6.7～7kg/t。
所述步骤(6)中，轧制压下量控制为：第1道次78～82mm，第2道次78～82mm，第 3道次93～97mm，第4道次83～87mm，第5道次71～75mm，第6道次80～84mm，第7道 次64～68mm，第8道次76～80mm，第9道次30～34mm，第10道次33～37mm，第11道次 73～77mm。
所述热轧圆钢的直径
Figure BDA0003671425910000021
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用“电炉+LF+VD+模铸+热轧”工艺，通过合理选择工艺路线及原材料、优化成分设 计及过程工艺参数控制，使所生产的齿轮钢具有较低的[H]含量，消除了白点缺陷和应力 裂纹，并使最终产品的表面质量、力学性能优良，成品钢材的低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性指标稳定达标，完全满足用户使用需求。
附图说明
图1是本发明所述加热过程的工艺曲线图。
具体实施方式
本发明所述一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，钢中化学成分按质量百 分比计为C：0.15％～0.21％，Si：0.15％～0.40％，Mn：0.50％～0.90％，P≤0.025％，S：0.025％～ 0.030％，Alt：0.020％～0.060％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％， Cu≤0.30％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产工艺包括高炉制备铁水、电炉冶炼、LF 炉精炼、真空脱气、模铸、加热、热轧及保温；其中：
(1)电炉冶炼：出钢温度控制在1670℃～1680℃，出钢终点C：0.04％～0.10％，Ni：1.50％～1.80％，P≤0.010％，出钢量达到1/4～1/3时，加入渣料、预脱氧剂、铁合金；
(2)LF炉精炼：LF炉精炼时长80～90min；采用石灰造白渣脱氧去夹杂，白渣熔炼时间为20～30min，钢包底吹氩搅拌，氩气压力为0.2～0.4MPa；控制白渣碱度为6～12， 渣量为12～15kg/t；精炼过程中根据取样化学成分值进行补加石灰、增碳、加合金操作， 采用铝粒与碳化硅的混合脱氧剂进行脱氧，出站喂钙线进行钙处理；LF炉初渣成分：CaO 56％～61％，Al2O321.5％～23.0％，SiO28.9％～12.3％，MgO 9.8％～11.6％，FeO 0.6％～1.2％，MnO 0.6％～1.0％；
(3)真空脱气：采用VD炉精炼，抽真空过程中氩气流量70～90NL/min，真空度达 到100Pa时开始计时，保证真空时间15min以上，复压后“软吹氩”搅拌时间≥15min； 实测H含量控制在0.7～1.5ppm；控制B含量＜5ppm；
(4)模铸：模铸时采用氩气保护浇注，铸锭立即入坑缓冷，入坑温度在550℃以上；
(5)加热：铸锭冷装入炉，如图1所示，均热炉的预热段温度≤950℃，保温≥30min；加热段升温速度≤180℃/h，升温2～2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1～1.5h；
(6)热轧：采用BD初轧机开坯，轧制11道次以上，得到热轧圆钢；
(7)保温：轧件入坑缓冷，入坑温度≥550℃，出坑温度≤200℃，保温时间≥48h。
所述步骤(1)中，电炉冶炼采用60％～70％铁水与20％～30％的废钢进行冶炼；采用三 相电极进行升温。
所述步骤(1)中，铁合金加入量：铝铁2.6～2.7kg/t，中锰3.3～3.5kg/t，低碳 铬铁6.7～7kg/t。
所述步骤(6)中，轧制压下量控制为：第1道次78～82mm，第2道次78～82mm，第 3道次93～97mm，第4道次83～87mm，第5道次71～75mm，第6道次80～84mm，第7道 次64～68mm，第8道次76～80mm，第9道次30～34mm，第10道次33～37mm，第11道次 73～77mm。
所述热轧圆钢的直径
Figure BDA0003671425910000041
软吹氩以渣面微动、钢水不裸露为准。为了控制钢中B含量，真空脱气全程不得带入 B合金，并加强硼铁及硼线的管控，避免带入钢中影响钢材末端淬透性。轧件入坑缓冷的作用是消除应力，延长氢扩散时间，进一步降低钢材中的氢含量。
本发明中，未标明的含量均为质量含量。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的 操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例中，工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的主要化学成分如表1所示，余量为Fe及不可避免杂质。
表1钢中主要化学成分/％
实施例 牌号 C Si Mn P S Alt Cr Ni Mo Cu
1 18CrNiMo7-6FPHH 0.17 0.24 0.67 0.012 0.028 0.026 1.55 1.42 0.26 0.26
2 18CrNiMo7-6FPHH 0.21 0.31 0.73 0.016 0.026 0.041 1.74 1.47 0.27 0.27
3 18CrNiMo7-6FPHH 0.19 0.18 0.54 0.003 0.027 0.035 1.52 1.58 0.31 0.21
4 18CrNiMo7-6FPHH 0.18 0.26 0.52 0.007 0.026 0.038 1.62 1.54 0.26 0.26
5 18CrNiMo7-6FPHH 0.20 0.32 0.76 0.013 0.028 0.054 1.77 1.43 0.30 0.18
6 18CrNiMo7-6FPHH 0.16 0.38 0.85 0.022 0.027 0.044 1.68 1.64 0.32 0.12
本实施例中，工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的工艺过程参数如表2所示，成品检验 结果(包括低倍组织缺陷评级及末端淬透性)如表3-4所示。
表2主要工艺参数
Figure BDA0003671425910000051
表3低倍组织缺陷评级
Figure BDA0003671425910000052
表4末端淬透性
Figure BDA0003671425910000053
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比计为C：0.15％～0.21％，Si：0.15％～0.40％，Mn：0.50％～0.90％，P≤0.025％，S：0.025％～0.030％，Alt：0.020％～0.060％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％，Cu≤0.30％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产工艺包括高炉制备铁水、电炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气、模铸、加热、热轧及保温；其中：
(1)电炉冶炼：出钢温度控制在1670℃～1680℃，出钢终点C：0.04％～0.10％，Ni：1.50％～1.80％，P≤0.010％，出钢量达到1/4～1/3时，加入渣料、预脱氧剂、铁合金；
(2)LF炉精炼：LF炉精炼时长80～90min；采用石灰造白渣脱氧去夹杂，白渣熔炼时间为20～30min，钢包底吹氩搅拌，氩气压力为0.2～0.4MPa；控制白渣碱度为6～12，渣量为12～15kg/t；精炼过程中根据取样化学成分值进行补加石灰、增碳、加合金操作，采用铝粒与碳化硅的混合脱氧剂进行脱氧，出站喂钙线进行钙处理；LF炉初渣成分：CaO 56％～61％，Al2O3 21.5％～23.0％，SiO2 8.9％～12.3％，MgO 9.8％～11.6％，FeO 0.6％～1.2％，MnO0.6％～1.0％；
(3)真空脱气：采用VD炉精炼，抽真空过程中氩气流量70～90NL/min，真空度达到100Pa时开始计时，保证真空时间15min以上，复压后“软吹氩”搅拌时间≥15min；实测H含量控制在0.7～1.5ppm；控制B含量＜5ppm；
(4)模铸：模铸时采用氩气保护浇注，铸锭立即入坑缓冷，入坑温度在550℃以上；
(5)加热：铸锭冷装入炉，均热炉的预热段温度≤950℃，保温≥30min；加热段升温速度≤180℃/h，升温2～2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1～1.5h；
(6)热轧：采用BD初轧机开坯，轧制11道次以上，得到热轧圆钢；
(7)保温：轧件入坑缓冷，入坑温度≥550℃，出坑温度≤200℃，保温时间≥48h。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，电炉冶炼采用60％～70％铁水与20％～30％的废钢进行冶炼；采用三相电极进行升温。
3.根据权利要求1所述的一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铁合金加入量：铝铁2.6～2.7kg/t，中锰3.3～3.5kg/t，低碳铬铁6.7～7kg/t。
4.根据权利要求1所述的一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，其特征在于，所述步骤(6)中，轧制压下量控制为：第1道次78～82mm，第2道次78～82mm，第3道次93～97mm，第4道次83～87mm，第5道次71～75mm，第6道次80～84mm，第7道次64～68mm，第8道次76～80mm，第9道次30～34mm，第10道次33～37mm，第11道次73～77mm。
5.根据权利要求1所述的一种工程机械齿轮用钢18CrNiMo7-6的制造方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003671425900000021
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