專利名稱：提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對齒輪鋼的質(zhì)量要求越來越高。高等級(jí)的齒輪鋼既要求鋼材具有窄的高淬透性帶，同時(shí)又要求鋼材具有良好的熱加工性能。
在影響齒輪鋼淬透性的諸多因素中，化學(xué)成分的影響最為重要，對于亞共析鋼即C＜0.77％的鋼，隨著C、Mn、Cr含量的增加，鋼的淬透性顯著提高?，F(xiàn)有的提高齒輪的淬透性與熱加工性能的方法一般通過控制鋼中的C、Mn、Cr含量，確保齒輪鋼的淬透性合格。為了提高齒輪鋼的淬透性，煉鋼過程中要提高C、Mn、Cr合金元素的加入量，這不但使煉鋼成本提高，而且隨著鋼中C、Mn、Cr合金含量的增加，鋼的導(dǎo)熱性能下降，鋼材的塑性及韌性降低，鋼材在熱加工過程中，尤其是熱加工變形量比較大的情況下，非常容易開裂。如國產(chǎn)40MnBH齒輪鋼，用于制端淬性比較高的齒輪時(shí)，在熱加工過程中出現(xiàn)形裂的比例達(dá)30-40％。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法成本高、在熱加工過程中容易開裂的不足之處，本發(fā)明提供一種提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，用本方法處理齒輪鋼成本低，處理的齒輪鋼淬透性好、塑性和韌性高。
本發(fā)明的提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法的主要技術(shù)關(guān)鍵是在現(xiàn)有的制造齒輪的齒輪鋼冶(精)煉、模注成錠、紅送初軋、均熱開坯、軋制成材的整個(gè)過程中，把齒輪鋼冶煉分為電爐初煉和鋼包精煉爐精煉兩步完成，電爐初煉完成熔化和氧化，鋼包精煉完成還原，鋼包精煉爐精煉過程中加入磷鐵合金調(diào)整鋼水中P的含量在0.018-0.026％，隨著鋼中磷含量的增加，可以促進(jìn)奧氏體晶粒的長大，有效的提高齒輪鋼的淬透性，其次是成品鋼中的合金元素的含量為齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分的中下限，如GB5216-85標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的中下限控制，并且電爐冶煉過程中，控制鋼水中的P含量，電爐出鋼時(shí)，鋼水中的P≤0.017％。
本提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法的步驟如下1電爐冶煉把廢鋼及鐵水加入到電爐中冶煉，加入的鐵水與廢鋼的重量比為1.1∶1至1.2∶1，廢鋼中的P含量為0.020-0.035％；鐵水中的P含量為0.040-0.070％，Si含量為0.5-0.8％，鐵水的溫度大于1250℃。
先把廢鋼加入到電爐中，然后再加入鐵水，加入鐵水后開始吹氧，廢鋼熔化和鋼水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰固體爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，以保證鋼包精煉爐中精煉工序正常進(jìn)行為準(zhǔn)，脫P(yáng)至P≤0.017％之后，電爐出鋼；在電爐出鋼前，先根據(jù)所煉的鋼種，在鋼包精煉爐的鋼包中加入含有對應(yīng)元素的鐵合金和石灰及合成渣并烘烤到800℃以上，然后把電爐的鋼水倒入鋼包中，鋼水在鋼包精煉爐的鋼包中進(jìn)行鋼水初步合金化，鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低。如生產(chǎn)40MnBH齒輪鋼，加入錳鐵合金、硅鐵合金，并預(yù)熱30分鐘，再把電爐中的鋼水倒入鋼包精煉爐的鋼包中，加入錳鐵、硅鐵合金的量，是使鋼包在進(jìn)入精煉工位時(shí)鋼中的Mn1.13-1.23％，Si0.17-0.27％。對于其它的鋼種可加入鉻鐵合金、鉬鐵合金，加入的鐵合金，應(yīng)使鋼水中對應(yīng)的元素的含量為齒輪鋼要求的中下限如GB5216-85的中下限。
B鋼包精煉爐精煉把裝有鋼水的鋼包移到精煉工位，在還原條件下進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除夾雜，同時(shí)根據(jù)精煉初期鋼水的成分和齒輪鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)的要求如GB5216-85的要求，加入含有對應(yīng)元素的鐵合金和磷鐵合金及碳粉調(diào)整鋼水成分，鋼包精煉爐的鋼包出鋼時(shí)，鋼水中的合金元素控制在齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)的中下限如GB5216-85的中下限，P的含量為0.018-0.026％。
再按照公知的方法進(jìn)行真空脫氣、模注成錠、紅送初軋、均熱開坯、軋制成圓鋼。
本提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法的主要技術(shù)關(guān)鍵是調(diào)整控制鋼中的磷含量，有效地提高了齒輪鋼的淬透性，離開淬火端9mm處的HRC可提高1-10；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％，如用本方法煉的40MnBH齒輪鋼，經(jīng)用原熱加工工藝試驗(yàn)，開裂的比例小于3％，20CrMnTiH齒輪鋼開裂比例小于2％，ZL20CrMoH齒輪鋼的開裂比例小于2％；調(diào)整控制鋼中P含量提高鋼的淬透性的冶煉過程中，磷鐵的加入量比現(xiàn)有方法少，價(jià)格低，可降低齒輪鋼的生產(chǎn)成本，每噸成品鋼的成本可降低8-20元，如40MnBH齒輪鋼，磷鐵的回收率為90-95％，鋼包精煉爐精煉過程中，C及錳鐵合金的加入量少，而且加入的磷鐵價(jià)格低，降低了40MnBH齒輪鋼的成本。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法。
實(shí)施例一是提高40MnBH齒輪鋼的淬透性與熱加工性的方法，用戶要求端淬性能比有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)窄而且嚴(yán)，要求是標(biāo)準(zhǔn)的上限，其步驟如下1電爐冶煉電爐冶煉是完成廢鋼的熔化和氧化，把廢鋼30噸加入50噸高功率電爐中，廢鋼中的P含量為一般為0.020-0.035％，本實(shí)施例為0.026％；再把35噸的1280℃鐵水加入到同一高功率電爐中，鐵水中的P含量一般為0.040-0.070％，本實(shí)施例為0.055％，Si含量一般為0.5-0.8％，本實(shí)施例為0.6％；加入鐵水后開始吹氧，采用全程吹氧廢鋼熔化和鋼水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等固體爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，一般鋼水溫度達(dá)到1640-1680℃，C≥0.09％，P≤0.017％時(shí)出鋼，本實(shí)施例是在1660℃，C＝0.11％，P＝0.016％時(shí)出鋼，然后把鋼水倒入裝有錳鐵合金、硅鐵合金、石灰和合成渣并烘烤30分鐘的鋼包精煉爐的鋼包中，鋼水在該鋼包中進(jìn)行鋼水初步合金化。鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低。
2鋼包精煉爐精煉把裝有鋼水的鋼包精煉爐的鋼包移到精煉工位，在還原氣氛下進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除夾雜，同時(shí)根據(jù)精煉初期鋼水的成分和GB5216-85成品鋼的要求加磷鐵合金、錳鐵合金、硅鐵合金及碳粉調(diào)整鋼水成分，增加鋼水中P的含量，使成品鋼中C、Si、Mn、P的含量分別為C0.39-0.41％，Si0.17-0.37％，Mn1.13-1.23％，P0.020-0.025％，本實(shí)施例是C0.40％，Si0.25％，Mn1.15％，P0.022％。
實(shí)施例二是提高20CrMnTiH齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，該鋼種用于制造汽車、重型車床的齒輪和主軸，要求良好的淬透性和表面質(zhì)量，其步驟如下1電爐冶煉把廢鋼33噸加入50噸高功率電爐中，廢鋼中的P含量為一般為0.020-0.035％，本實(shí)施例為0.030％；再把35噸的1260℃鐵水加入到同一高功率電爐中，鐵水中的P含量為0.040-0.070％，本實(shí)施例為0.060％，Si含量一般為0.5-0.8％，本實(shí)施例為0.6％；加入鐵水后開始吹氧，采用全程吹氧廢鋼熔化和鋼水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等固體爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，一般鋼水溫度達(dá)到1640-1680℃，C≥0.09％，P≤0.017％時(shí)出鋼，本實(shí)施例是在1650℃，C＝0.10％，P＝0.015％時(shí)出鋼，然后把鋼水倒入裝有硅鐵合金、鉻鐵合金、錳鐵合金、石灰和合成渣并烘烤30分鐘的鋼包精煉爐的鋼包中，鋼水在該鋼包中進(jìn)行鋼水初步合金化。鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低。
2鋼包精煉爐精煉把裝有鋼水的鋼包精煉爐的鋼包移到精煉工位，在還原氣氛下進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除夾雜，同時(shí)根據(jù)精煉初期鋼水的成分和GB5216-85成品鋼的要求加入磷鐵合金、錳鐵合金及碳粉調(diào)整鋼水成分，增加鋼水中P的含量，使成品鋼中C、Si、Mn、Cr、P的含量分別為C；0.20-0.22％，Si0.17-0.37％，Mn1.00-1.10％，Cr1.00-1.15％P0.020-0.025％，本實(shí)施例是C；0.21％，Si0.20％，Mn1.05％，Cr1.10％ P0.022％。
實(shí)施例三是提高ZL20CrMoH齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，該鋼種用于8噸載重汽車的后橋齒輪及變速箱齒輪，對力學(xué)性能、淬透性、非金屬夾雜含量及奧氏體晶粒度要求很嚴(yán)，其步驟如下1電爐冶煉把廢鋼30噸加入50噸高功率電爐中，廢鋼中的P含量為一般為0.020-0.035％，本實(shí)施例為0.025％；再把33噸的1260℃鐵水加入到同一高功率電爐中，鐵水中的P含量一般為0.040-0.070％，本實(shí)施例為0.050％，Si含量一般為0.5-0.8％，本實(shí)施例為0.6％；加入鐵水后開始吹氧，采用全程吹氧廢鋼熔化和鋼水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰固體等爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，一般鋼水溫度達(dá)到1640-1680℃，C≥0.09％，P≤0.017％時(shí)出鋼，本實(shí)施例是在1660℃，C＝0.12％，P＝0.016％時(shí)出鋼，然后把鋼水倒入裝有鉻鐵合金、錳鐵合金、鉬鐵合金、硅鐵合金及石灰和合成渣并烘烤30分鐘的鋼包精煉爐的鋼包中，鋼水在該鋼包中進(jìn)行鋼水初步合金化，鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低。
2鋼包精煉爐精煉把裝有鋼水的鋼包精煉爐的鋼包移到精煉工位，在還原氣氛下進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除夾雜，同時(shí)根據(jù)精煉初期鋼水的成分和標(biāo)準(zhǔn)Q/14000TB3003.1-2003成品鋼的要求加入磷鐵合金、錳鐵合金、鉻鐵合金、鉬鐵合金及碳粉調(diào)整鋼水成分，增加鋼水中P的含量，使成品鋼中C、Si、Mn、Cr、Mo、P的含量分別為C；0.21-0.23％，Si0.20-0.30％，Mn0.80-0.90％，Cr1.00-1.15％ Mo0.20-0.30％，P0.020-0.025％，本實(shí)施例是C；0.22％，Si0.20％，Mn0.85％，Cr1.05％ P0.023％。鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低。
上述三個(gè)實(shí)施例中，廢鋼中不得帶有泥沙、磚石，清潔少銹少油污，預(yù)熱30分鐘的鋼包精煉爐的鋼包溫度大于800℃。
把上述三個(gè)實(shí)施例的鋼水出精煉工位后再按照公知的方案進(jìn)行真空脫氣、模注成錠、紅送初軋、均熱開坯、軋制成材。
上述三個(gè)實(shí)施例不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，可用于其它齒輪鋼。
在中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5216-85中，上述實(shí)施例一、實(shí)施例二中成品鋼的化學(xué)成分為牌 化學(xué)成分％號(hào) CSi Mn CrB Ti p40MnBH 0.37-0.440.17-0.371.00-1.40 0.0005-0.035 ≤0.03020CrMnTiH 0.17-0.230.17-0.370.80-1.15 1.00-1.350.04-0.10 ≤0.030在太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/14000 TB3003.1-2003中，上述實(shí)施例三中成品鋼的化學(xué)成分為牌 化學(xué)成分％號(hào) CSi Mn P S Cr MoZL20CrMoH0.17-0.230.15-0.350.55-0.40≤0.03≤0.030.85-1.250.15-0.35實(shí)施例二的Ti在模注成錠時(shí)加入。
名詞解釋鋼包精煉爐 由日本特殊鋼公司1971年開發(fā)，可處理各種特殊鋼，其特點(diǎn)是電弧加熱，加合成渣洗及吹氬。LF為該爐Ladle Furnace的兩個(gè)打頭字母。
權(quán)利要求
1.一種提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，其特征是在電爐初煉和鋼包精煉爐精煉過程中，電爐初煉完成熔化和氧化，鋼包精煉爐完成還原精煉，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％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，其特征是電爐冶煉過程中，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，其特征是A電爐冶煉把廢鋼及鐵水加入到電爐中冶煉，加入的鐵水與廢鋼的重量比為1.1∶1至1.2∶1，廢鋼中的P含量為0.020-0.035％；鐵水中的P含量為0.040-0.070％，Si含量為0.5-0.8％，鐵水的溫度大于1250℃；先把廢鋼加入到電爐中，然后再加入鐵水，加入鐵水后開始吹氧，廢鋼熔化和鋼水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰固體爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，以保證鋼包精煉爐中精煉工序正常進(jìn)行，脫P(yáng)至P≤0.017％之后，電爐出鋼；在電爐出鋼前，先根據(jù)所煉的鋼種，在鋼包中加入含有對應(yīng)元素的鐵合金和石灰及合成渣并烘烤到800度以上，然后把電爐的鋼水倒入鋼包精煉爐的鋼包中，鋼水在鋼包中進(jìn)行鋼水初步合金化，鐵合金中，合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、塊度合適、夾雜和有害元素含量低；B鋼包精煉爐精煉把裝有鋼水的鋼包精煉爐的鋼包移到精煉工位，在還原條件下進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除夾雜，同時(shí)根據(jù)精煉初期鋼水的成分和齒輪鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)的要求，加入含有對應(yīng)元素的鐵合金和磷鐵合金及碳粉調(diào)整鋼水成分，鋼包精煉爐的鋼包出鋼時(shí)，鋼水中的合金元素控制在齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)的中、下限，P的含量為0.018-0.026％。
全文摘要
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HRC可提高1－10；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％。
文檔編號(hào)C21C7/00GK1554791SQ200310109719
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者段建平, 杜麗娜, 郝旭明, 李學(xué)超 申請人:太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司