窄淬透性齿轮钢17CrNiMo6工艺实践_景春明.pdf
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1、金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期窄淬透性齿轮钢17CrNiMo6工艺实践景春明(兰州兰石集团有限公司,甘肃 兰州 730000)摘要:针对齿轮钢17CrNiMo6窄淬透性带、高纯净、细晶粒、高强韧等生产控制难点,通过优化成分,采用30 t EAF-LF-VD冶炼流程,经吹氩搅拌、白渣还原、真空精炼、氩气保护,控制脱氧、除杂、合金元素加入、浇注温度、速度、钢液冷却等工艺,主控成分C、Mn、Cr、Mo、Ni达到内控要求,气体和非金属夹杂得到有效控制,S0.003%、P0.005%、O 0.001 6%、N 0.007 5%、H 0.000 13%;淬透性带宽控制在13 HRC,硬度
2、值达到客户要求,低倍组织未发现点状偏析和肉眼可见的缺陷。锻造热处理后产品组织均匀,本质晶粒度达到8级,混晶不超过10%;强度、硬度值满足要求,室温和-40 的低温韧性较好,强韧性达到良好匹配。关键词:齿轮钢;EAF-LF-VD冶炼;淬透性;晶粒度中图分类号:TF76文献标识码:A文章编号:2095-5014(2023)01-0010-05Process Practice on Gear Steel 17CrNiMo6 withNarrow HardenabilityJING Chunming(Lanzhou LS Group Co.,Ltd.,Lanzhou 730000,China)ABST
3、RACT:To cope with the production control difficulties of gear steel 17CrNiMo6 such asnarrow hardenability range,high purity,fine grain and high strength and toughness,chemicalcomposition was optimized,30 t EAF-LF-VD smelting route was adopted with argon stirring,white slag reduction,vacuum refining
4、and argon protection,and process parameters of deoxidation,impurity removal,alloying element addition,casting temperature and speed and cooling were bettercontrolled.With these measures,main elements like C,Mn,Cr,Mo and Ni reach inner target,gas and non-metallic inclusions are effectively controlled
5、 that S0.003%,P0.005%,O0.0016%,N0.0075%andH0.000 13%.Hardenability is controlled to be within1-3HRCand the hardness meets customers requirement.No dot-like phase or visually inspected defect isfound for macro-structure.And after forging heat treatment,the product structure gets uniform,inherent gain
6、 size reaches level 8 and mixed crystal is no more than 10%.The strength and hardnessvalue meet the requirement,the toughness is good at room temperature and-40 ,and thestrength and toughness match well.KEY WORDS:gear steel;EAF-LF-VD smelt;hardenability;grain size收稿日期:2023-01-11作者简介:景春明(1984),男,工程师,
7、本科,主要研究方向钢铁材料。金 属 材 料 与 冶 金 工 程Metal Materials And Metallurgy Engineering第51卷第1期2023年2月Vol.51 No.1Feb.202317CrNiMo6作为齿轮和齿轮轴关键件材料,主要应用于高铁、风电、减速机等行业。由于承载能力大,工作条件严苛,为确保产品安全高效运行,用户对材料的纯净度1、晶粒度、淬2023年第1期景春明:窄淬透性齿轮钢17CrNiMo6工艺实践透性、力学性能2的要求不断提升3。为进一步拓展公司在采矿、机车牵引和风电等领域的铸锻件产品种类,提高公司高品质系列钢锭和锻件产品的销售收入,促进产能释放,开
8、展17CrNiMo6齿轮钢自主生产工艺实践研究。1 17CrNiMo6生产工艺1.1工艺流程17CrNiMo6 钢生产工艺流程为:30 t EAF-LF-VD真空浇注钢锭坑冷加热锻造热处理成品检验。1.2成分设计17CrNiMo6齿轮钢要求高的淬透性、窄的淬透性带宽,在控制较小热变形量的同时获得优异性能,而影响17CrNiMo6齿轮钢淬透性的主要元素是C、Mn、Cr、Mo、Ni4。C含量过高易形成碳化物,降低奥氏体中有效合金元素含量,使等温转变曲线左移、淬透性降低;C 含量过低,奥氏体中固溶的碳就减少,也会使淬透性降低,因此C含量按中上限控制。Mn能增加奥氏体稳定性,同时提高其强度和淬透性,消
9、除S的不良影响,应控制在中上限。Cr能形成稳定而硬的碳化物,提高淬透性,控制在中上限。Mo能细化晶粒,提高综合性能,Ni是提高韧性的最有效合金元素,都控制在中上限。1.3过程控制冶炼工艺是控制17CrNiMo6齿轮钢纯净度的主要技术环节,在冶炼环节中,注意控制合金元素的加入量,将成分控制在内控范围且避免过大波动;采用LF+VD精炼,有效去除夹杂物、有害气体;在浇注环节中,采用气体保护,严格控制浇注温度、速度、钢液冷却等参数,有效降低夹杂物含量,防止柱状晶发达及晶粒粗大。1.3.1电弧炉冶炼控制炉料采用本厂铬钼废钢和碳素废钢,配碳量0.6%,铝脱氧,禁止加钙(Ca1510-6),装料前炉底加装料
10、重2%3%石灰。一次料中加碳球,熔化到 70%80%装二次料,加脱磷剂及1015 kg/t石灰,熔氧结合,自动流渣去P。T1 600 开始氧化,保持 5%7%的渣量,快速升温,根据 P 含量,换渣量80%,脱碳量0.30%,温度 1 6601 680,C 0.05%0.08%,P0.005%,Cu0.20%,出1/3钢水加铝饼2.5 kg/t(沉淀预脱氧)。包内按内控成分下限加入Mn-Fe、Si-Fe合金。1.3.2LF精炼控制钢 包 到 位,接 通 氩 气 吹 氩,Ar 流 量 0.08 L/min。加石灰1015 kg/t,萤石23 kg/t造渣,根据渣流动性控制萤石加入量在石灰的10%2
11、0%。一次加入C粉1.01.5 kg/t和Si-Fe粉11.5 kg/t,铝线和碳化硅混合脱氧剂扩散脱氧。按内控要求调整成分,依次加入CrMoNiMnSi合金,保持流动性良好的白渣。终脱氧根据钢水残Al量的0.04%喂Al线。1.3.3VD真空处理提前 15min 预约蒸汽,压力0.8 MPa,提前抽真空,确保预抽时间8 min,极限真空度67 Pa,极限真空保压时间20 min。吹Ar流量0.010.04 L/min,不允许开大 Ar 流量降温。破空前1 min关闭Ar,破空取样分析,C低时可用增 碳 剂 增 碳,软 吹 Ar10 min,流 量 0.0090.012 L/min,测温达到
12、1 5751 585,吊包。分别在 VD 开盖和软吹结束取渣样 VD1 和 VD2检测分析。表1 LF渣样成分(质量分数)Table 1 LF slag sample composition(wt%)精炼渣VD1VD2P2O50.010.01FeO0.671.34MnO0.170.19CaO52.7852.29MgO8.668.96Al2O315.0916.32SiO217.6417.93Cr2O30.090.11渣样检测结果显示CaO含量达到50%以上,SiO2含量小于 20%,二元碱度为 2.9,说明炼钢过程中脱S反应能力强。MgO含量小于10%,有利于减少Ca-Mg夹杂,渣样成分达到预期
13、要求。1.3.4钢锭铸锭(模注)氩气保护浇注,17CrNiMo6钢TL=1 508,11金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期浇注温度为1 5601 570。严格控制注速,不断流、不翻花、边角不沸腾、渣面不开裂、不透亮(若透亮应及时补加保护渣),严禁结瘤进入中注管。当钢液升到冒口线以上 5060 mm时,适当减流,开始冒口充填,充填时间要大于锭身浇注时间。当钢液升到冒口2/3以上加入发热剂1.8 kg/t。钢液注满冒口后,加入碳化稻壳0.8 kg/t。1.3.5锻造及热处理钢锭开坯前,不允许去除水口及冒口,坯料的始锻温度1 200,终锻温度850,开坯总锻比3,有镦粗、拔长的过程,单
14、个锻造比不小于 1.55。钢锭锻造前大端去除约 15%,小端去除约5%,以保证锻件中没有残余缩孔、裂纹、白点和有害偏析等缺陷。锻件心部区域应有足够的塑性变形量,锻比不小于6,将锻件的整个截面锻透,使锻件的组织结构均匀,锻后坑冷。结合客户订单实施多次生产试验,冶炼浇注1030 t不同重量等级的钢锭,采用1 000 T压机和碾环机锻造毛坯重量为 493 kg的大伞齿轮25件,采用3T锤锻造毛坯重量为133 kg的小伞齿轮 30 件,采用 5 000 T 压机锻造毛坯重量为19 755 kg的大齿轮3件。锻后采用 880 正火+680 回火预备热处理6-10和860 淬火+200 回火性能热处理11
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