本發(fā)明涉及冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，屬于合金鋼類，具體涉及一種風(fēng)電中間軸齒輪滲碳用鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復(fù)雜，要求所用的材料除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件外，還應(yīng)滿足極端溫差條件下所具有的材料特性，如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩(wěn)定性等等。對(duì)齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動(dòng)力的作用而要求極為嚴(yán)格的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當(dāng)齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時(shí)，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102367549A涉及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪用棒材及其制備方法，組分：C：0.37～0.42％，Si：0.15～0.40％，Cr：0.80～1.25％，Mn：0.50～0.90％，Mo：0.15～0.30％，S≤0.015％，Al：0.02～0.04％，O≤0.0015％，H≤0.00020％，P≤0.012％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。工藝：采用EAF+LF精煉+VD真空處理冶煉，控制電爐終點(diǎn)碳、終點(diǎn)磷及出鋼溫度，出鋼過程鋼包內(nèi)加入合成渣、硅錳合金、復(fù)合中鋁進(jìn)行預(yù)脫氧；精煉過程全程吹氬攪拌，充分進(jìn)行脫氧、脫硫、去夾雜；在VD爐小于0.5乇的真空度下處理至少10分鐘，破真空后喂入Al線控制鋼中Al在0.02％～0.04％之間；連鑄執(zhí)行全保護(hù)及低過熱度澆注，凝固末端采用中等強(qiáng)度輕壓下工藝，軋制采用大壓下軋制。該發(fā)明具有高純凈度和致密度的棒材，適應(yīng)風(fēng)電齒輪復(fù)雜而惡劣的工作環(huán)境。但是，該發(fā)明開發(fā)的齒輪鋼為中碳CrMo齒輪鋼，可用于生產(chǎn)風(fēng)電齒圈，但是無法用于生產(chǎn)軸齒。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種風(fēng)電中間軸齒輪滲碳用鋼及其制備方法。本發(fā)明風(fēng)電中間軸齒輪滲碳用鋼具有淬透性高和穩(wěn)定、帶窄，可滿足高強(qiáng)度軸齒輪的加工及使用要求。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：本發(fā)明的風(fēng)電中間軸齒輪滲碳用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：C：0.15％～0.21％，Si：0.17％～0.37％，Mn：0.50％～0.70％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％，Al：0.015％～0.050％，H：≤1.5×10-4％，N：≤90×10-4％，T.O：≤15×10-4％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的滲碳用鋼，其中優(yōu)選地，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：C：0.17％～0.19％，Si：0.18％～0.22％，Mn：0.55％～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：1.60％～1.65％，Ni：1.45％～1.48％，Mo：0.26％～0.30％，Al：0.015％～0.030％，H：≤1.5×10-4％，N：≤90×10-4％，T.O：≤15×10-4％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。決定齒輪使用壽命的三大要素為：抗彎曲疲勞、抗接觸疲勞、齒輪的嚙合精度。齒輪材料合金元素與淬透能力的構(gòu)成是決定三大要素的先決條件。齒輪鋼通常為滲碳鋼，較低的碳含量能保證零件心部有良好的韌性。硅(Si)：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑。鉻、錳、鎳、鉬的作用是增加鋼的淬透性。但鉻和鉬為碳化物形成元素，將促使面層碳含量增加，容易在滲層組織中出現(xiàn)大量碳化物，使?jié)B層性能惡化。鎳使鋼滲碳后各種力學(xué)性能優(yōu)越，但工藝性差，鍛坯滲碳后不能直接淬火，要經(jīng)過再次加熱淬火，工藝較復(fù)雜，且價(jià)格較貴。滲碳熱處理工藝是決定齒輪質(zhì)量、使用性能和使用壽命的重要工序，它決定齒輪的表面、心部硬度和金相組織、熱處理后的變形和齒輪工作時(shí)齒輪的接觸情況，鋼材化學(xué)成分的設(shè)計(jì)應(yīng)使?jié)B碳后表面到心部碳分布平緩過度，淬火后滲碳層不出現(xiàn)增加脆性、使零件早期破壞的大塊碳化物或網(wǎng)狀碳化物。硅會(huì)降低滲碳層深度和表面碳含量，且在滲碳層中增加形成氧化物傾向；錳會(huì)增加滲碳層中殘余奧氏體的數(shù)量；磷(P)：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，降低塑性，使冷彎性能變壞。P控制在P≤0.015％；硫(S)：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，S≤0.010％；鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、切削加工性能。本發(fā)明的上述滲碳用鋼的制備方法，包括以下步驟：(1)電爐冶煉：熱裝鐵水和廢鋼配料，熱裝鐵水占配料質(zhì)量的60～70％；控制出鋼時(shí)P≤0.010％，出鋼溫度1630～1660℃；(2)精煉爐冶煉：控制爐渣堿度不小于2.5，精煉過程保持白渣；在白渣下充分?jǐn)嚢韬?，取一次樣全分析，根?jù)一次樣分析結(jié)果，按內(nèi)控要求調(diào)整C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni等成分含量；LF精煉爐出鋼前，按0.5～1.5m/t鋼喂入鋁線調(diào)整控制鋼中全鋁含量目標(biāo)在0.015％～0.030％，按照1.5～3.0m/t鋼喂入鈣線，白渣保持時(shí)間大于30min；(3)VD爐真空精煉：真空度小于等于67Pa保持時(shí)間≥27分鐘，VD爐處理后軟吹氬時(shí)間≥20分鐘，VD爐軟吹氬處理后控制上鋼溫度：連鑄第一爐：1600～1605℃，第二爐：1570～1575℃，第三爐以后：1565～1570℃。(4)連鑄：中間包液面800±50mm，結(jié)晶器液面波動(dòng)誤差在±2mm以內(nèi)，鋼種液相線溫度1498～1509℃，中包過熱度按20～30℃控制，中包第一爐：1540～1550℃，第二爐以后1525～1535℃；拉速控制：Ф500mm坯型按照0.35±0.01m/min控制；Ф650mm坯型按照0.25±0.01m/min控制；鑄坯矯直溫度≥950℃；鑄坯緩冷要求：不能在冷床停留，要及時(shí)入坑緩冷，要輕吊輕放；緩冷制度：圓坯入坑溫度大于等于650℃，出坑溫度小于等于200℃，其中，Ф500mm連鑄圓坯緩冷時(shí)間不小于56小時(shí)，Ф650mm連鑄圓坯緩冷時(shí)間不小于96小時(shí)；(5)軋制：預(yù)熱段溫度600～850℃，加熱段溫度1100～1270℃，均熱段溫度1200～1240℃，允許溫差≤30℃；Ф500mm冷坯加熱時(shí)間7～8h，Ф500mm熱坯加熱時(shí)間5～6h；Ф650mm冷坯加熱時(shí)間8～9h，Ф650mm熱坯加熱時(shí)間7～8h；開軋溫度1100℃～1190℃，終軋溫度900～1000℃。本發(fā)明配料優(yōu)化及精煉過程合適精煉渣系解決了鋼中氣體含量[O]、[N]含量及純凈度的控制。軋鋼過程中合適的加熱時(shí)間及加熱溫度保證了鋼材的組織均勻性及表面質(zhì)量的要求。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，其中優(yōu)選地，步驟(1)在配料過程中加入石灰25～35kg/t鋼，白云石4～8kg/t鋼，隨出鋼流加入鋼芯鋁2.0～3.5kg/t鋼，鋼包合金化時(shí)按照成分下限配入合金調(diào)整，促進(jìn)劑用量2.5±0.5kg/t鋼。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(1)中熱裝鐵水占配料質(zhì)量的65％～70％；在配料過程中加入石灰28～33kg/t鋼，白云石5～6kg/t鋼；在熔化早期噴碳粉造泡沫渣，終點(diǎn)碳低于0.10％時(shí)，按上限隨出鋼流加入鋼芯鋁2.5～3.0kg/t鋼，鋼包合金化時(shí)按照成分下限配入合金調(diào)整，促進(jìn)劑用量2.5kg/t鋼，控制出鋼時(shí)P≤0.010％。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，其中優(yōu)選地，步驟(2)控制爐渣成分為CaO50wt％～55wt％、SiO24wt％～8wt％、Al2O320wt％～30wt％、MgO3wt％～8wt％以及FeO+MnO≤1.0wt％。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中控制精煉渣堿度大于2.5，渣成分CaO53wt％～55wt％、SiO24wt％～6wt％、Al2O320wt％～25wt％、MgO3wt％～5wt％以及FeO+MnO≤1.0wt％。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，其中優(yōu)選地，步驟(5)冷坯在600℃以下以120～150℃/h加熱速度緩慢升溫預(yù)熱，待鋼坯完全奧氏體化后，再提高加熱速度，以160～200℃/h加熱速度進(jìn)行加熱。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(5)中加熱段分段加熱：預(yù)熱段600～850℃，加熱1段1100～1170℃，加熱2段1200～1270℃；均熱段溫度1200～1240℃，允許溫差≤30℃；Ф500mm冷坯加熱時(shí)間7.5h，Ф650mm冷坯加熱時(shí)間8.5h，相應(yīng)的熱坯加熱時(shí)間降低1～2h；保證爐內(nèi)弱還原性氣氛；開軋溫度1190℃；加強(qiáng)對(duì)軋制節(jié)奏的控制，保證終軋溫度900～1000℃。本發(fā)明的優(yōu)異效果如下：1、鎳、鉬、錳、鉻合金的加入及合理搭配改善了材料的熱處理性能；保證了材料的各項(xiàng)力學(xué)性能；同時(shí)增加了材料的淬透性能；滿足了風(fēng)電軸齒輪的性能要求。提高了齒輪的疲勞性能,提高了風(fēng)電軸齒輪的使用壽命。2、發(fā)明的齒輪鋼低倍組織好，純凈度高，氣體含量低，晶粒細(xì)小，組織致密，帶狀組織級(jí)別低，末端淬透性和穩(wěn)定性明顯提高。改善了材料的工藝加工性能及熱處理。附圖說明圖1為為本發(fā)明實(shí)施例1制得的齒輪鋼熱軋狀態(tài)金相組織照片100×。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的齒輪鋼熱軋狀態(tài)金相組織照片500×。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。生產(chǎn)工藝流程為：配料→電弧爐冶煉→LF精煉爐精煉→VD真空精煉爐精煉→圓坯連鑄(Ф650mm)→連軋軋機(jī)軋制。試驗(yàn)生產(chǎn)4爐次，分別編號(hào)1#、2#、3#和4#。(1)電弧爐冶煉爐料結(jié)構(gòu)為廢鋼+鐵水，鐵水比例大于60％；主要控制工藝參數(shù)列于表1。表1電弧爐冶煉主要工藝參數(shù)(2)LF精煉爐冶煉鋼包底吹氬氣攪拌，采用SiC擴(kuò)散脫氧，喂鋁線進(jìn)行沉淀脫氧；造渣采用預(yù)熔渣、石灰、螢石進(jìn)行調(diào)整；主要控制工藝參數(shù)見表2，終渣主要成分見表3。表2LF精煉爐冶煉主要控制工藝參數(shù)表3LF精煉爐冶煉終渣主要成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)(3)VD爐真空精煉鋼包入VD爐之前，扒除50％左右的爐渣；鋼包至VD爐工位后，主要控制工藝參數(shù)列于表4。表4VD爐真空精煉主要控制工藝參數(shù)(4)連鑄連鑄機(jī)五機(jī)五流，鑄坯規(guī)格Ф650mm。連鑄采用大包長(zhǎng)水口氬封保護(hù)，中間包加低碳覆蓋劑和碳化稻殼保溫，中間包鋼液液面770～800mm，結(jié)晶器浸入式水口保護(hù)澆注方式。液壓非正弦振動(dòng)；結(jié)晶器液位自動(dòng)控制；采用結(jié)晶器電磁攪拌，參數(shù)210A/1.2HZ；二冷采用動(dòng)態(tài)控制氣一霧冷卻的弱冷方式；鑄坯多點(diǎn)矯直。連鑄控制工藝參數(shù)列于表5。表5連鑄控制工藝參數(shù)(5)軋制鑄坯熱送軋制，熱送鑄坯表面溫度800～830℃，裝入加熱爐鑄坯表面溫度530～580℃。軋制規(guī)格Ф250mm的圓鋼。軋制控制工藝參數(shù)列于表6。表6軋制控制工藝參數(shù)爐次編號(hào)均熱溫度，℃加熱時(shí)間，h開軋溫度，℃終軋溫度，℃1#12007.511909402#12007.511909403#12108.511909424#12108.51180931結(jié)果數(shù)據(jù)(1)成分本實(shí)施例成分列于表7。表7本發(fā)明實(shí)施例成分(質(zhì)量百分比，％)(2)軋材性能檢驗(yàn)結(jié)果本實(shí)施例低倍、高倍檢驗(yàn)及末端淬透性試驗(yàn)分別列于表8、表9和表10。表8本發(fā)明實(shí)施例的低倍檢驗(yàn)表9本發(fā)明實(shí)施例的高倍檢驗(yàn)表10本發(fā)明實(shí)施例的末端淬透性試驗(yàn)由表8～10和圖1～2可以看出：本發(fā)明的風(fēng)電中間軸齒輪鋼低倍組織好，夾雜物級(jí)別低，氣體含量低，晶粒細(xì)小，組織致密，帶狀組織級(jí)別低，末端淬透性明顯提高和穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的滲碳用鋼組織為鐵素體+珠光體，組織均勻。然而，本發(fā)明并不受限于上述實(shí)施例，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書中所界定的范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3