[发明专利]一种降低20CrMnTiH齿轮钢中硼含量的方法

说明书

本发明提供了一种降低20CrMnTiH齿轮钢中硼含量的方法，所述方法为：转炉冶炼阶段利用低碳锰铁和中碳锰铁合金作为锰添加剂，LF精炼阶段采用Al₂O₃质量分数为20‑25％的精炼渣进行精炼。本发明在不增加生产成本的基础上，通过对物料配方的控制以及精炼渣系成分的调整，并取消了加入化渣球的步骤，降低了硼(B)元素含量，控制B含量≤2ppm，稳定了20CrMnTiH齿轮钢的淬透性。采用上述方法同时增加了钢的附加值，能为冶炼20CrMnTiH齿轮钢的企业提供技术参考，同时可以有效改善客户热处理后齿轮变形不规律的问题，具有良好的经济效益和应用前景。

技术领域

本发明涉及合金冶炼技术领域，具体涉及一种降低20CrMnTiH齿轮钢中硼含量的方法。

背景技术

齿轮钢是汽车、铁路、船舶、工程机械中使用特殊合金钢中要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料。淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。齿轮钢的淬透性和淬透性带宽的控制，主要取决于冶炼过程中各化学元素的搭配组合、成分的窄范围控制以及残余元素含量等。

20CrMnTiH是一种国内用量较大的保淬透性齿轮钢，其性能良好，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。可用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。一般工艺生产的20CrMnTiH齿轮钢含有4-7ppm的硼(B)元素，0.050％的钛(Ti)元素以及0.020％的铝(Al)元素，在较强的还原性条件下，大于等于3ppm的硼(B)元素对20CrMnTiH齿轮钢淬透性有较大的影响，通过大量数据回归，可知大于2ppm的情况下，硼含量每提高1ppm，对20CrMnTiH钢J9点淬透值影响2.1HRC，进而影响齿轮的热处理变形及弯曲疲劳寿命。

陶建军等通过试验分析了电磁搅拌电流对20CrMnTiH1齿轮钢180mm×180mm连铸坯碳偏析的影响以及精炼和连铸工序钢中残余B含量及其变化对钢淬透性的影响，结果表明，电磁搅拌电流从200A降至100A时，铸坯碳偏析指数降低0.1；B元素含量过高对钢材的淬透性不利，控制钢中残余B≤0.0002％,可使20CrMnTiH1齿轮钢淬透性带宽≤4HRC(参见“碳偏析和残余B对20CrMnTiHl齿轮钢淬透性的影响”,陶建军等,《特殊钢》,2007,28(5):58-59)。

当前，国内一些特钢企业已经意识到微量硼(B)元素对20CrMnTiH淬透性的影响，其一般通过控制中包材料、包芯线成分以实现对钢中微量硼元素的控制，再辅助以成分偏析攻关达到窄淬透性的目的，但上述方法操作较为复杂，增加了企业运行成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低20CrMnTiH齿轮钢中硼含量的方法，通过对物料配方的控制以及精炼渣系成分的调整，并取消了加入化渣球的步骤，三者相互配合，能够降低20CrMnTiH中微量B元素的含量，有效控制B含量≤2ppm，稳定20CrMnTiH齿轮钢的淬透性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种降低20CrMnTiH齿轮钢中硼含量的方法，所述方法为：转炉冶炼阶段利用低碳锰铁和中碳锰铁合金作为锰添加剂，LF精炼阶段采用Al₂O₃质量分数为20-25％的精炼渣进行精炼。

传统方法制备20CrMnTiH齿轮钢的过程中一般以硅锰合金作为锰添加剂，本发明以采用低碳锰铁+中碳锰铁合金作为锰添加剂，与硅锰合金相比，二者的组合中硼含量更低，进而从源头上减少了硼的加入量，有效的降低了产品中的硼含量。