[发明专利]一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法

说明书

本发明涉及一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法，工艺流程为钢水初炼→钢水精炼→钢水真空脱气→连铸→连铸坯下坑缓冷→热轧→扩氢退火，关键工艺包括(1)连铸过程中，拉伸矫直温度区间应避开低塑性温度区间，由此确定铸坯拉速和二冷区冷速；(2)连铸过程中，钢包下水口和紧固器的长水口采用过盈配合或增加接触面以提高密封性，防止钢水二次氧化；(3)连铸坯下坑缓冷：下坑温度≥750℃，缓冷时间≥96小时，降低表面裂纹敏感性；(4)热轧：轧制前连铸坯的再加热温度设置为1100‑1240℃，让Nb、C、Al、N熔入γ‑Fe；终轧温度控制在900‑1050℃，让轧后NbC、AlN质点大量析出；(5)扩氢退火：通过氢致延迟断裂慢拉伸试验来确定扩氢退火的实施与否和工艺参数。

技术领域

本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种齿轮钢的制造方法。

背景技术

高强度长寿命齿轮钢,用于国内某新型发动机扇形齿轮和齿板，作为重要的受力部件，承受巨大的扭距、冲击，受力状态特别复杂。因此要求材料具有极高的强度指标，良好的冲击韧性指标。在淬火+低温回火状态下，要求材料的抗拉强度Rm≥1650MPa，延伸率≥7％，对称拉压疲劳强度σ-1≥750MPa。

本钢种为高Cr、高Ni、Mo的钢种。添加一定量的微量元素Al、Nb、N、B等。

根据发动机扇形齿轮和齿板的工作状态，要求钢材成份均匀性好，宏观偏析、微观偏析小、钢材制成零件后淬火变形小。

根据国内外相关的研究，H对高强钢H致延迟断裂比较敏感。

基于上述齿轮钢合金含量高，并且添加一定量的微量元素Al、Nb、N、B。导致连铸生产难度大，重点表现在铸坯裂纹敏感性强，铸坯成材后，钢材表面质量差。铸坯宏观偏析、微观偏析严重，导致零件后道渗碳淬火变形大。

根据国内外相关的研究，H对高强钢H致延迟断裂比较敏感。因此为了消除H的不利影响，除了在冶炼过程中加强真空脱气外，研究钢材下线后，合适的扩H退火工艺，以尽量消除H的不利影响，也是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

针对上述齿轮钢开发其制造方法，尤其是相适用的铸坯缓冷工艺、轧材高温扩H退火工艺。是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度、良好的冲击韧性、长寿命齿轮钢的制造方法，涉及连铸、铸坯缓冷、铸坯加热轧制、钢材下线扩H退火等工序。该方法获得的齿轮钢氧含量低、夹杂物含量少、成份均匀性好、铸坯裂纹敏感性小、宏观偏析、微观偏析小、材料延迟断裂敏感性低。钢材制成零件后淬火变形小，零件的疲劳寿命长。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度长寿命齿轮钢的制造方法，工艺流程为钢水初炼(EAF(BOF))→钢水精炼(LF)→钢水真空脱气(VD(RH))→连铸(CCM)→连铸坯下坑缓冷→热轧→扩氢退火→超声波+表面探伤→入库。

进一步地，本申请的关键工艺在于：

(1)通过材料热塑性热模拟研究，合理制定铸坯拉坯速度和二冷区冷却强度。通过拉坯速度、钢水过热度、二冷区冷却强度的相配合，保证连铸拉矫区温度避开钢坯低塑性区。防止钢坯在拉矫过程中产生应力裂纹，降低钢坯裂纹敏感性。

具体做法在于：连铸过程中，拉伸矫直温度区间应避开低塑性温度区间，所述低塑性温度区间的确定方式是先用小的电频炉，按齿轮钢的目标成份冶炼一炉钢水，模铸成钢锭后，锻成φ30mm的试样，取样进行热模拟试验：检测650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃温度下材料的延伸系数、断面收缩率，目的是分析650-1100℃温度区间内材料的塑性变化，目的是分析650-1100℃不同温度条件下，不同的温度对应的材料的塑性。为高强齿轮钢实际连铸下，拉矫机拉伸矫直温度尽量避开裂纹敏感区提供参考依据。

表1是本申请齿轮钢的元素成份，余量为Fe。