減速機(jī)用滲碳齒輪鋼18CrNiMo7-6氧含量和夾雜物的控制

宋部軍楊平(東北特鋼集團(tuán)北滿特殊鋼有限公司，黑龍江161000)

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減速機(jī)用滲碳齒輪鋼18CrNiMo7-6氧含量和夾雜物的控制

宋部軍楊平
(東北特鋼集團(tuán)北滿特殊鋼有限公司，黑龍江161000)

摘要::滲碳齒輪鋼18CrNiMo7-6要求的氧含量非常低，用強(qiáng)脫氧劑鋁可以降低氧含量，但用量不當(dāng)容易造成低倍夾雜。通過對低倍夾雜物成分分析及碳氧平衡關(guān)系的分析，摸索出合理喂鋁參數(shù)，既降低氧含量同時又不造成低倍夾雜物的增加。

關(guān)鍵詞:滲碳齒輪鋼;氧含量;低倍夾雜

減速機(jī)用滲碳齒輪鋼18CrNiMo7-6要求的氧含量非常低，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)一般要求≤20×10－6。而18CrNiMo7-6為低碳鋼，與碳平衡的氧含量較高，同時對夾雜物要求嚴(yán)格，因此該鋼種的冶煉難度大。

1　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1．1化學(xué)成分

1．1．1熔煉分析化學(xué)成分，允許Ca處理，見表1。

1．2成品成分允許偏差按DIN17210標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，見表2。

1．3冶煉方法

電爐冶煉+ LF + VD。

表1　熔煉化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　Melting chemical composition ( mass fraction，%)

表2　成品成分允許偏差(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2　The allowable deviation of the composition of finished product ( mass fraction，%)

1．4交貨狀態(tài)

退火( 600～700℃緩冷)，交貨硬度179～229HBW，標(biāo)記為“A”。

1．5加工用途

切削加工。

1．6加工比

熱軋圓鋼≥5，鍛造圓鋼及孔餅鍛比≥3。

1．7圓鋼低倍組織

按GB/T1979標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般疏松、中心疏松和偏析均不大于3級。

1．8高倍組織

非金屬夾雜物按ASTM E45檢驗(yàn)，合格級別符合表3要求。

1．9超聲檢測

按SEP1921標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，逐支(件)進(jìn)行無損檢測。

區(qū)域1:鍛餅或圓鋼的邊緣區(qū)，即從外徑表面向中心的1/3半徑處;

表3　非金屬夾雜物Table 3　Non-metallic inclusion

區(qū)域2:其它區(qū)域;

區(qū)域3:自鍛餅或圓鋼中心的1/5半徑范圍。

區(qū)域1按第3組執(zhí)行，質(zhì)量等級E/e級;

區(qū)域2按第2組執(zhí)行，質(zhì)量等級D/e級;

區(qū)域3按第2組執(zhí)行，質(zhì)量等級C/c級。

2　冶煉工藝

2．1電爐冶煉及要求

2．1．1裝料

裝料時生鐵或鐵水裝入量≥30%裝料量，裝料前裝500 kg爐底灰，同時配200 kg氧化鐵皮。

2．1．2出鋼條件

出鋼［C］:0．05%～0．10%，［P］≤0．008%，出鋼溫度≥1 580℃。

2．2 LF精煉

2．2．1初煉爐出鋼嚴(yán)禁下渣，到精煉位坐包后加熱吹A(chǔ)r，流量不宜過大，以不裸露鋼液面為宜。到精煉位喂鋁線150 m～200 m，預(yù)脫氧，并分批加入Al粒，使渣變白。渣白后取樣全分析，根據(jù)結(jié)果將成分調(diào)至控制成分要求值。白渣下精煉時間≥20 min，取樣分析進(jìn)行微調(diào)合金成分。此鋼種要求氧含量，VD前必須脫氧良好，爐渣必須白，嚴(yán)禁灰渣、黃渣、黑渣。成分調(diào)整合適，溫度≥1 650℃，VD前喂CaSi線2 m/t。

2．2．2出鋼條件: S≤0．010%，溫度≥1 650℃。

2．3 VD真空

2．3．1逐級開啟真空泵，真空度達(dá)67 Pa時保持時間≥15 min。此時Ar氣壓力隨真空度提高而逐漸調(diào)整，但不能關(guān)閉Ar氣。

2．3．2破真空后扣蓋大流量吹氮2 min～5 min，軟吹至吊包溫度，取樣分析N、Al含量。根據(jù)取樣分析結(jié)果及Al/N比為2．0～2．5的要求，調(diào)整N、Al。吊包溫度根據(jù)不同錠型在日計(jì)劃上標(biāo)注。

3　存在問題

此工藝經(jīng)過2012年近3個月的生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)無損檢測低倍夾雜物超標(biāo)情況較多，檢測夾雜合格率僅為99．45%。低倍夾雜物如圖1所示。

圖1　低倍夾雜物Figure 1　Macro-inclusion

表4　喂鋁量Table 4　Feeding amount of aluminum

4　問題分析及工藝調(diào)整

4．1夾雜物成分分析

首先對低倍夾雜物進(jìn)行電鏡分析，確定夾雜物主要成分是Al2O3。

4．2降低夾雜物的理論分析

要降低Al2O3含量，首先從降低氧含量入手。電爐出鋼時鋼液溶解氧含量是決定精煉后鋼液氧含量的主要因素，而出鋼氧含量與終點(diǎn)碳含量的控制有關(guān)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算，電爐冶煉過程中，1 600℃鋼液中C-Fe的選擇氧化平衡點(diǎn)為［C］= 0．035%，此時熔池中的溶解氧含量為0．075%［1］。理論上當(dāng)［C］＞0．035%，吹氧時，鋼液脫碳;當(dāng)［C］＜0．035%，吹氧時，氧與鐵反應(yīng)，生成FeO，增加鋼液氧含量［2］。因此，電爐出鋼時鋼液中的碳含量決定了鋼液中溶解氧含量。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究［3］，出鋼時加入足夠的鋁，可降低入LF時的溶解氧含量及全氧含量，有利于縮短LF精煉過程夾雜物去除時間。在同樣的精煉時間下，可生產(chǎn)出氧含量更低的鋼。根據(jù)如下反應(yīng)式，用電石CaC2脫氧不會形成Al2O3等有害夾雜物，即不會污染鋼液，并且有CaO的形成，可提高爐渣堿度［4］。

CaC2+ 3［O］= ( CaO) + 2CO

5　工藝調(diào)整

5．1電爐出鋼C由原來0．05%～0．10%，調(diào)整為0．06%～0．12%;出鋼時根據(jù)計(jì)算加鋁錠40 kg/t，電石40 kg/t。

5．2 LF爐喂鋁量，按表4計(jì)算。

5．3抽空真空若Al含量在0．025%～0．040%，不再補(bǔ)喂鋁線。

6　工藝調(diào)整后質(zhì)量狀況

6．1工藝調(diào)整前后成品鋁含量對比見表5(取調(diào)整前后一個月內(nèi)數(shù)據(jù))。

6．2工藝調(diào)整前后氧含量對比見表6(取調(diào)整前后一個月內(nèi)數(shù)據(jù))。

6．3鋼材無損檢測夾雜情況

18CrNiMo7-6工藝調(diào)整前檢測合格率為99．45%，工藝調(diào)整后檢測合格率可以達(dá)到99．92%，提高了0．47%。

6．4鋼材低倍檢驗(yàn)夾雜情況

18CrNiMo7-6取低倍片檢驗(yàn)的夾雜合格率為99．43%，工藝調(diào)整后夾雜合格率可以達(dá)到99．91%，提高了0．48%。

表5　鋁含量對比Table 5　Comparison of aluminum content

表6　氧含量對比Table 6　Comparison of oxygen content

7　結(jié)論

7．1通過控制電爐出鋼碳含量達(dá)到控制氧含量的目的，減少鋼液中氧化物夾雜的數(shù)量。

7．2出鋼加足脫氧鋁，為Al2O3的上浮留出充足時間，鋼液中殘留Al2O3夾雜減少，成品氧含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

7．3真空后，減少喂鋁甚至不喂鋁，極大的減少了澆注時二次氧化產(chǎn)生的Al2O3夾雜。

參考文獻(xiàn)

［1］張承武．煉鋼學(xué)．北京:冶金工業(yè)出版社，1991．

［2］李晶．LF精煉技術(shù)．北京:冶金工業(yè)出版社，2009．

［3］張鑒．爐外精煉的理論與實(shí)踐．北京:冶金工業(yè)出版社，1993．

［4］俞海明．電爐鋼水的爐外精煉技術(shù)．北京:冶金工業(yè)出版社，2010．

編輯李韋螢

Control of Oxygen Content and Inclusion of
Carburizing Gear Steel 18CrNiMo7-6 Used for Reducer

Song Bujun，Yang Ping

Abstract:Oxygen content is required very low for carburizing gear steel 18CrNiMo7-6 and the strong deoxidizer aluminum can reduce the oxygen content，but its inappropriate amount can cause macro-inclusion easily．By analyzing the composition of macro-inclusion and the balance relationship between carbon and oxygen，the reasonable aluminum feeding parameter is found to reduce oxygen content and not increase macro-inclusion．

Key words:carburizing gear steel; oxygen content; macro-inclusion

收稿日期:2014—06—03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

中圖分類號:TG156．3