阅读说明：本技术 一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法 (Low-silicon microalloyed high-temperature carburized gear steel and manufacturing method thereof ) 是由 杨世钊 俞杰 朱天浩 江宏亮 周湛 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法,向转炉中加入20%左右的废钢,然后兑入铁水进行冶炼,终点出钢控制目标：C≥0.08%,P≤0.015%,出钢过程进行滑板挡渣操作,减少下渣；出钢开始后约90秒时开始合金化,加入顺序为：铝铁～碳粉～合金～石灰。该低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法,通过极大降低了夹杂物在水口内侧的富集,实现浇铸过程塞棒曲线的稳态控制,防止塞棒曲线突然波动卷入大尺寸夹杂物,可以实现至少6炉连续浇铸生产,同时显著提高齿轮使用疲劳寿命,阻碍奥氏体晶粒的异常长大,提高了齿轮钢的奥氏体晶粒粗化温度,从而达到了防止高渗碳温度后齿轮钢的奥氏体晶粒出现混晶和晶粒粗大的效果。(The invention discloses a low-silicon microalloyed high-temperature carburized gear steel and a manufacturing method thereof, wherein about 20 percent of scrap steel is added into a converter, then molten iron is added for smelting, and a control target of end point steel tapping is as follows: c is more than or equal to 0.08 percent, P is less than or equal to 0.015 percent, and the sliding plate slag stopping operation is carried out in the tapping process to reduce the slag; alloying is started about 90 seconds after tapping is started, and the adding sequence is as follows: ferro-aluminium-carbon powder-alloy-lime. The low-silicon microalloying high-temperature carburized gear steel and the manufacturing method thereof greatly reduce the enrichment of impurities on the inner side of a water gap, realize the stable state control of a stopper rod curve in the casting process, prevent the stopper rod curve from being involved in large-size impurities due to sudden fluctuation, realize at least 6-furnace continuous casting production, obviously prolong the service life of the gear, prevent the abnormal growth of austenite grains, improve the austenite grain coarsening temperature of the gear steel, and further achieve the effect of preventing the mixed crystals and coarse grains of the austenite grains of the gear steel after the high carburization temperature.)

一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及特殊钢类技术领域，具体为一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法。

背景技术

随着环境污染和能源枯竭的日益加剧，环保、节能、高性能、高效率的高温真空渗碳技术成为近年国际热处理技术发展及应用的主要方向。目前国内外常用的气体渗碳温度一般不高于930℃，而高温真空渗碳由于其处理环境无氧，因此其渗碳温度可高980℃甚至1000℃以上。根据渗碳 原理计算，渗碳温度提高53℃左右，渗碳时间可以缩短50％左右。因此如果把渗碳温度提高到980℃，可以使渗碳时间缩短为原来的50％。高温真空渗碳技术以其自身的优势逐渐成为替代气体渗碳技术的必然选择。

从二十世纪九十年代开始，高温真空渗碳技术在欧洲和日本开始实现工业应用。然而，到目前为止，国内只有少数几家汽车零部件生产企业引 进了高温真空渗碳成套设备，并且由于缺乏配套的高温真空渗碳用齿轮钢种，致使该设备当作普通渗碳设备使用，造成企业与社会资源浪费。因此，高温真空渗碳齿轮钢的开发研究迫在眉睫。

高温真空渗碳齿轮钢的主要技术难题是在提高渗碳温度后齿轮钢的奥氏体晶粒出现混晶和晶粒粗大现象，从而影响齿轮的强度和精度，使齿轮无法使用而报废。为保证高温真空渗碳齿轮的性能要求，一般要求奥氏体晶粒度为5.0-8.0级。为获得所要求的晶粒度，人们通常采用的方法是控制Al、N含量，或者添加Nb、Ti、V等元素，形成Al、Nb、Ti、V的碳、氮化合物微粒钉扎钢材的奥氏体晶界，阻碍奥氏体晶粒在加温过程中异常长大，从而提高齿轮钢奥氏体晶粒粗化温度，保证齿轮经过高温真空渗碳处理后其组织和性能符合齿轮的使用要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法，解决了高渗碳温度后齿轮钢的奥氏体晶粒出现混晶和晶粒粗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法，所述包括以下步骤：

第一步：转炉冶炼

向转炉中加入20%左右的废钢，然后兑入铁水进行冶炼，终点出钢控制目标：C≥0.08%，P≤0.015%，出钢过程进行滑板挡渣操作，减少下渣；出钢开始后约90秒时开始合金化，加入顺序为：铝铁～碳粉～合金～石灰。

第二步：LF钢包炉精炼

控制炉渣碱度为2.0～3.0，同时控制好Ar气流量，防止钢水翻滚厉害产生卷渣；采取渣面复合脱氧剂和碳化硅扩散脱氧综合脱氧，渣面复合脱氧剂用量≥150kg，冶炼中后期加入碳化硅≥80kg、少量硅铁粉对炉渣维护。

第三步：RH真空脱气

对钢水真空处理5min之后加入钛铁固氮，真空度在0.266kPa以下保持≥18min,有利于减少大颗粒夹杂物；为了确保氮稳定可控，真空处理采用全程吹氮气增氮，真空处理结束后补喂氮铬线增氮；真空处理结束后，禁止进行钙处理，防止形成Ca、Al复合夹杂物堵塞水口；真空处理后，将钢包吊到软吹氩工位进行软吹氩操作，保持吹氩20min以上，以促进夹杂物的上浮聚集去除，软吹氩流量以不吹破渣面且渣面略微波动为准，严禁钢水裸露。

第四步：连铸

连铸过程使用大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣等措施对钢水进行全程保护浇注，中间包浇注温度控制在1533±10℃，采用恒拉速进行浇注，同时采用结晶器电磁搅拌、二次冷却水弱冷等工艺措施改善铸坯的内部质量。为防止铸坯产生微裂纹，铸坯切割后吊入缓冷坑中进行高温缓冷，必须确保入坑表面温度≥610℃。

第五步：将铸坯加热轧制成圆钢

取圆钢样模拟渗碳淬火工艺，工艺为：在1010℃温度下保温两个小时进行渗碳，在1020℃温度下保温四个小时进行渗碳，在1030℃温度下保温六个小时进行渗碳，然后在860℃进行淬火并在200℃进行回火。

优选的，所述转炉出钢时，利用出钢时搅拌动能，加入适量的石灰进行渣洗预造还原渣，保证碱度，防止回磷回硅；出钢过程全程软搅拌均匀成分和温度；采用钢芯铝进行钢液脱氧；根据下渣量大小（一般下渣量约5kg/t），出钢后及时加入适量改质剂；采用高碳锰进行合金化。

优选的，所述在连铸工序还应严格控制连铸过程的塞棒曲线，保持浇铸过程塞棒曲线的稳态控制。

优选的，所述转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。

优选的，所述RH真空脱气过程中，过小的钢水量会使温度降低过快而达不到处理目的。钢包一般容量≥30t。当钢水容量较大时，热稳定性较好，可以从容地进行处理，达到好的处理结果，真空泵必须有足够的能力以保证在脱气处理时的真空水平，保证钢液的处理质量。

优选的，所述转炉冶炼过程中，铝铁合金加入量控制在80±20kg，确保出钢温度≥1610℃。

有益效果如下：

（1）该低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法，通过控制了Al、N元素的含量，降低了Al含量，然后结合冶炼低氧含量的有效控制，减少Al2O3脆性夹杂形成数量，采取真空后严禁钙处理，且延长软吹氩时间促进大尺寸夹杂物上浮去除，极大降低了夹杂物在水口内侧的富集，实现浇铸过程塞棒曲线的稳态控制，防止塞棒曲线突然波动卷入大尺寸夹杂物，可以实现至少6炉连续浇铸生产，同时显著提高齿轮使用疲劳寿命，阻碍奥氏体晶粒的异常长大，提高了齿轮钢的奥氏体晶粒粗化温度，从而达到了防止高渗碳温度后齿轮钢的奥氏体晶粒出现混晶和晶粒粗大的效果。

（2）该低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法，通过严格控制微合金元素的含量，避免了钢材中出现夹杂，保证了钢材稳定的生产质量，同时也降低了钢材的生产成本。

具体实施方式

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法，包括以下步骤：

第一步：转炉冶炼

向转炉中加入20%左右的废钢，然后兑入铁水进行冶炼，终点出钢控制目标：C≥0.08%，P≤0.015%，出钢过程进行滑板挡渣操作，减少下渣；出钢开始后约90秒时开始合金化，加入顺序为：铝铁～碳粉～合金～石灰，转炉冶炼过程中，铝铁合金加入量控制在80±20kg，确保出钢温度≥1610℃，转炉出钢时，利用出钢时搅拌动能，加入适量的石灰进行渣洗预造还原渣，保证碱度，防止回磷回硅；出钢过程全程软搅拌均匀成分和温度；采用钢芯铝进行钢液脱氧；根据下渣量大小（一般下渣量约5kg/t），出钢后及时加入适量改质剂；采用高碳锰进行合金化。

第二步：LF钢包炉精炼

控制炉渣碱度为2.0～3.0，同时控制好Ar气流量，防止钢水翻滚厉害产生卷渣；采取渣面复合脱氧剂和碳化硅扩散脱氧综合脱氧，渣面复合脱氧剂用量≥150kg，冶炼中后期加入碳化硅≥80kg、少量硅铁粉对炉渣维护。转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。

第三步：RH真空脱气

对钢水真空处理5min之后加入钛铁固氮，真空度在0.266kPa以下保持≥18min,有利于减少大颗粒夹杂物；为了确保氮稳定可控，真空处理采用全程吹氮气增氮，真空处理结束后补喂氮铬线增氮；真空处理结束后，禁止进行钙处理，防止形成Ca、Al复合夹杂物堵塞水口；真空处理后，将钢包吊到软吹氩工位进行软吹氩操作，保持吹氩20min以上，以促进夹杂物的上浮聚集去除，软吹氩流量以不吹破渣面且渣面略微波动为准，严禁钢水裸露，RH真空脱气过程中，过小的钢水量会使温度降低过快而达不到处理目的。钢包一般容量≥30t。当钢水容量较大时，热稳定性较好，可以从容地进行处理，达到好的处理结果，真空泵必须有足够的能力以保证在脱气处理时的真空水平，保证钢液的处理质量。

第四步：连铸

连铸过程使用大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣等措施对钢水进行全程保护浇注，中间包浇注温度控制在1533±10℃，采用恒拉速进行浇注，同时采用结晶器电磁搅拌、二次冷却水弱冷等工艺措施改善铸坯的内部质量。为防止铸坯产生微裂纹，铸坯切割后吊入缓冷坑中进行高温缓冷，必须确保入坑表面温度≥610℃，在连铸工序还应严格控制连铸过程的塞棒曲线，保持浇铸过程塞棒曲线的稳态控制。

第五步：将铸坯加热轧制成圆钢

取圆钢样模拟渗碳淬火工艺，工艺为：在1010℃温度下保温两个小时进行渗碳，在1020℃温度下保温四个小时进行渗碳，在1030℃温度下保温六个小时进行渗碳，然后在860℃进行淬火并在200℃进行回火。

综上所述，该低硅微合金化高温渗碳齿轮钢及其制造方法的优点为：

通过控制了Al、N元素的含量，降低了Al含量，然后结合冶炼低氧含量的有效控制，减少Al2O3脆性夹杂形成数量，采取真空后严禁钙处理，且延长软吹氩时间促进大尺寸夹杂物上浮去除，极大降低了夹杂物在水口内侧的富集，实现浇铸过程塞棒曲线的稳态控制，防止塞棒曲线突然波动卷入大尺寸夹杂物，可以实现至少6炉连续浇铸生产，同时显著提高齿轮使用疲劳寿命，阻碍奥氏体晶粒的异常长大，提高了齿轮钢的奥氏体晶粒粗化温度，从而达到了防止高渗碳温度后齿轮钢的奥氏体晶粒出现混晶和晶粒粗大的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。