基于M-EMS工艺优化的齿轮钢偏析及淬透性带宽控制

为提高齿轮钢产品淬透性带宽的可控性,基于数值模拟和工业试验,对比研究了连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)工艺参数对齿轮钢成分均匀性及其淬透性带宽的影响规律。结果表明,随着M-EMS工作电流由100增至600 A,结晶器出口中心处钢液过热度约由0.25降至-2.65℃,铸坯皮下12 mm处碳偏析度由0.98降至0.85。在质量守恒和结晶器内过热耗散的综合作用下,齿轮钢轧材横截面上碳质量分数极差值随M-EMS工作电流的增加呈先降低后增加的趋势,其中M-EMS工作电流为200 A时达到最低值,约为0.012%。与600 A/2.5 Hz工况相比,MEMS工艺参数为200 A/2.5 Hz时,齿轮钢末端淬透性带宽得到有效控制,可由之前最大的10HRC降至5HRC以内。     

齿轮钢22CrMoH淬透性的控制

为满足大规格22CrMoH齿轮钢窄淬透性的要求,兴澄特钢在实际生产中采用包内合金化与RH成分微调控制齿轮钢的化学成分;通过控制钢液过热度在15—20℃,采用电磁搅拌工艺和凝固末端动态轻压下技术,并保证铸坯的加热温度和均热时间,保证了成分的均匀性。热轧成品横断面上成分偏析度均〈5％,从而较好地控制了22CrMoH齿轮钢的淬透性和淬透性带宽,J15为33～39HRC,带宽为7HRC。     

碳偏析和残余B对20CrMnTiH1齿轮钢淬透性的影响

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；控制钢中残余B≤0．0002％，可使20CrMnTiH1齿轮钢淬透性带宽≤4HRC。     

齿轮钢窄淬透性带控制技术

 为提高齿轮钢淬透性带控制精度,优化了齿轮钢成分控制目标及精度要求,建立合金加料计算机控制模型和成分调整规则库,开发基于增量神经网络的齿轮钢淬透性预报模型,形成一套完整的齿轮钢窄淬透性带宽控制技术,并将该技术应用于20CrMnTiH齿轮钢。研究结果表明,可实现窄淬透性带控制,J9和J15淬透性带宽不大于4HRC的比例分别达到93.3%和89.2%,不大于6HRC的比例分别达到99.3%和98.4%。     

Cr-Ni-Mo系汽车齿轮钢质量稳定性水平分析

为了促进中国向制造业强国转型发展，制造业中关键零部件用材料在不断提升性能的同时，还必须保证具备高质量稳定性，如在推进中国高等级汽车开发时，汽车齿轮零件用材料就必须在具备高质量的同时，还具备足够的质量稳定性。Cr-Ni-Mo系齿轮钢是汽车齿轮钢中的一类重要的产品，具有承载力大、抗冲击性好的特点，应用比较广泛，因此，选择以Cr-Ni-Mo系汽车齿轮钢为研究对象开展研究。利用合金成分分析、末端淬透性试验、硬度检测、带状组织检测等试验方法，对Cr-Ni-Mo系齿轮钢冶炼成分、铸坯偏析、成品材偏析、淬透性、带状组织控制等进行研究和分析，完成了国内Cr-Ni-Mo系汽车齿轮钢先进质量稳定性控制水平研究，并分析了其对齿轮制造的影响。结果显示，国内某特钢厂Cr-Ni-Mo系汽车齿轮钢可以实现大批量工业生产时冶炼成分的精准控制，精炼终点碳质量分数波动在±0.01%以内，锰、铬、镍质量分数波动在±0.02%以内，且成品材截面碳偏析很小，碳质量分数波动不超过0.02%的炉次比例达97%。另外，该系列齿轮钢还可以达到窄淬透性带宽和低带状组织级别稳定控制，其淬透性带宽基本稳定控制在4HRC以内，带状组织稳定控制...     

莱钢20CrMnTiH钢淬透性带宽的原因分析与控制

莱钢生产的20CrMnTiH钢成分波动较大,淬透性带8～10 HRc,范围较宽,这制约齿轮钢质量档次的进一步提高.通过对试样横截面的硬度测试及铸坯成分分析,发现铸坯碳偏析为主要问题.通过在冶炼过程中严格控制化学成分,执行分带生产、增加电磁搅拌等措施后,C控制在0.19%～0.22%的炉次达到了95.6%,淬透性带控制在6 HRc内的达到了92.1%,在4 HRC内的达到了86.2%,提高了产品质量,满足了用户需求.     

轿车用20CrMnTiH齿轮钢窄淬透性控制实践

淬透性是齿轮钢的核心指标,对成品齿轮的综合性能有很大程度的影响。通过理论基础,配合现场实践,摸索出了齿轮钢窄淬透性带宽的控制方法。将化学成分C控制在±0.01%,Si、Mn、Cr控制在±0.02%,B控制在0.000 5%以下,可以大幅度提高齿轮钢淬透性的稳定性,实现淬透性带≤5 HRC的水平,满足轿车齿轮用钢的使用要求。     

20CrMnTiH齿轮钢窄淬透性带短流程生产工艺

介绍了采用90t转炉-LF-CC-热轧生产窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢工艺。轧材检验及生产过程中取样分析表明,钢中气体含量（N2＋O2）〈60×10-6,淬透性带宽△HRC〈6.5,夹杂物检验等级及偏析程度均〈1.5级,组织晶粒度〉7级,各项机械性能均符合GB5612-2004要求。     

120 t BOF-LF-CC流程生产20CrMnTi齿轮钢的工艺实践

武钢条材总厂采用铁水脱硫-120 t BOF-LF-200 mm×200 mm方坯连铸-热轧工艺生产窄淬透性带20CrMnTi齿轮钢。生产结果表明,通过转炉高拉碳工艺,控制终点[C]≥0.08%,出钢时加0.8 kg/t铝块预脱氧、钢包吹氩喂氩喂铝线150 m,LF精炼时喂0.4 kg/t铝线和控制精炼渣碱度3.0~4.0,并采用精确调整合金成分,氩封长水口连铸等工艺措施,生产122炉20CrMnTi齿轮钢成分为(%):0.19~0.21C,0.22~0.31Si,0.85~1.04Mn,1.01~1.19Cr,0.04~0.09Ti,0.02~0.06Cu,≤24×10-6[O],≤55×10-6[N];疏松和偏析级别均≤1.0,晶粒度级别≥9.0;淬透性带宽△HRC≤5.9,满足标准要求。     

基于微观偏析模型的Mn-Cr系齿轮钢淬透性带宽

 运用凝固传热模型,计算出了连铸坯在不同凝固阶段的冷却速率,对经典的BF微观偏析模型进行了修正,并以此为基础建立了由化学成分的不均匀性导致的Mn-Cr系齿轮钢淬透性带宽预测模型,分析了不同二次冷却强度对淬透性带宽的影响。由淬透性带宽预测模型得知,20CrMnTi连铸坯试样淬透性带宽呈抛物线状分布,淬透性带宽曲线在端淬距离0～15 mm范围内呈上升趋势,距离端淬距离超过15 mm时呈下降趋势,距离端淬约15 mm处试样的淬透性带宽取得最大值;适当提高二冷区冷却强度可以缩小连铸坯试样的最大淬透性带宽。     

窄淬透性20CrMnTiH2齿轮钢棒材的研制开发

通过分析C,Si,Mn,Cr,Ti,S等元素对保淬透性齿轮钢的淬透性等的影响,设计了20CrMnTiH2典型齿轮钢钢种的化学成分,并通过试生产和检、试验得出了典型钢种最佳的窄成分控制范围,从而很好地满足了用户对齿轮钢产品窄淬透性带宽、细晶和高纯净度等的要求。     

120t转炉-LF—CC短流程20CrMnTiH窄淬透性带生产工艺

采用120t转炉-LF—CC-热轧短流程生产φ28—120mm20CrMnTiH齿轮钢。轧材检验及生产过程中取样分析表明,钢中氮氧含量总和小于60×10^-6,淬透性带宽（J9,J15）△HRC〈7,夹杂物检验等级和偏析程度均小于1．5级,组织晶粒度大于7级,各项机械性能均符合GB要求。     

齿轮钢晶粒尺寸对淬透性的影响

以20CrNiMoH齿轮钢为实验对象,研究了齿轮钢不同晶粒尺寸对其淬透性的影响。在同一棒料上截取端淬试样,经925、950、980、1 000和1 050℃等不同奥氏体化温度处理后开展末端淬火实验,结果发现经不同奥氏体化温度处理的试样淬透性能差距较大。进一步研究发现,20CrNiMoH齿轮钢试样淬透性能的不一致主要源自于不同试样晶粒尺寸的差别。20CrNiMoH齿轮钢试样经不同奥氏体化温度处理后,晶粒尺寸和长大趋势不同,晶粒尺寸长大会推迟过冷奥氏体相变发生,从而保持奥氏体的稳定性,提高齿轮钢的淬透性。此外还定量研究了20CrNiMoH齿轮钢晶粒度等级同淬透性硬度的关系,发现20CrNiMoH钢晶粒度级别提高1级,J5、J9和J15处端淬硬度值分别下降约1.9HRC、4.0HRC和1.3HRC,J9处端淬硬度受晶粒度的影响最为显著。     

钢锭成分偏析对淬透性的影响

本文研究了钢锭成分偏析对淬透性的影响。从一炉一百吨平炉冶炼的20CrMnTi钢中,在不同浇注次序的两根三吨钢锭的钢坯上,按对应于钢锭的头、中、尾部位上各切取一段,并按里、中、外位置编号,以当前通用的标准末端淬透性试验方法,测定了36个试样,获得了2592个数据,结果表明,钢锭的技晶偏析和区域偏析是使同一炉钢淬透性波动的直接原因。不同炉次之间的成分波动只是全部影响因素中的一部分。因此,对于控制窄淬透性带钢(H钢)生产,冶炼时成分微调工艺的实现仅是必要条件,只有当有效地减小凝周偏析的新工艺同时建立时,才能最终全面实现较大截面H钢的生产。     

窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢的开发

开发的窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢的生产工艺流程为铁水预脱硫-130t BOF-LF-RH-280mm×280mm坯连铸-轧制至Φ60mm圆钢。通过设计的内控成分（/%:0.18~0.20C,0.20~0.30Si,0.90~0.98Mn,≤0.025P,≤0.010S,0.05~0.07Ti,≤0.0015O）,设立结晶器电磁搅拌参数200A,2.5Hz,控制拉速0.62m/min,过热度15~30℃。检验结果表明,化学成分稳定,钢中氧含量≤11.3×10^-6,非金属夹杂级别≤1.0,带状组织级别≤2.0,淬透性带宽HRC值≤3.5,满足产品协议要求。     

20CrMnTiH齿轮钢质量分析

通过实测数据对电炉和转炉生产的20CrMnTiH齿轮钢的质量情况进行分析对比,结果表明,钢的低倍组织优良,P含量控制0.019%以下,S含量0.010%,氧含量控制在20×10~(-6)以下,非金属夹杂物级别低,晶粒度7~8级,化学成分稳定,淬透性带宽≤8 HRC的比例达78.5%~82.9%,顶锻合格率99.50%以上。20CrMnTiH齿轮钢总体质量控制在较好水平,均能达到标准要求。     

钒、钛微合金化对35MnBH钢淬透性的影响

通过实验室研究了钒、钛微合金化对35MnBH钢淬透性的影响,分析了V及V、Ti复合微合金化对35MnBH淬透性影响,试验结果表明采用V、Ti两种复合微合金化比单独使用V微合金化在提高钢的淬透性方面,平均提高1~4HRC,尤其在J11后的末端淬透性硬度下降明显趋缓。     

转炉冶炼25MnB履带钢的生产实践

针对25MnB履带钢的技术要求,通过合理的成分及工艺设计,实现了转炉冶炼含硼履带钢的生产。实物检验表明,化学成分控制稳定,钢水纯净度高,w(O)20×10-6,夹杂物主要为A类及C类,级别小于1.0,连铸坯低倍检验存在轻微的中心疏松及缩孔,无其他缺陷,末端淬透性J 1.5的硬度为46.7~51.4HRC,J9的硬度为42.1~46.3HRC,J15的硬度为24.3~30.0HRC。     

汽车用齿轮钢20CrMnTiH-1的研制

为开发试制用BOF-LF-CC工艺生产汽车齿轮钢20CrMnTiH-1，制订了合理的内控成分，强化了转炉终点控制、LJ炉铝脱氧造白渣、低过热度全保护浇注等工艺制度，达到了淬透性带宽小于6．5HRC、晶粒度8级、全氧含量小于0．0020％的水平，并通过喂硫线控制钢中硫含量，提高其加工切削性能，满足了用户的特殊使用要求。     

重载齿轮用8620H钢多点窄淬透性带计算与控制

利用硬度分布函数计算8620H钢淬透性,以最优淬透性计算结果的各主要化学成分值为基础指导生产,采用化学成分窄范围设计,保证主要化学元素成分控制范围:w(C)为±0.007 5%,w([Si])为±0.03%,w([Mn])、w([Cr])、w([Ni])为±0.02%,w([Mo])为±0.01%,w([Alt])为±0.010%,w([P])、w([S])不超过0.020%,w([B])不超过0.000 5%,并控制碳偏析指数0.95～1.05。产品实测J_(1.5)、J_(5.0)、J_(7.9)、J_(12.7)淬透性满足要求,淬透性带宽达到不大于6 HRC,甚至不大于4 HRC的水平。