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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

        2016-01-12 06:34:19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
        大型鑄鍛件 2015年2期

        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(duì)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(shí)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(shí)對(duì)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(jí)。

        1.8高倍組織

        非金屬夾雜物按ASTM E45檢驗(yàn),合格級(jí)別符合表3要求。

        1.9超聲檢測(cè)

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

        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(jí)E/e級(jí);

        區(qū)域2按第2組執(zhí)行,質(zhì)量等級(jí)D/e級(jí);

        區(qū)域3按第2組執(zhí)行,質(zhì)量等級(jí)C/c級(jí)。

        2 冶煉工藝

        2.1電爐冶煉及要求

        2.1.1裝料

        裝料時(shí)生鐵或鐵水裝入量≥30%裝料量,裝料前裝500 kg爐底灰,同時(shí)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(shí)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(jí)開啟真空泵,真空度達(dá)67 Pa時(shí)保持時(shí)間≥15 min。此時(shí)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(gè)月的生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)無損檢測(cè)低倍夾雜物超標(biāo)情況較多,檢測(cè)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(duì)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(shí)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(shí)熔池中的溶解氧含量為0.075%[1]。理論上當(dāng)[C]>0.035%,吹氧時(shí),鋼液脫碳;當(dāng)[C]<0.035%,吹氧時(shí),氧與鐵反應(yīng),生成FeO,增加鋼液氧含量[2]。因此,電爐出鋼時(shí)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(shí)加入足夠的鋁,可降低入LF時(shí)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(shí)間。在同樣的精煉時(shí)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(huì)形成Al2O3等有害夾雜物,即不會(huì)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(shí)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(duì)比見表5(取調(diào)整前后一個(gè)月內(nèi)數(shù)據(jù))。

        6.2工藝調(diào)整前后氧含量對(duì)比見表6(取調(diào)整前后一個(gè)月內(nèi)數(shù)據(jù))。

        6.3鋼材無損檢測(cè)夾雜情況

        18CrNiMo7-6工藝調(diào)整前檢測(cè)合格率為99.45%,工藝調(diào)整后檢測(cè)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(duì)比Table 5 Comparison of aluminum content

        表6 氧含量對(duì)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(shí)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(shí)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(hào):TG156.3

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