专利名称：18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法
技术领域：
本发明属于金属材料制造领域，公开一种大型齿轮钢锻件制造方法，主要用于合金结构钢18CrNiMo7-6齿轮钢的生产。
背景技术：
18CrNiMo7-6为德国牌号，原牌号为17CrNiMo6，随着减速器机械行业和风电行业、高铁行业的迅猛发展，18CrMMo7-6作为齿轮或齿轮轴关键件的主导应用材料，为确保其产品的高效性、安全性运行，用户对材料质量技术指标不断提出新的要求，为减少大型齿轮变形，锻件淬透性带宽由原来的7HRC缩小为5HRC，并提出带状组织的要求；为提高切削加工效率，要求钢材交货状态组织为F+P平衡组织；用于风电增速器齿轮钢要求晶粒度的耐久性(即950°C高温处理下保温80h，晶粒度达到8级 6级不长大)，目前尚未见国内、 外文献报道与此相关的研究工作。18CrNiMo7_6为白点敏感钢种，采用普通的去氢退火易出现白点缺陷(或出现白点滞后现象)。由于锻件锻造后采用红送退火，奥氏体在冷却过程中组织转变不充分，部分残余奥氏体未发生转变，而氢在奥氏体中溶解度最大，随着时间的推移，残余奥氏体发生马氏体转变，形成较大的组织应力，产生裂纹。目前国内采用3500吨快锻机生产的18CrNiMo7-6锻件的最大尺寸Φ 750mm，孔饼类锻件的最大外径Φ 1250mm。随着大锭型的应用，易存在夹杂、成分和组织的偏析问题愈显突出，成分和组织的均勻性是影响成品齿轮淬火硬度和变形的两大主要因素，因此用户对淬透性提出更高要求，即淬透性带宽不大于5HRC，这是常规工艺所难以实现的。18CrNiMo7-6为贝氏体钢，根据其CCT曲线，F+P转变温度范围窄，且转变时间长， 而采用等温正火工艺获得的组织是B或B+F+P混合组织。解决上述问题应采取两个方面的关键技术措施一方面制定科学的热处理工艺是决定18CrNiMo7-6钢能否获得F+P组织和去白点效果的核心技术，另一方面合理的化学成分设计是淬透性和晶粒度耐久性的有效控制方法。对国内、外文献检索中未查到相关的有价值的退火工艺信息和晶粒度耐久性保证方面的信息；抚顺特殊钢股份有限公司在采用现有技术研发、生产中批量出现过白点滞后现象，也不能保证晶粒度的耐久性，而且经常出现非平衡和贝氏体组织，带状组织和淬透性经常有个别点超出规定范围。
发明内容
对于18CrNiMo7_6钢，处理退火工艺的难点在于即要保证获得F+P，同时还要必须保证具有去氢功能；化学成分设计的难点在于即要保证晶粒度及晶粒度耐久性，同时还要必须保证窄淬透性带；并且晶粒度及晶粒度耐久性还取决于终锻温度的控制。本发明目的是公开一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，通过采用等温退火、控制炉冷速度的热处理工艺，达到去氢和获得F+P组织的双重目的；通过严格控制对钢材淬透性和晶粒度有重大影响的化学元素C、Mn、Nb、Al、N的窄范围，达到具有窄淬透性带和合格晶粒度及晶粒度耐久性的双重目的；严格执行冶炼工艺提高钢的纯净度；开发出完全达到客户技术质量要求的18CrMM07-6钢，解决大型齿轮钢切削困难、淬火裂纹、晶粒粗大以及白点质量问题。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案1.工艺路线为电炉一LF — VD —铸锭9t 27t — 3500快锻机生产一热处理一矫直一粗车，包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺；2.具体工艺措施(1)炼钢工艺①化学成分设计依据美国ASTMA255和德国的SEP1664淬透性计算软件，结合实际端淬试验结果， 应用大量数据回归分析，制定18CrMM07-6化学成分内控标准，见表1。表 权利要求
1.一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉一LF — VD —铸锭 9t 27t — 3500快锻机生产一热处理一矫直一粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于所述炼钢工艺①18CrNiMo7-6 化学成分(% )内控标准:C0. 16 0. 19、MnO. 55 0. 65、SiO. 20 0. 30, S ^ 0. 005,P 彡 0. 015,Nil. 55 1. 65, Crl. 65 1. 75,Mo 0. 25 0. 30、A10. 02 0. 04、NO. 008 0. 015 ；②电炉炼钢工艺配料选用优质废钢、生铁或铁水>30% ；出钢温度> 1630P彡0. 010%，终点碳按彡0. 08%控制，出钢前3min 5min降低用氧强度，增加喷碳用量， 每炉300kg 400kg ；钢终脱氧加铝2. 5kg/t 3. Okg/t ；优质白灰满足一级以上质量要求 CaO彡90%，生烧率彡10%，活度彡300ml，保证自由空间彡800mm，严禁下氧化渣；③LF炉精炼工艺到位按0.08 %喂铝，全程采用碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量 20Kg 30Kg，白渣保持时间彡30min ；依样1包括考虑炉中的全铝结果，按0. 06%喂铝，真空前考虑炉中按0. 05%喂铝，保证VD处理后铝含量大于0. 02%，其余时间尽量不喂铝线； 按0. 03%计算加入Nb-Fe ；出钢温度彡1690°C,S^0. 010% ；④VD处理工艺入罐前少量扒渣，真空度<lOOPa，真空下保持时间彡20min ；解除真空后加N-Cr，N-Cr必须充分烘烤，不考虑炉中N按0. 007%计算加入，软吹时间彡30min ；⑤浇注工艺Ar保护浇注，浇注温度1585°C士5°C，大于9吨锭以上钢锭采用模冷，模冷时间84h ；所述锻造工艺钢锭加热温度1210°C 士 10°C，温度按上限1220 °C控制，保持他 IOh ；钢锭两次镦拔，开锻温度1080°C，保证切除量钢锭头部彡15%，钢锭尾部彡5% ；中间坯加热到 11800C 士 10°C，保温时间大于4h，终锻温度875°C 士25°C ；所述热处理工艺钢材直径Φ < 350mm，只走曲线中II段，直径Φ彡350mm走曲线I段+11段。钢材直径Φ = 250mm(只走曲线中II段)H1 (在890°C温度下保温时间)时间15h， H2(在650°C温度下保温时间)时间为40h ；钢材直径每增加100mm，H2时间加长25小时； 孔饼类锻件最终退火工艺走II段曲线。
2.根据权利要求1所述一种18CrMM07-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉 —LF — VD —铸锭9t 27t — 3500快锻机生产一热处理一矫直一粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于所述炼钢工艺①电炉炼钢工艺选用废钢、生铁配入量30%；出钢温度1670°C，P含量为0.010%，终点碳0. 010%,出钢前;3min降低用氧强度，增加喷碳用量378Kg ；终脱氧加铝162kg ；自由空间810mm，未下氧化渣；②LF炉精炼工艺扩散脱氧首批加入量30Kg，白渣保持时间30min；出钢温度1700°C， S :0. 003% ；③VD处理工艺真空保持时间20min，解除真空后软吹时间35min；④浇注工艺浇注温度1587°C；锭型27吨锭，模冷时间84h ；所述锻造工艺钢锭加热保温IOh ；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产；钢锭头部切除量18%，钢锭尾部切除量5. 5% ；中间坯加热保温时间4. 5h，终锻温860°C 士 10°C ；所述热处理工艺将孔饼加热到890士 10°C保温20小时，每小时70°C降温到660°C，保温80小时，30°C / h降温到500°C出炉空冷。
3.根据权利要求1所述一种18CrMMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉 —LF — VD —铸锭9t 27t — 3500快锻机生产一热处理一矫直一粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于所述炼钢工艺①电炉炼钢工艺选用废钢、生铁配入量30%；出钢温度1680°C，P含量为0. 0093%, 终点碳0. 072%，出钢前;3min降低用氧强度，增加喷碳用量400Kg ；终脱氧加铝150kg ；自由空间820mm，未下氧化渣；②LF炉精炼工艺扩散脱氧首批加入量30Kg，白渣保持时间33min；出钢温度1692°C， S :0. 006% ；③VD处理工艺真空保持时间25min，解除真空后软吹时间30min。④浇注工艺浇注温度1588°C；锭型15吨锭，模冷时间84h ；所述锻造工艺钢锭加热保持IOh ；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产，钢锭头部切除量16%，钢锭尾部切除量5% ；中间坯加热保温时间5.0h，终锻温870°C 士 10°C ；所述热处理工艺钢材加热 650°C保 5h，冷却到 290°C 320°C保 8h，680°C保 5h，890°C 士 10°C保温 10h， 冷却到290°C 310°C保12h，到890°C 士 10°C保温15h，每小时70°C降温到660°C，保温78 小时，30°C /h降温到500°C出炉空冷。
全文摘要
本发明公开一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉→LF→VD→铸锭9t～27t→3500快锻机生产→热处理→矫直→粗车；通过严格控制对钢材淬透性和晶粒度有重大影响的化学元素C、Mn、Nb、Al、N的窄成分范围，达到具有窄淬透性带和合格晶粒度及晶粒度耐久性的双重目的；严格执行冶炼工艺提高钢的纯净度；通过采用等温退火、控制炉冷速度的热处理工艺，达到去氢和获得F+P组织的双重目的。本发明的优点在于通过提高纯净度、保证窄淬透性带、实现晶粒度耐久性及采用独特的热处理工艺，开发出完全达到技术要求的18CrNiMo7-6钢，解决了大型齿轮钢切削困难、淬火裂纹、晶粒粗大以及白点质量问题。
文档编号C22C38/44GK102424934SQ20111036428
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者冯桂萍, 刘金鑫, 段永生, 王连海, 秋立鹏, 程丽杰, 纪肖, 薛井恒, 赵敏, 郭晓俊, 阚志, 陈明, 马群 申请人:东北特殊钢集团有限责任公司