本发明涉及金属材料冶炼领域，特别是一种工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢及制备方法。
背景技术：
随着设备制造行业在高科技高质量方面的更新换代及高速发展，尤其是近年高端设备在各个行业需求量的不断扩大，机器人作为现代高科技流水生产环节的重要组成部分，研制开发高质量工业机器工作已成为企业的重中之重。机器人关节柔轮，是谐波齿轮减速器的基本组成元件，谐波齿轮减速器一般由波发生器、柔轮和刚轮三个元件组成。谐波齿轮传动是一种十分理想的仿人机器人用减速器。首先在同样的减速比下，与行星齿轮减速器、rv减速器等其他减速器相比它体积更小，质量更轻；其次它的回差小，定位精度高，易于实现精确的位置控制；最后谐波减速器在正确啮合的条件下其传动效率也比较高。也正因为如此，在目前研制出来的仿人机器人大多在其传动部分采用谐波减速器，主要是短筒柔轮谐波减速器和环形谐波减速器。技术实现要素：本发明的目的是要解决现有技术的问题，提供一种工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢及制备方法，制得的高强度rl40钢具有高强度、高韧性、高耐磨、长寿命、高可靠性，将高强度rl40钢用于工业机器人关节柔轮，能够提高工业机器人关节柔轮的使用寿命。为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：首先，本发明提供一种工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢，由以下重量百分比的成分组成：另外，本发明还提供一种工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢的制备方法，依次包括电炉初炼、精炼、真空脱气、铸电极坯、保护气氛电渣重熔、轧制过程坯、连轧，所述真空脱气中：真空脱气：真空度≤0.5乇下保持时间≥18分钟；脱气操作时的氩气控制：真空度>200乇，氩气压力0.20～0.35mpa，极真空时氩气压力0.25～0.45mpa；按100％回收率加入量为0.015％稀土硅合金、0.010％纯稀土金属块；破真空后，根据温度情况进行渣面波动50～100mm的弱氩搅拌，时间大于15分钟，确定钢水的成分：c0.25～0.55％，si0.15～0.45％，mn0.60～1.00％，cr0.7～1.20％，ni1.5～2.50％，al0.010-0.050％，mo≤0.30％，v≤0.10％，ti≤0.030％，re≤0.030％，nb≤0.10％，fe余量；所述保护气氛电渣重熔中：电渣重熔采用保护气氛电渣炉生产，渣系采用caf2、al2o3、cao、mgo组成的四元渣，按提纯渣生产，每支电渣锭所配渣量：75kg±5kg；根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂为cac2，用量为150g；正常冶炼的电力制度：42v～46v、11500～13500a；控制熔速7.0kg±0.5kg/min；冷却水温：30℃～60℃；锭型：φ490mm；锭重：2700kg±50kg；脱锭时间：≥50min。本发明的制作原理是：选用合理碳范围的cr、ni材料，钢中主要添加特殊稀有元素re及辅助元素v、nb、ti进行微合金化，并采用特种冶炼工艺后，降低钢中的气体含量、夹杂物数量、大小及改善夹杂物形状，使钢质达到高洁净、高均匀化。特别是钢中re元素的适量添加，可显著提高钢的冲击韧性、提高钢的耐磨性、改变钢中夹杂物的形态，最终提高钢的疲劳性能。夹杂物的形态控制是re元素在钢中的最主要作用，re元素化合物在钢热加工变形时，仍保持细小的球形或纺锤形，较均匀地分布在钢材中，消除了原先存在的沿钢材轧制方向分布的呈多边形ti夹杂、长条状mns等夹杂，从而提高钢在使用中的各项性能，生产出满足客户需求并大幅提高疲劳寿命的工业机器人关节柔轮用rl40钢。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、钢中所添加的稀有合金(re、v、nb及ti)在我国资源丰富，且对冶炼加入方法已具备成熟的操作经验。2、合金re、v、nb及ti添加量少，效果显著，成本增加少。3、材料疲劳性能及寿命提高效果明显，可以由几百小时提高到几千小时，能完全满足高质量工业机器人关节柔轮材料的性能要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本实施例的一种工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢，由以下重量百分比的成分组成：制备时，具体步骤如下：步骤一、电炉初炼：将原料铁矿石在炼钢炉内熔化成钢水，全熔后升温至1560℃以上，开始进行氧化，吹氧压力控制在0.5～0.7mpa；脱碳量≥0.40％，氧化过程中分批加入铁矿石，总量控制在7～10kg/t；氧化末终点成分：c≥0.10％、p≤0.010％；在1610℃以上除渣，扒渣量≥95％；在1620℃以上出钢，出钢时在钢水中加入合金硅铁、铬铁、锰铁、镍板、铝锭，使其主要合金含量达到标准要求：si0.15～0.45％，mn0.60～1.00％，cr0.70～1.20％，ni1.5～2.50％，al0.010-0.050％，得到初炼钢水；步骤二、大包精炼：将初炼钢水倒入lf炉中，控制初炼钢水温度≥1540℃；精炼中控制氩气压力0.2～0.4mpa，根据大包样调整al含量成分为0.040％～0.050％(保证后期脱气处理后al含量满足0.010％～0.050％)，电加热时间≥10分钟后开始调渣；精炼过程调渣：根据钢中磷、硫含量及渣况加石灰和萤石调渣，并根据成分要求加入fe-v(加入总量为22～28kg)，不得加入工艺规定之外的渣料，用sic粉和sife粉扩散脱氧：总量0.8kg～2.5kg/t；渣系目标成分：cao:50％-58％，si02:8％-12％，mgo:3％-6％，al2o3:16％-22％；入精炼炉vd工位温度1630℃～1650℃±10℃；该工序得到精炼后钢水，使钢水成分达到标准要求：c0.25～0.55％，si0.15～0.45％，mn0.60～1.00％，cr0.70～1.20％，ni1.50～2.50％，al0.010-0.050％，mo≤0.30％，fe余量。步骤三、真空脱气将精炼后的钢水进行真空脱气：真空度≤0.5乇下保持时间≥18分钟；脱气操作时的氩气控制：真空度>200乇，氩气压力0.20～0.35mpa，极真空时氩气压力0.25～0.45mpa；按100％回收率加入量为0.015％稀土硅合金、0.010％纯稀土金属块；破真空后，根据温度情况进行渣面波动50～100mm的弱氩搅拌，时间大于15分钟，确定钢水的成分：c0.25～0.55％，si0.15～0.45％，mn0.60～1.00％，cr0.7～1.20％，ni1.5～2.50％，al0.010-0.050％，mo≤0.30％，v≤0.10％，ti≤0.030％，re≤0.030％，nb≤0.10％，fe余量。该工序得到真空脱气后的纯净钢水并浇铸成电极坯，使纯净度(气体含量及非金属夹杂物)达到标准要求并满足重熔需要。步骤四、保护气氛电渣重熔：电渣重熔采用保护气氛电渣炉生产，渣系采用caf2、al2o3、cao、mgo组成的四元渣，按提纯渣生产，每支电渣锭所配渣量：75kg±5kg；根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂为cac2，用量为150g；正常冶炼的电力制度：42v～46v、11500～13500a；控制熔速7.0kg±0.5kg/min；冷却水温：30℃～60℃；锭型：φ490mm；锭重：2700kg±50kg；脱锭时间：≥50min；该工序得到成分更均匀、组织更致密的电渣锭。步骤五、轧制开坯：电渣锭轧制开过程坯：ф490mm电渣锭→220×220mm～240×240mm±5mm：加热控制过程：均热段温度1180℃～1210℃，钢锭开坯总加热时间16～20h；备注：该工序得到产材所需的钢坯。步骤六、轧制产材：采用过程方坯直接轧制产成品材：轧制过程温度控制：加热段温度：加热一段：1100～1180℃，加热二段：1150～1220℃；均热段温度：1160～1220℃；总加热时间：≥4.0h；高温扩散时间：≥2.0h；轧制：开轧温度:1050～1120℃，终轧温度≥850℃，冷却后得到工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢。该工序得到成分、组织、性能满足标准的最终钢材。对上述实施例制得的工业机器人关节柔轮用高强度rl40钢的特性进行测试；其中高强度rl40钢中的气体含量测试方法为：分别取不同炉号的正常冶炼炉中冶炼的高强度rl40钢液，检测其中的氧含量和氮含量，经抽样检测可知：氧含量≤20ppm，氮含量≤110ppm，具体检测数据如表一所示。表一高强度rl40钢液中氧含量和氮含量经抽样检测可知：高强度rl40钢液中非金属夹杂物a、b、c、d类和ds均≤1.5级，具体如表二所示。表二高强度rl40钢液中非金属夹杂物的检测数据进一步，测试热轧后的高强度rl40钢坯中的带状组织等级，经过抽样检测得知，本发明热轧后的高强度rl40钢坯中的带状组织≤1.5级，具体检测数据如表三所示。表三热轧后的高强度rl40钢坯中的带状组织的检测数据试片号炉号钢种规格技术条件带状p93母y15801054rl40ф80q/xy115-20151.5p93母y15801054rl40ф80q/xy115-20151.5e68母y16702075rl40ф36q/xy115-20151.5e68母y16702075rl40ф36q/xy115-20151.5q47母y16702075rl40ф60q/xy115-20151.5q47母y16702075rl40ф60q/xy115-20151.5a45母y16702075rl40ф40q/xy115-20151.5a45母y16702075rl40ф40q/xy115-20151.5a44母y16702075rl40ф30q/xy115-20151.5a44母y16702075rl40ф30q/xy115-20151.5s95母y17700717rl40ф80q/xy115-20151.5s95母y17700717rl40ф80q/xy115-20151.5进一步，测试高强度rl40钢轧材奥氏体晶粒等级，经过抽样检测得知，本发明得到的高强度rl40钢轧材的奥氏体组织精细化、均匀化：轧材奥氏体晶粒≥6级，横截面奥氏体晶粒极差≤1.5级，具体检测数据如表四所示。表四高强度rl40钢轧材的奥氏体晶粒的检测数据进一步，对本发明制得的高强度rl40钢的力学性能进行测试，经过抽样检测得知，本发明得到的高强度rl40钢的断后伸长率a≥12％，硬度340～355hb，抗拉强度rm≥1100mpa，屈服强度≥950mpa，具体检测数据如表五所示。表五高强度rl40钢的力学性能因此，将本发明制得的高强度rl40钢用于工业机器人关节柔轮，由于高强度rl40钢本身的疲劳性能及寿命提高效果明显，可以由几百小时提高到几千小时，能完全满足高质量工业机器人关节柔轮材料的性能要求。本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。当前第1页12