一种低硫易切削齿轮钢及其制备方法与流程

本发明属于冶金
技术领域：
，涉及一种切削加工性能良好的低硫易切削齿轮钢及其制备方法。
背景技术：
：随着机械制造和汽车工业的迅速发展，自动机床的数量迅速增加，齿轮及齿条等的制造普遍采用高度自动化的流水线生产方式，这种生产方式要求钢材的切削性能必须满足工艺的需要。由于齿轮的产量极大，切削性能稍有改善，即可产生很大的经济效益。因此对被切削材料的易切削性能提出了越来越高的要求。机加工成本是制造业中零部件制造成本的主要部分，有时甚至超过零部件制造成本的40％，用户极希望通过提高钢材的机加工性能来降低加工成本。以切削性能为主的硫易切削钢，硫含量一般在0.20％～0.60％；以机械性能为主、切削性能为辅的易切削钢，含硫量在0.02％～0.13％，做较重要的结构件。对机械零件用钢，当含硫量小于0.015％时，机械加工非常困难，经济上也不合算。由于齿轮的产量极大，所以切削性能稍有改善，即可产生很大的经济效益。因此，德国和日本近年来齿轮钢的技术条件中普遍规定了硫的上下限要求，其目的是改善钢的切削性能。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种具有良好切削加工性的低硫易切削齿轮钢，并且在加工锻造过程中不会产生裂纹。为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：本发明是一种低硫易切削齿轮钢，按重量百分数它包括如下化学成分：c：0.17～0.23％、si：0.17～0.37％、mn：0.80～1.15％、cr：1.00～1.35％、p：≤0.035％、s：0.020～0.040％、ti：≤0.04～0.10％、al：≤0.04％、o：≤20×10-4％，余量为fe及不可避免的杂质。一种上述的低硫易切削齿轮钢制备方法，包括以下步骤：1、电炉冶炼：入炉原料为铁水和废钢，采用精料方针，确保铁水百分比不少于40％，并按规定成分比例再加入硅锰、高锰、高铬等合金进行钢包合金化；电炉冶炼全程造泡沫渣，保证良好的氧化沸腾，促进钢中夹杂物和气体上浮，脱碳量大于0.30％，控制终点[c]≥0.10％，钢水出钢温度1630～1660℃，出钢时留钢、留渣操作，严禁下渣，出钢加钢芯铝进行预脱氧。2、lf炉精炼：将步骤1中经过电炉冶炼的钢液进行lf炉精炼，精炼过程中全程造白渣，白渣保持时间≥15分钟，出钢前终脱氧喂铝线控制钢中铝含量在0.010～0.040％，保证钢液纯净度。喂入钛线2～3m/t钢，再按4.0～5.0m/t喂入casi线，进行夹杂物变性处理，洁净钢水；成分和温度微调，保证钢的性能稳定和连铸工艺温度要求。3、vd炉真空精炼：将步骤2中lf炉精炼后的钢水进行扒渣处理，钢水进行真空脱气，真空度小于67pa下保持时间大于12分钟，破除真空后喂入硫铁线，将钢中硫含量控制在0.020～0.040％，继续软吹氩大于15分钟，控制硫化物形态，避免钢中出现大颗粒硫化物夹杂。4、连铸：经步骤3处理后钢水采用整体式中间包连铸，采用全程保护浇注，使用覆盖剂、选用性能优良的专用结晶器保护渣，以防止钢水二次氧化，中包液面高度稳定在700±50mm；采用低过热度浇注，中包钢水过热度控制在20～30℃，减轻中心疏松和偏析；结晶器和凝固末端采用电磁搅拌，减少偏析等组织缺陷，提高铸坯质量。浇注采用“恒液面、恒温度、恒拉速”三恒操作，铸坯进拉矫机温度≥920℃。5、热送轧制：为降低能耗，对步骤4中的连铸成型的铸坯采用连铸坯热送工艺进行轧制，轧制时的控制参数为：控制加热炉均热段温度1130～1200℃，以使钢坯均匀烧透，允许温差≤30℃，加热时间≥2.5小时，既要保证钢坯加热均匀，又要防止脱碳和粘炉。开轧温度≥1080℃，加强对轧制节奏的控制，保证终轧温度≥850℃。轧制过程中，要加强过程控制，密切注意各道次的料型情况，不得出现划伤、折叠、耳子等缺陷。轧后及时收集缓冷至室温，得到所述低硫易切削齿轮钢。本发明为了改善钢材的切削性能，在钢中加入一定量的硫，s与mn形成的硫化物分布在钢中，降低了切削抗力，割断了基体的连续性而使切屑易断，mns的润滑作用降低了刀具的磨损，从而改善钢材的加工性能。钢中的mns在热轧过程中沿轧制方向伸长，使得钢材横向力学性能显著降低，加剧了钢材力学性能的各向异性，随钢中s含量的增加，这种现象越来越突出，同时硫也是引起钢热脆的有害元素。综合考虑以上两种因素，将硫含量控制在0.020～0.040％之间，并保证mn/s，生产低硫易切削齿轮钢。与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：通过在精炼后喂硫线的方法，能将硫含量100％控制在0.020～0.040％。94％以上的夹杂物集中在0～4μm之间，没有大于10μm的夹杂物，夹杂物在钢中呈细小弥散的分布，无论对钢材的切削性能还是力学性能都十分有利。加硫后切削性能明显提高，刀具使用寿命提高5倍，生产效率提高30％，满足了用户对钢材切削性能的特殊需求，极大的降低了用户的使用成本。附图说明图1本发明得到的低硫易切削齿轮钢中夹杂物的分布金相图(放大1500倍)，该金相图显示了本发明钢种的夹杂物在钢中呈细小弥散的分布，极大改善了钢材的切削性能；图2a、b本发明得到的低硫易切削齿轮钢的切屑为c形(图2a)伴有螺旋屑(见图2b)，切屑呈黄色、浅蓝色；图3本发明得到的不加硫对比例1的切屑主要呈带状屑，不易排屑，切屑呈浅蓝色、蓝色。具体实施方式本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例采用uhp超高功率电炉冶炼、lf炉精炼、vd真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯、轧制成材工艺生产钢材。下面结合实例对本发明作进一步的说明。低硫易切削齿轮钢的制备方法包括以下步骤：1、电炉冶炼：入炉原料为铁水和废钢，采用精料方针，铁水百分比35.19～64.81％，并按规定成分比例再加入硅锰、高锰、高铬等合金进行钢包合金化；电炉冶炼全程造泡沫渣，保证良好的氧化沸腾，促进钢中夹杂物和气体上浮，脱碳量0.30～0.88％，控制终点[c]0.10～0.11％，钢水出钢温度1636～1655℃，出钢时留钢、留渣操作，严禁下渣，出钢加钢芯铝进行预脱氧。2、lf炉精炼：将步骤1中经过电炉冶炼的钢液进行lf炉精炼，精炼过程中全程造白渣，白渣保持时间≥15分钟，出钢前终脱氧喂铝线控制钢中铝含量在0.012～0.035％，保证钢液纯净度。喂入钛线2～3m/t钢，再按4.0～5.0m/t喂入casi线，进行夹杂物变性处理，洁净钢水；成分和温度微调，保证钢的性能稳定和连铸工艺温度要求。3、vd炉真空精炼：将步骤2中lf炉精炼后的钢水进行扒渣处理，钢水进行真空脱气，真空度小于67pa下保持时间大于12分钟，破除真空后喂入硫铁线15～80米，将钢中硫含量控制在0.024～0.031％，继续软吹氩大于15分钟，控制硫化物形态，避免钢中出现大颗粒硫化物夹杂。4、连铸：经步骤3处理后钢水采用整体式中间包连铸，采用全程保护浇注，使用覆盖剂、选用性能优良的专用结晶器保护渣，以防止钢水二次氧化，中包液面高度稳定在700±50mm；采用低过热度浇注，中包钢水过热度控制在19～29℃，减轻中心疏松和偏析；结晶器和凝固末端采用电磁搅拌，减少偏析等组织缺陷，提高铸坯质量。浇注采用“恒液面、恒温度、恒拉速”三恒操作，铸坯进拉矫机温度≥920℃。5、热送轧制：为降低能耗，对步骤4中的连铸成型的铸坯采用连铸坯热送工艺进行轧制，轧制时的控制参数为：控制加热炉均热段温度1130～1200℃，以使钢坯均匀烧透，允许温差≤30℃，加热时间≥2.5小时，既要保证钢坯加热均匀，又要防止脱碳和粘炉。开轧温度≥1080℃，加强对轧制节奏的控制，保证终轧温度≥850℃。轧制过程中，要加强过程控制，密切注意各道次的料型情况，不得出现划伤、折叠、耳子等缺陷。轧后及时收集缓冷至室温，得到所述低硫易切削齿轮钢。实施例1-实施例4、对比例1实施例1-实施例4、对比例1分别提供一种齿轮用钢，其化学成分如表1所示。表1实施例1-实施例4、对比例1中齿轮用钢的化学成分表要求csimncrpstial实施例10.190.210.951.090.0220.0240.0620.012实施例20.210.231.071.220.0160.0310.0650.028实施例30.20.210.961.060.0170.0250.0650.022实施例40.190.210.981.070.0110.0250.0660.022对比例10.20.210.871.090.0140.0030.0730.028上述对比例1通过以下方法制得，具体包括以下步骤：1、电炉冶炼：入炉原料为铁水和废钢，采用精料方针，铁水百分比51.79％，并按规定成分比例再加入硅锰、高锰、高铬等合金进行钢包合金化；电炉冶炼全程造泡沫渣，保证良好的氧化沸腾，促进钢中夹杂物和气体上浮，脱碳量1.03％，控制终点[c]0.15％，钢水出钢温度1658℃，出钢时留钢、留渣操作，严禁下渣，出钢加钢芯铝进行预脱氧。2、lf炉精炼：将步骤1中经过电炉冶炼的钢液进行lf炉精炼，精炼过程中全程造白渣，白渣保持时间≥15分钟，出钢前终脱氧喂铝线控制钢中铝含量在0.028％，保证钢液纯净度，喂入钛线3m/t钢，再按4.0m/t喂入casi线，进行夹杂物变性处理，洁净钢水；成分和温度微调，保证钢的性能稳定和连铸工艺温度要求。3、vd炉真空精炼:将步骤2中lf炉精炼后的钢水进行扒渣处理，钢水进行真空脱气，真空度小于67pa下保持时间大于12分钟，破除真空后继续软吹氩大于15分钟。4、连铸：经步骤3处理后钢水采用整体式中间包连铸，采用全程保护浇注，使用覆盖剂、选用性能优良的专用结晶器保护渣，防止钢水二次氧化，中包液面高度稳定在700±50mm；采用低过热度浇注，中包钢水过热度控制在19～29℃，减轻中心疏松和偏析；结晶器和凝固末端采用电磁搅拌，减少偏析等组织缺陷，提高铸坯质量。浇注采用“恒液面、恒温度、恒拉速”三恒操作，铸坯进拉矫机温度≥920℃。5、热送轧制:为降低能耗，对步骤4中的连铸成型的铸坯采用连铸坯热送工艺进行轧制，轧制时的控制参数为：控制加热炉均热段温度1200℃，加热时间2.5小时，既要保证钢坯加热均匀，又要防止脱碳和粘炉。开轧温度1180℃，加强对轧制节奏的控制，保证终轧温度950℃。轧制过程中，要加强过程控制，密切注意各道次的料型情况，不得出现划伤、折叠、耳子等缺陷。轧后及时收集缓冷至室温，得到所述对比钢1。喂硫线后钢中夹杂物数量呈上升趋势，有利于改善钢材的切削性能，钙处理后粒径0～2μm之间的小型夹杂物数量增多了10.76％，大颗粒夹杂减少，说明变性后夹杂物粒度更趋于细小，94％以上的夹杂物集中在0～4μm之间，没有大于10μm的夹杂物，因此夹杂物在钢中呈细小弥散的分布，无论对钢材的切削性能还是力学性能都十分有利，见图1。实施例1-实施例4、对比例1分别取轧材做切削样，见图2-3，在所选用切削速度范围内，在相同切削条件下，低硫易切削齿轮钢的切削过程平稳，刀具耐用度明显高于不加硫对比例1；低硫易切削齿轮钢的切屑为c形(图2a)伴有螺旋屑(见图2b)，排除更顺畅，切屑呈黄色、浅蓝色，加工表面粗糙度较低，表明低硫易切削齿轮钢适于在数控机床和加工中心上批量生产；在所选用参数范围内，不加硫对比例1的切削过程不稳定，打刀情况较为明显，切屑主要呈带状屑(见图3)，不易排屑，切屑呈浅蓝色、蓝色，加工表面粗糙度较高。从切屑颜色上判断，不加硫对比例1的切削物颜色发蓝，判断不加硫对比例1的切削温度明显高于的低硫易切削齿轮钢切削温度。通过本发明的工艺制造的低硫易切削齿轮钢，具有性能稳定、晶粒细小、切削性能好、切削后表面光洁度高等特点，钢中的夹杂物呈细小弥散的分布，无论对钢材的切削性能还是力学性能都十分有利。用户反应加硫后切削性能明显提高，刀具使用寿命提高5倍，生产效率提高30％，满足了用户对钢材切削性能的特殊需求，极大的降低了用户的使用成本。本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12