一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的生产方法
【专利摘要】本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种Mn?Cr系齿轮钢的制造方法。齿轮钢的成分范围为C：0.17～0.22％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.10～1.40％，Cr：1.00～1.30％，Mo≤0.08％，B≤0.0005％，Cu≤0.02％、Ni≤0.02％、Al：0.025～0.055％，P≤0.015％，S：0.020～0.035％，N≤130ppm，其余为铁。本发明通过优化精炼过程、渣系控制，提高了钢液的洁净度；通过喂丝工序进行增氮处理从而有效细化了该铝脱氧齿轮钢晶粒的同时，实现了淬透性合金元素的精确控制，解决脱氧保硫矛盾，并保证钢液良好可浇性及齿轮钢优良的切削性能。
【专利说明】
一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的生产方法
技术领域
[0001 ]本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种Mn-Cr系齿轮钢的制造方法。
【背景技术】
[0002]齿轮钢基于其成品零件的实际工作环境及要求，通常需要具有良好的强韧性以及耐磨性，除此之外，高性能齿轮用钢还需要很好地承受冲击、弯曲及接触应力，而且能够满足变形小，精度高，噪声低等要求。
[0003]由于齿轮钢的特殊用途，齿轮在工作中须承受的各类应力是导致其疲劳失效的重要原因。引起齿轮钢疲劳裂纹主要源头为氧化物夹杂，而且夹杂总量主要由钢中的氧含量决定。
[0004]末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后的变形量的大小有很大的影响，齿轮变形量的大小直接影响到齿轮箱的噪音大小;细小均匀的奥氏体晶粒可以稳定末端淬透性，减少热处理变形，提高渗碳钢的抗脆断能力；另一方面，齿轮钢渗碳后疲劳裂纹在夹杂物处起裂，在渗碳层沿晶界扩展，因此细化晶粒还可显著提高疲劳性能；而钢中带状组织的出现往往易引起齿轮渗碳组织的不稳定性，使渗碳层变形无规律，导致齿轮工件变形和疲劳性能的降低，影响齿轮的精度和使用寿命;此外，良好的切削性能是保证齿轮加工精度及降低加工成本的重要条件。因此，高性能齿轮用钢的质量水平主要通过洁净度、末端淬透性带宽及离散度、组织均匀性、晶粒度及切削性能来体现。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种Mn-Cr系齿轮钢的制造方法，采用EAF-C0NVERTER电转炉冶炼+LF+VD+CCM的工艺路线，
[0006]齿轮钢的成分范围为C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn:1.10?1.40%，Cr:1.00?1.30%，Mo< 0.08%，B< 0.0005%，Cu< 0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P<0.015%，S:0.020?0.035%，N< 130ppm，其余为铁。
[0007]EAF-CONVERTER 电转炉:
[0008]电转炉总装入量控制在100吨左右，铁水比90%，冷料控制在10%，其中3%为生铁，其余为优质废钢(废钢选取非含Mo、B、W、Cu、N1、Ti的合金钢)。电转炉利用铁水倾翻装置采用在线铁水装入模式，结合泡沫渣操作工艺，稳定炉内碳氧反应气氛，达到脱P控温的目的；本钢种虽为低碳钢，但出钢碳过低，特别是C含量小于0.08%时，钢中氧含量将急剧增长，相应的脱氧产物的增加将不利于提高钢液的洁净度，因此，采用电转炉初炼时本钢种严禁出钢钢水过氧化，出钢碳需严格控制在0.08%?0.12%范围内，同时要求出钢P <
0.010 % ;采用偏心底出钢，出钢温度T > 16400C，确保迅速化渣；出钢量控制在85 ± 2吨，以保证钢包净空高度，确保真空抽气顺利，同时，较多的余钢量也有利于防止出钢下渣的发生；出钢过程加入适量Al块及电石脱氧，采用低钛硅铁(Ti< 0.02%)、低碳低钛铬铁(Ti<0.02%),低碳锰铁及部分高碳锰铁合金化，并加入石灰及低钛合成渣料(Ti02<0.05%)进行造渣；出钢末期严格控制炉内余钢量，严禁出钢下渣，有效避免电炉渣对钢液成分(特别是P、S1、Ti)的影响以及精炼条件的恶化作用。出钢选用高洁净度钢包，尤其注意不可采用刚刚完成含T 1、B的合金钢冶炼的周转钢包，而选用新包或中修钢包必须经过两次周转以上。
[0009]LF精炼及VD真空处理:
[0010]LF精炼前期使用Al粒和少量SiC进行脱氧，中后期小批量多次均匀飘散无碳脱氧剂SiFe粉至渣面脱氧保渣，保持精炼良好的还原性气氛并防止碳含量的波动;初样成分出来后补加优质合金调整成分，LF精炼前期调整氩气压力至0.4?0.6MPa(视炉渣情况进行调整)，中后期氩气压力为0.2?0.35MPa，保持炉内微正压;LF精炼过程造高碱度渣(二元碱度R: 3.5?5.0)，确保脱氧及吸附Al2O3能力的同时，兼顾良好的流动性及钢渣分离性;LF精炼吊包前达到除Mn、Cr、N、S以外各元素的成品目标成分，其中LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值时需同时完成升温要求，之后不再进行大电流通电且不再向炉内渣面加入大量保渣脱氧剂，以防增碳增硅，而Mn、Cr在LF吊包前均达到目标成分范围的下限，为后续增氮喂丝留一定精调余量，同时考虑后续真空招损，Al按控制范围最上限控制，此外特定残余兀素需满足Mo < 0.005%、B< 0.0003%、V <0.01%、Cu< 0.01%、Ni <0.01% K 0.005%、Ti<0.0015%的含量要求;精炼时间达到40?70分钟，钢液温度符合要求、渣况合理，即吊包进入VD工位进行真空处理。VD处理过程，抽至高真空(<67Pa)后保压15分钟，高真空下要求明显可见钢液裸露翻腾。
[0011]喂丝及软吹:
[0012]VD处理后根据钢中实际的N含量及Mn、Cr含量，调整喂入适当重量及比例的MnN丝及CrN丝，完成增氮及Mn、Cr含量的精调，必要时，辅以碳丝喂入完成C含量的微调，以实现炉与炉之间C的波动在± 0.0I %，主要合金元素(Cr、Mn)的波动控制在0.03 %的范围，而钢中N含量控制在70?lOOppm，保证钢中A1/N为3?5，细化晶粒的同时有利于消除残余淬透性敏感元素特别是残余硼对钢材淬透性的影响，
[0013]由于钢中即使存在微量的酸溶硼，也可以对钢的淬透性产生非常显著的负面影响，而过量的那部分氮可以结合酸溶性硼形成氮化硼，从而消除了残余硼对钢材淬透性的影响；
[0014]LF精炼及VD处理过程中，钢中硫含量随着钢液深脱氧的持续进行而不断降低，VD处理后钢液中的硫含量远低于含量要求范围，为使硫达到受控状态，采用“再硫化工艺”。而在进行“再硫化”工序前需通过向钢液中喂入适量钙丝来完成钙处理，这一方面是因为钢中硫高时很难实现Al2O3的完全变性，故选择在“再硫化工艺”前钢液含硫量较低时进行钙处理并保持10分钟以上的软吹间隔，以尽量避免CaS的大量生成并将Al2O3充分变性，提高钢液可浇性，另一方面，钙处理产生的mCa0.Ml2O3将为后续生成的硫化物提供包覆核心，避免生成大量具有强延展性的单相硫化物，而形成有利于提高切削性能的纺锤型氧硫复合夹杂物。
[0015]CCM 连铸:
[0016]连铸过热度严格控制在15?25°C，本钢种严格执行慢节奏恒拉速控制，二冷采用弱冷;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压(0.7?0.9pa)，尽量减少连铸过程的二次氧化;采用四孔水口并开启电磁搅拌，促进钢液中夹杂物上浮，降低缩孔几率的同时改善铸坯中心偏析;除此之外，使用含硫钢专用保护渣，以防止浇注过程出现保护渣失效的情况，并有效吸附钢液中的夹杂物，进一步提高钢液的可浇性。
[0017]本发明的有益效果在于:通过选用特定优质废钢、合金原料，优化精炼过程、渣系控制，提高了钢液的洁净度，大大降低了影响齿轮疲劳寿命的氧化物、氮化钛夹杂物水平及有害残余元素含量，同时也为后续低过热度浇注创造了有利条件；
[0018]通过喂丝工序进行增氮处理从而有效细化了该铝脱氧齿轮钢晶粒的同时，实现了淬透性合金元素的精确控制，并大大弱化相关残余元素，特别是残余酸溶硼对淬透性的影响，为该高性能齿轮钢获得稳定的窄带淬透特性奠定了重要基础，因此本发明虽然在现有技术的基础上增加了氮含量，但是未出现传统技术中“钢的韧性和塑性降低;氮与钢中钛等元素形成带棱角的脆性夹杂物，降低钢的冷热变形加工性;钢的宏观组织疏松甚至形成皮下气泡;铸坯出现裂纹缺陷”等负面问题；
[0019]通过喂丝工序的“再硫化”及Ca处理的严格控制，解决脱氧保硫矛盾，并保证钢液良好可浇性的同时，优化了钢中硫化物形态及分布，有效保证了该齿轮钢优良的切削性能；通过强化连铸过程的低过热度恒拉速控制及二冷制度、四孔水口与电磁搅拌的协同作用，降低了元素的偏析，提高了钢质的均匀性。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:
[0021 ] 采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—CCM连铸的工艺路线生产Mn-Cr系高性能齿轮钢。
[0022]冶炼成品成份控制:C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40% ,Cr:1.00?1.30%，Mo<0.08%，B<0.0005%，Cu<0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P:《0.015%，S:0.020?0.035%，Ν: < 130ppm。
[0023]电转炉总装入量控制在102.2吨，铁水比90%，生铁加入量为3.6吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C: 0.10 %、P: 0.008 %、出钢温度T: 1645 °C，出钢量86.3吨；出钢过程加入10kg Al块及50kg电石脱氧，加入780kg低碳锰铁、220kg低钛硅铁、1550kg低碳低钛铬铁及375kg高碳猛铁进行炉后合金化，并加入700kg石灰及400kg低钛合成渣料进行造渣，出钢采用偏心炉底出钢，保证炉内余钢量，严禁出钢下渣。
[0024]LF精炼前期采用30kg铝粒和130kg碳化硅加强脱氧，底吹氩气压力调整至0.45MPa，通电加热8分钟后即实现白渣化;取LF—样测定成分后补加46kg娃铁、450kg低碳低钛铬铁、150kg低碳锰铁，精炼中后期小批量多次均匀飘散SiFe粉至渣面脱氧保渣，共计12kg，底吹氩气压力调整至0.25MPa; LF精炼吊包前15分钟钢液中Mn、Cr达到目标成分范围的中下限，为后续喂丝增氮留一定余量，LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值并满足吊包温度要求，之后不再进行大电流通电，以防电极增碳，同时考虑后续真空铝损，LF吊包前5分钟喂入铝丝调整Al含量至0.052%,炉渣粘度适当流动性较好，即吊包上VD炉，吊包温度1635°C，LF精炼时长62分钟。VD处理时在高真空度下(<67Pa)保压16分钟，随即破空，VD真空处理总耗时27分钟，破空温度1583°C。
[0025]VD破空随即取样进行成分检测，根据钢中Mn、Cr、N含量分别喂入MnN丝及CrN丝50m和65m，而C、Si含量与真空前未出现大的波动，故未进行调整，软吹5分钟均匀钢液后即喂入钙丝100m，10分钟软吹间隔后，再通过喂入硫铁丝160m进行“再硫化”处理，以达到元素硫的含量要求范围，喂丝工序完成后均匀化软吹15分钟即吊包上连铸回转台，上钢温度1563°C。
[0026]连铸过热度27°C，拉速恒定0.85m/min;开启结晶器电磁搅拌(200A/3Hz)及末端电磁搅拌(80A/6HZ)，确保钢液均匀性;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压0.8Pa，尽量减少二次氧化;采用优质内装式四孔水口以及含硫钢专用保护渣，浇铸过程结晶器内钢液面平稳可控。
[0027]通过上述方法冶炼得Mn-Cr系齿轮钢经乳制所得圆钢的主要成分及气体含量:C:0.19% ,Si:0.23% ,Mn:1.28% ,Cr:1.15% ,Mo:0.003% ,B:0.0001% ,Cu:0.005% ^Ni:0.005% ^Al:0.028% ,P:0.011% ,S:0.029% ,ff:0.001% ,T1:0.0009% ,N:73.6ppm,0:
11.2ppm;低倍指标检测结果显示中心疏松、一般疏松、中心偏析均为0.5级;金相高倍检测表明A(细)类夹杂物1.0级、A(粗)类夹杂物1.0级，C类非金属夹杂物为O级，B、D类最高不超过0.5级；带状组织1.5级，晶粒度7级;利用上述冶炼方法制得同一炉号不同乳材试样的淬透性检测值偏差范围为 J1.5:43±0.5HRC，J9:37.5±0.5HRC，J15:31.5±1.0HRC。
[0028]实施例2:
[0029]采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—CCM连铸的工艺路线生产Mn-Cr系高性能齿轮钢。
[0030]冶炼成品成份控制:C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40% ,Cr:1.00?1.30%，Mo<0.08%，B<0.0005%，Cu<0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P:《0.015%，S:0.020?0.035%，Ν: < 130ppm。
[0031 ]电转炉总装入量控制在103.4吨，铁水比91 %，生铁加入量为3.1吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C:0.12%、P:0.0010%、出钢温度T: 1641°C，出钢量86.8吨；出钢过程加入10kg Al块及50kg电石脱氧，加入800kg低碳锰铁、210kg低钛硅铁、1750kg低碳低钛铬铁及350kg高碳锰铁进行炉后合金化，并加入680kg石灰及420kg低钛合成渣料进行造渣，出钢采用偏心炉底出钢，保证炉内余钢量，严禁出钢下渣。
[0032]LF精炼前期采用25kg铝粒和120kg碳化硅加强脱氧，底吹氩气压力调整至0.45MPa，通电加热8分钟后即实现白渣化;取LF—样测定成分后补加25kg硅铁、200kg低碳低钛铬铁、10kg低碳锰铁，精炼中后期小批量多次均匀飘散SiFe粉至渣面脱氧保渣，共计17kg，底吹氩气压力调整至0.25MPa;LF精炼吊包前15分钟钢液中Mn、Cr达到目标成分范围的中下限，为后续喂丝增氮留一定余量，LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值并满足吊包温度要求，之后不再进行大电流通电，以防电极增碳，同时考虑后续真空铝损，LF吊包前5分钟喂入铝丝调整Al含量至0.045%,炉渣粘度适当流动性较好，即吊包上VD炉，吊包温度1629°C，LF精炼时长65分钟。VD处理时在高真空度下(<67Pa)保压15分钟，随即破空，VD真空处理总耗时29分钟，破空温度1578°C。
[0033]VD破空随即取样进行成分检测，根据钢中Mn、Cr、N含量分别喂入MnN丝及CrN丝60m和45m，而C、Si含量与真空前未出现大的波动，故未进行调整，软吹5分钟均匀钢液后即喂入钙丝100m，10分钟软吹间隔后，再通过喂入硫铁丝180m进行“再硫化”处理，以达到元素硫的含量要求范围，喂丝工序完成后均匀化软吹15分钟即吊包上连铸回转台，上钢温度1558°C。
[0034]连铸过热度21°C，拉速恒定0.85m/min;开启结晶器电磁搅拌(180A/3Hz)及末端电磁搅拌(50A/6HZ)，确保钢液均匀性;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压0.9Pa，尽量减少二次氧化;采用优质内装式四孔水口以及含硫钢专用保护渣，浇铸过程结晶器内钢液面平稳可控。
[0035]通过上述方法冶炼得Mn-Cr系齿轮钢经乳制所得圆钢的主要成分及气体含量:C:
0.19% ,Si:0.22% ,Mn:1.29% ,Cr:1.15% ,Mo:0.004% ,B: 0.0003 % , Cu: 0.002 % ^Ni:
0.003% ^Al:0.036% ,P:0.011% ,S:0.027% ,ff:0.001% ,T1:0.0009% ,N:81.8ppm,0:9.2ppm;低倍指标检测结果显示中心疏松1.0级，一般疏松、中心偏析均为0.5级;金相高倍检测表明A(细)类夹杂物1.0级、A(粗)类夹杂物0.5级，C类非金属夹杂物为O级，B、D类最高不超过0.5级；带状组织1.0级，晶粒度8级；利用上述冶炼方法制得同一炉号不同乳材试样的淬透性检测值偏差范围为 J1.5:43.0±0.5HRC，J9:37.0±0.5HRC，J15:31.5±0.5HRC。
[0036]实施例3:
[0037]采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—CCM连铸的工艺路线生产Mn-Cr系高性能齿轮钢。
[0038]冶炼成品成份控制:C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40% ,Cr:1.00?1.30%，Mo<0.08%，B<0.0005%，Cu<0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P:《0.015%，S:0.020?0.035%，Ν: < 130ppm。
[0039]电转炉总装入量控制在105.9吨，铁水比88%，生铁加入量为5.6吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C:0.08%、P:0.006%、出钢温度T: 1650°C，出钢量85.6吨；出钢过程加入120kg Al块及50kg电石脱氧，加入700kg低碳锰铁、250kg低钛硅铁、1800kg低碳低钛铬铁及500kg高碳猛铁进行炉后合金化，并加入750kg石灰及350kg低钛合成渣料进行造渣，出钢采用偏心炉底出钢，保证炉内余钢量，严禁出钢下渣。
[0040]LF精炼前期采用25kg铝粒和150kg碳化硅加强脱氧，底吹氩气压力调整至0.45MPa，通电加热8分钟后即实现白渣化;取LF—样测定成分后补加120kg低碳低钛铬铁、130kg低碳锰铁，精炼中后期小批量多次均匀飘散SiFe粉至渣面脱氧保渣，共计13kg，底吹氩气压力调整至0.25MPa;LF精炼吊包前15分钟钢液中Mn、Cr达到目标成分范围的中下限，为后续喂丝增氮留一定余量，LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值并满足吊包温度要求，之后不再进行大电流通电，以防电极增碳，同时考虑后续真空铝损，LF吊包前5分钟喂入铝丝调整Al含量至0.048%，炉渣粘度适当流动性较好，即吊包上VD炉，吊包温度1625°C，LF精炼时长59分钟。VD处理时在高真空度下(< 67Pa)保压18分钟，随即破空，VD真空处理总耗时29分钟，破空温度1576°C。
[0041 ] VD破空随即取样进行成分检测，根据钢中Mn、Cr、N含量分别喂入MnN丝及CrN丝65m和50m，并喂入C丝15m，软吹5分钟均匀钢液后即喂入钙丝120m，10分钟软吹间隔后，再通过喂入硫铁丝180m进彳丁 “再硫化处理，以达到兀素硫的含量要求范围，喂丝工序完成后均勾化软吹18分钟即吊包上连铸回转台，上钢温度1553°C。
[0042]连铸过热度19°C，拉速恒定0.88m/min;开启结晶器电磁搅拌(200A/3HZ)，确保钢液均匀性;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压0.7Pa，尽量减少二次氧化;采用优质内装式四孔水口以及含硫钢专用保护渣，浇铸过程结晶器内钢液面平稳可控，本组连浇6炉。
[0043]通过上述方法冶炼得Mn-Cr系齿轮钢经乳制所得圆钢的主要成分及气体含量:C:
0.20% ,Si:0.25% ,Mn:1.30% ,Cr:1.14% ,Mo:0.005% ,B:0.0002% ,Cu:0.008% ^Ni:
0.006%、A1:0.031 %，P:0.013%，S:0.033%，W:0.001%，T1:0.0015%，N:81.9ppm，O:
8.6ppm;低倍指标检测结果显示中心疏松、一般疏松、中心偏析均为0.5级;金相高倍检测表明A(细)类夹杂物1.5级、A(粗)类夹杂物1.0级，C类非金属夹杂物为O级，B类最高不超过1.0级，D类最高不超过0.5级；带状组织1.5级，晶粒度8级;利用上述冶炼方法制得同一炉号不同乳材试样的淬透性检测值偏差范围为Jl.5:43.5 ± 0.5HRC，J9:37.5 ± 1.0HRC，Jl5:31.5±1.0HRC0
[0044]对比实施例1
[0045]其余操作、参数同实施例2，区别仅仅是:VD破空后未向钢中喂入MnN丝及CrN丝，而是通过在LF吊包进入VD工序前将Mn、Cr含量进行调整从而确保产品钢中这两种元素的含量不变，
[0046]具体工艺为:
[0047]采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—CCM连铸的工艺路线生产Mn-Cr系高性能齿轮钢。
[0048]冶炼成品成份控制:C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40% ,Cr:1.00?1.30%，Mo<0.08%，B<0.0005%，Cu<0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P:《0.015%，S:0.020?0.035%，Ν: < 130ppm。
[0049]电转炉总装入量控制在103.4吨，铁水比91%，生铁加入量为3.1吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C:0.12%、P:0.0010%、出钢温度T: 1641°C，出钢量86.8吨；出钢过程加入10kg Al块及50kg电石脱氧，加入800kg低碳锰铁、210kg低钛硅铁、1750kg低碳低钛铬铁及350kg高碳锰铁进行炉后合金化，并加入680kg石灰及420kg低钛合成渣料进行造渣，出钢采用偏心炉底出钢，保证炉内余钢量，严禁出钢下渣。
[0050]LF精炼前期采用25kg铝粒和120kg碳化硅加强脱氧，底吹氩气压力调整至
0.45MPa，通电加热8分钟后即实现白渣化;取LF—样测定成分后补加25kg硅铁、200kg低碳低钛铬铁、10kg低碳锰铁，精炼中后期小批量多次均匀飘散SiFe粉至渣面脱氧保渣，共计17kg，底吹氩气压力调整至0.25MPa;根据最终产品中Mn、Cr的含量，LF精炼吊包前15分钟控制钢液中Mn、Cr达到目标成分范围的中限;LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值并满足吊包温度要求，之后不再进行大电流通电，以防电极增碳，同时考虑后续真空铝损，LF吊包前5分钟喂入铝丝调整Al含量至0.045%,炉渣粘度适当流动性较好，即吊包上VD炉，吊包温度1629°C，LF精炼时长65分钟。VD处理时在高真空度下(< 67Pa)保压15分钟，随即破空，VD真空处理总耗时29分钟，破空温度1578°C。
[0051]VD破空随即取样进行成分检测，C、Si含量与真空前未出现大的波动，故未进行调整，软吹5分钟均匀钢液后即喂入钙丝100m，10分钟软吹间隔后，再通过喂入硫铁丝180m进行“再硫化”处理，以达到元素硫的含量要求范围，喂丝工序完成后均匀化软吹15分钟即吊包上连铸回转台，上钢温度1558°C。
[0052]连铸过热度21°C，拉速恒定0.85m/min;开启结晶器电磁搅拌(180A/3Hz)及末端电磁搅拌(50A/6HZ)，确保钢液均匀性;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压0.9Pa，尽量减少二次氧化;采用优质内装式四孔水口以及含硫钢专用保护渣，浇铸过程结晶器内钢液面平稳可控。
[0053]通过上述方法冶炼得Mn-Cr系齿轮钢经乳制所得圆钢的主要成分及气体含量:C:
0.19% ,Si:0.23% ,Mn:1.29% ,Cr:1.15% ,Mo:0.006% ,B:0.0005% ,Cu:0.003% ^Ni:
0.005% ^Al:0.032% ,P: 0.014% ,S:0.031% ,ff: 0.001% ,Ti:0.0014%，N:42.7ppm，0:9.3ppm;低倍指标检测结果显示:中心疏松1.0级，一般疏松、中心偏析均为0.5级;金相高倍检测表明A(细)类夹杂物1.5级、A(粗)类夹杂物1.0级，C类非金属夹杂物为O级，B类最高不超过1.0级，D类最高不超过0.5级;带状组织2.0级，晶粒度7级;利用上述冶炼方法制得同一炉号不同乳材试样的淬透性检测值偏差范围为J1.5:43.0±1.0HRC，J9:38.5±3.0HRC，J15:33.5±3.0HRC。
[0054]对比实施例2
[0055]破真空软吹后，采用“先喂入硫、再喂入钙”的工艺，其余操作、参数同实施例2不变，具体工艺为:
[0056]采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空处理—CCM连铸的工艺路线生产Mn-Cr系高性能齿轮钢。
[0057]冶炼成品成份控制:C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40% ,Cr:1.00?1.30%，Mo<0.08%，B<0.0005%，Cu<0.02%、Ni < 0.02%、A1:0.025?0.055%，P:《0.015%，S:0.020?0.035%，Ν: < 130ppm。
[0058]电转炉总装入量控制在103.4吨，铁水比91%，生铁加入量为3.1吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C:0.12%、P:0.0010%、出钢温度T: 1641°C，出钢量86.8吨；出钢过程加入10kg Al块及50kg电石脱氧，加入800kg低碳锰铁、210kg低钛硅铁、1750kg低碳低钛铬铁及350kg高碳锰铁进行炉后合金化，并加入680kg石灰及420kg低钛合成渣料进行造渣，出钢采用偏心炉底出钢，保证炉内余钢量，严禁出钢下渣。
[0059]LF精炼前期采用25kg铝粒和120kg碳化硅加强脱氧，底吹氩气压力调整至
0.45MPa，通电加热8分钟后即实现白渣化;取LF—样测定成分后补加25kg硅铁、200kg低碳低钛铬铁、10kg低碳锰铁，精炼中后期小批量多次均匀飘散SiFe粉至渣面脱氧保渣，共计17kg，底吹氩气压力调整至0.25MPa;LF精炼吊包前15分钟钢液中Mn、Cr达到目标成分范围的中下限，为后续喂丝增氮留一定余量，LF精炼吊包前10分钟C、Si含量达到目标值并满足吊包温度要求，之后不再进行大电流通电，以防电极增碳，同时考虑后续真空铝损，LF吊包前5分钟喂入铝丝调整Al含量至0.045%,炉渣粘度适当流动性较好，即吊包上VD炉，吊包温度1629°C，LF精炼时长65分钟。VD处理时在高真空度下(<67Pa)保压15分钟，随即破空，VD真空处理总耗时29分钟，破空温度1578°C。
[0060]VD破空随即取样进行成分检测，根据钢中Mn、Cr、N含量分别喂入MnN丝及CrN丝60m和45m，而C、Si含量与真空前未出现大的波动，故未进行调整，软吹5分钟均匀钢液后即喂入硫铁丝180m进行“再硫化”处理，10分钟软吹间隔后，再喂入钙丝100m，喂丝工序完成后均匀化软吹15分钟即吊包上连铸回转台，上钢温度1558°C。[ΟΟ?? ] 连铸过热度21°C，拉速恒定0.85m/min;开启结晶器电磁搅拌(180Α/3Ηζ)及末端电磁搅拌(50A/6HZ)，确保钢液均匀性;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，增加大包下水口与长水口接缝处外置式氩环，保持微正压0.9Pa，尽量减少二次氧化;采用优质内装式四孔水口以及含硫钢专用保护渣，浇铸过程结晶器内钢液面平稳可控。
[0062] 通过上述方法冶炼得Mn-Cr系齿轮钢经乳制所得圆钢的低倍指标检测结果显示:中心疏松、一般疏松、中心偏析均为0.5级；金相高倍检测表明A(细)类夹杂物3.5级、A(粗)类夹杂物1.0级，C类非金属夹杂物为O级，B类最高不超过1.5级，D类最高不超过1.5级;带状组织2.0级，晶粒度8级;利用上述冶炼方法制得同一炉号不同乳材试样的淬透性检测值偏差范围为J1.5:42.5±0.5HRC，J9:37.0±I.0HRC，J15:31.5±1.5HRC。
【主权项】
1.一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:所述方法为，电转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、喂丝及软吹、CCM连铸。2.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:所述齿轮钢的成分范围为C:0.17?0.22%，S1:0.15?0.25%，Mn: 1.10?1.40%，Cr: 1.00?1.30% ,Mo <0.08%，B< 0.0005%，Cu< 0.02%、Ni <0.02%、A1:0.025?0.055%，P< 0.015%，S:0.020?0.035%^<13(^口111，其余为铁。3.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:电转炉冶炼时，利用铁水倾翻装置采用在线铁水装入模式，结合泡沫渣操作工艺，出钢碳控制在0.08 %?0.12%范围内，同时出钢P <0.010%;采用偏心底出钢，出钢温度T21640°C，出钢量控制在85±2 吨， 出钢过程中加入Al块及电石脱氧，采用低钛硅铁、低碳低钛铬铁、低碳锰铁及高碳锰铁合金化，并加入石灰及低钛合成渣料进行造渣;严禁出钢下渣。4.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:LF精炼精炼时间为40?70分钟，前期使用Al粒和SiC进行脱氧，中后期小批量多次均匀飘散无碳脱氧剂SiFe粉至渣面脱氧保渣，保持还原性气氛并防止碳含量的波动，初样成分出来后补加优质合金调整成分， LF精炼前期调整氩气压力至0.4?0.6MPa，中后期氩气压力为0.2?0.35MPa，保持炉内微正压;LF精炼过程造高碱度渣； LF精炼吊包前达到除Mn、Cr、N、S以外各元素的成品目标成分，其中LF精炼吊包前1分钟C、Si含量达到目标值时同时完成升温要求，而Mn、Cr在LF吊包前均达到目标成分范围的下限，Al按控制范围最上限控制，此外特定残余元素满足Mo < 0.005%、B < 0.0003%、V<0.01 % ^Cu <0.01% ^Ni <0.01% ^ff < 0.005% ^Ti < 0.0015%的含量要求。5.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:VD真空处理过程中，抽至< 67Pa的高真空后保压15分钟，高真空下要求钢液裸露翻腾。6.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:喂丝过程中，根据钢中实际的N含量及Mn、Cr含量，调整喂入MnN丝及CrN丝，钢中N含量控制在70?lOOppm，保证钢中A1/N为3?5;再向钢液中喂入钙丝完成钙处理后再进行“再硫化工艺”。7.如权利要求1所述的Mn-Cr系高性能齿轮钢的冶炼方法，其特征在于:CCM连铸过程中，连铸过热度控制在15?25°C，执行慢节奏恒拉速控制，二冷采用弱冷;连铸过程采用碱性覆盖剂，中包内安装镁质挡墙，保持中包黑渣面操作，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持0.7?0.9pa的微正压;采用四孔水□并开启电磁搅拌;除此之外，使用含硫钢专用保护渣。
【文档编号】C22C38/16GK105839015SQ201610328134
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】朱富强, 高宇波, 徐必靖, 王二庆, 冷永磊, 万文华
【申请人】中天钢铁集团有限公司