一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法，产品化学成分：C：0.36～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.90％，Cr：0.60～1.00％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.60～2.00％，Cu≤0.25％，Mo：0.15～0.35％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.003％，O≤0.0010％，As≤0.01％，Sn≤0.015％，Sb≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程为铁水预处理

【技术实现步骤摘要】
一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于冶金
，具体涉及一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]近年来劳动力成本的上涨和人口老龄化的加速给传统制造业带来了巨大压力，一些企业已经开始升级智能化来取代传统制造方式，以此来提高生产效率和降低成本。智能化机器人产业已经成为全球制造业的发展方向，并得到了蓬勃的发展。
[0003]智能机器人中有三大核心部件：运动控制器、伺服驱动电机和精密减速机，其中精密减速机最为关键，制造成本占比在35％以上。根据传动方式的不同，精密减速机一般分为RV减速机和谐波减速机，其中谐波减速器具有结构紧凑、质量轻、体积小而传动效率高、传动精度高等优点，是目前技术含量最高、最具竞争力的机器人用精密减速机。
[0004]谐波减速器由四个基本构件组成：固定的内齿刚轮、柔轮、波发生器以及柔性轴承，靠波发生器装配上柔性轴承使柔轮产生可控的弹性变形，并与刚轮相啮合来传递动力。当波发生器发生转动时，柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，导致柔轮的每个部位均需要长期承受各种形式的交变应力，这对柔轮的精度和性能提出了极为苛刻的要求。柔轮作为谐波减速机的关键部位，柔轮的疲劳寿命一般决定了谐波减速机的使用寿命。综上所述，谐波减速机柔轮部件需要采用较高纯净度、较高组织均匀性和较高疲劳寿命的特殊材料进行制备。
[0005]目前，谐波减速机柔轮材料被国外企业垄断，国内对该材料的研发处于空白。谐波减速机的核心零部件材料长期依赖进口，大大提高了国内智能机器人的生产成本，严重制约我国智能化机器人产业的发展。
[0006]当前，谐波减速机柔轮材料主要采用模铸工艺生产的钢材。由于模铸工艺生产的钢材在组织均匀性方面具有一定优势，但也存在生产效率、成材率、产能非常低，能耗和生产成本非常高等明显的劣势。因此，我公司采用真空脱气连铸连轧工艺，通过提高钢的纯净度、降低氧含量和残余有害元素的含量，改善钢材组织均匀性等关键质量指标，研制和生产具有世界先进水平的谐波减速机柔轮用钢，从而推进机器人减速机关键材料的国产化。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高力学性能、高组织均匀性和高纯净度的轴承钢的制造方法。本专利技术对化学成分进行合理设计，在目前生产高纯净度轴承钢的基础上，对关键工序进行优化研究和控制，使钢材获得高的力学性能、高的组织均匀性和高的纯净度，满足谐波机器人减速机柔轮用钢的使用性能。
[0008]本专利技术要求钢材具有较高的强度、一定的韧性及耐冲击性，对力学性能的具体要求见下表1。为保证钢材的高强度，本专利技术要求晶粒度≥6级，并且不能有混晶组织。
[0009]表1
[0010][0011]本专利技术要求钢材具有较高的组织均匀性，因此对低倍组织有严格要求，要求中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.5级，并且不允许出现缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻皮及白点；其次，为保证钢材微观组织均匀性，本专利技术要求带状组织评级不超过2级。
[0012]为满足柔轮具有较长的使用寿命，因此要求钢材具有较高的纯净度，故本专利技术对微观夹杂物提出了严格的要求。由于B类和D类夹杂物属于脆性夹杂物，硬度较高，在应力的作用下不会发生变形。因此在柔轮的使用过程中，容易在这些脆性夹杂物附近产生应力集中，从而萌生裂纹，导致柔轮提前失效，而且这类夹杂物尺寸越大，其危害越大；由于A类和C类夹杂物属于塑性夹杂物，具有较高的延展性，对柔轮的使用寿命危害较小。本专利技术要求根据GB/T 10561A法检验微观非金属夹杂物，对微观非金属夹杂物评级的具体要求见下表2。
[0013]表2
[0014][0015]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种机器人谐波减速机柔轮用轴承钢，化学成分为：C：0.36～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.90％，Cr：0.60～1.00％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.60～2.00％，Cu≤0.25％，Mo：0.15～0.35％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.003％，O≤0.0010％，As≤0.01％，Sn≤0.015％，Sb≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0016]本专利技术的机器人谐波减速机柔轮用轴承钢的化学成分设计依据如下：
[0017]1)C含量的确定
[0018]碳含量是影响零件硬度和强度最重要的元素之一。提高碳含量，能够提高钢材的硬度和强度。但过高的碳含量会降低钢材的塑性和韧性。谐波机器人减速机柔轮用钢既要有较高的强度还要有一定的韧性及耐冲击性。本专利技术C含量采用为0.36～0.43％。
[0019]2)Si含量的确定
[0020]硅是钢中脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。它降低碳元素在铁素体中的扩散速度使回火时析出的碳化物不易聚集，增加钢的回火稳定性。另外，硅元素可以减少摩擦发热时的氧化作用从而提高钢材的耐磨性。但是，过高的硅含量会导致钢材的韧性降低，而且过高的硅含量会增加钢材的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向。本专利技术Si含量采用为0.15～0.35％。
[0021]3)Mn含量的确定
[0022]锰元素对钢材起固溶强化的作用，提高钢的强度。锰元素是钢中脱氧和脱硫元素，锰在钢铁冶炼过程中中可与硫元素形成MnS夹杂，使切削易于碎断，保证钢材的可加工性
能。但锰元素含量过高，会增加钢材的开裂敏感性。本专利技术Mn含量控制在0.60～0.90％。
[0023]4)Cr含量的确定
[0024]铬是强碳化物形成元素，能够提高钢的强度和耐磨性。但铬含量过高，会降低钢材的冲击韧性。本专利技术Cr含量的范围确定为0.60
‑
1.00％。
[0025]5)Ni含量的确定
[0026]镍元素可以提高钢的淬透性并可以显著改善其冲击韧性，但是镍也是贵重金属，含量过高会增加成本。本专利技术Ni含量控制在1.60～2.00％。
[0027]6)Mo含量的确定
[0028]钼元素的主要作用是提高淬透性，改善钢的力学性能，特别是具有提高韧性的效果。并且可以降低钢的韧脆转变温度，抑制钢的回火脆性。但钼属于贵金属，添加量过高会增加制造成本，因此，本专利技术Mo含量的控制范围确定为在0.15～0.35％。
[0029]7)Ca含量的确定
[0030]钙含量会增加钢中点状氧化物的数量和尺寸，同时由于点状氧化物硬度高，塑性差，在钢变形时其不变形，容易在交界面处形成空隙，使钢的性能变差。本专利技术Ca含量的范围确定为≤0.001％。
[0031]8)Ti含量的确定
[0032]钛元素与N元素结合可形成氮化钛夹杂物，也属于脆性夹杂物，其硬度很高、呈尖角状，对柔轮的寿命影响较大，因此本专利技术要求Ti≤0.0030％
[0033]9)O含量的确定
[0034]氧元素在钢中以氧化物夹杂的形式存在，在应力的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢，其特征在于：该钢的化学成分为：C：0.36～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.90％，Cr：0.60～1.00％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.60～2.00％，Cu≤0.25％，Mo：0.15～0.35％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.003％，O≤0.0010％，As≤0.01％，Sn≤0.015％，Sb≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢，其特征在于：钢材晶粒度≥6级，不存在混晶组织；采用金GB/T 10561 A法检验微观非金属夹杂物B细系≤1.5级、B粗系≤1.0级、D细系≤1.0级、D粗系≤1.0级、DS系≤1.0级；采用GB/T 1979对钢材低倍组织评级，要求中心疏松≤1.5级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.5级；屈服强度要求≥980Mpa，抗拉强度要求≥980MPa，伸长率≥12％，断面收缩率≥55％，常温冲击性能AKV≥78J，退火硬度≤269HBW，退火后金相组织不存在贯穿视场的带状组织。3.一种如权利要求1所述的机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢的制造方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)钢水冶炼；(2)大截面CCM连铸坯；(3)连铸坯缓冷，其中下坑温度大于650℃，保证下坑缓冷时间大于48小时；(4)连轧；(5)轧材缓冷：将轧后棒材在480℃及以上温度进行下坑缓冷，缓冷时间大于60小时，出坑温度小于200℃，棒材于起坑后24小时内再次进行软化退火处理；(6)软化退火：软化退火温度为650
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750℃，保温时间≥7h，随后随炉冷却至500℃后出炉空冷至室温；(7)精整，包括矫直、倒角和无损探伤等精整工序，所有产品需100％经过无损探伤，保证产品的表面和内部质量。4.根据权利要求3所述的一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘烨，尹青，颉军定，桂煜琳，吴小林，白云，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：