一种机器人谐波减速机柔性轴承用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性轴承用钢及其生产方法，产品化学成分：C：0.93～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，Cr：1.40～1.60％，Ni≤0.20％，Cu≤0.20％，Mo≤0.08％，Al≤0.05％，S≤0.008％，P≤0.010％，Ti≤0.0012％，O≤0.0006％，As≤0.01％，Sn≤0.01％，Sb≤0.005％，Pb≤0.0015％，Nb：0.01～0.10％，V：0.01～0.10％，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性轴承用钢及其生产方法


[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性轴承用钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，通过精密减速机将输入端的高功率转变为输出端的低功率，让机器人可以按照人为预先编排的程序进行运行，代替重复机械式的人工操作，机器人替代人工劳动力已经在全世界范围得到广泛重视，并逐渐成为极具发展前景的智能化机器人领域。
[0003]谐波减速机是机器人中的最精密的减速机类型，其组成部分包括：椭圆形凸轮、柔性轴承、带有外齿圈的柔轮和带有内齿圈的刚轮。柔性轴承的内圈固定在椭圆形凸轮上，构成谐波减速机的输入端，柔性轴承的外圈与柔轮构成谐波减速机的输出端。当波发生器连续转动时，会使柔轮的外齿圈和刚轮的内齿圈之间产生错齿运动，从而实现运动传递功能。谐波减速机因其高精度、大传动比、传动效率高、体积小、重量轻等特点，逐渐朝汽车制造、精密数控机床、半导体生产设备等高端制造领域的方向发展。
[0004]从谐波减速机的工作原理上看，柔性轴承是重要组成部分之一，而且与普通轴承相比，柔性轴承的服役条件更为恶劣。首先，谐波减速机输入端具备高功率的特征，导致柔性轴承需要承受的转动速度要远高于普通轴承。其次，由于凸轮为椭圆形形状，在波发生器转动过程中，柔性轴承会发生一定程度、不同形状的弹性变形，导致柔性轴承不仅需要承受较高的接触应力和冲击应力，而且应力的方向始终发生变化。因此，在运行过程中，柔性轴承会更容易提前发生疲劳失效。机器人谐波减速机柔性轴承的长寿命要求就对柔性轴承用钢提出了更加严苛的要求，除满足高强度、高硬度、高耐磨性的要求外，还必须具备较高的纯净度、较高的组织均匀性和较长的疲劳寿命。
[0005]目前，机器人谐波减速机长期被国外企业垄断，大部分机器人厂商均采用国外进口材来制造柔性轴承谐波减速机用关键零部件，国内对机器人谐波减速机的研发处于一片空白，这严重制约了我国智能化机器人产业的发展。
[0006]国外采用模铸工艺生产机器人谐波减速机柔性轴承用钢，模铸工艺生产的钢材具有组织均匀性高、致密度高的优势，但是难以保证柔性轴承的高纯净度要求。为提高钢材的纯净度，国外也采用电渣重熔工艺生产柔性轴承用钢，这种工艺生产的钢材具有非金属夹杂物颗粒细小且分布均匀的优势，但也存在生产效率低、产能低、能耗较高和生产成本高等明显的劣势，因此，电渣重熔工艺生产的钢材的市场竞争力很低。随着真空脱气、连铸和连轧技术的发展，国外也逐渐采用真空脱气+连铸+连轧工艺生产柔性轴承用钢，这种工艺既可以大幅度提高生产效率和产能，大幅度降低能耗和生产成本，真空脱气也可以明显降低钢材氧含量，使非金属夹杂物尺寸减小，提升纯净度的指标，因而真空脱气连铸材在市场上更加具有竞争优势，但是相比于传统模铸和电渣重熔工艺，连铸+连轧的工艺难以保证较高组织均匀性的要求。机器人谐波减速机柔性轴承用钢的质量瓶颈，限制了高端谐波减速机
在航空航天、新能源装备等领域的应用。

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机器人谐波减速机柔性轴承用钢及其制造方法，通过对连铸工艺的关键参数进行改善，进一步降低钢中氧含量和有害元素含量，减少非金属夹杂物的含量和尺寸，提高纯净度；通过增加锻造工序和优化轧制工艺来改善碳化物均匀性及组织均匀性，以此满足机器人谐波减速机柔性轴承用钢的质量要求，使其在满足机器人谐波减速机柔性轴承用钢的质量要求基础上，具有很强的市场竞争力。
[0008]为满足机器人谐波减速机柔性轴承组织均匀性，本专利技术要求按照GB/T 6394检验钢材的奥氏体晶粒度，晶粒度评级≥10级。
[0009]为满足机器人谐波减速机柔性轴承具有较长的疲劳寿命，因此要求钢材具有较高的纯净度，故本专利技术对微观、宏观非金属夹杂物和组织均匀性等方面均提出了严格的要求。
[0010]微观非金属夹杂物包括A类和C类塑性夹杂物、B类和D类脆性夹杂物，塑性夹杂物一般具有较高的延展性，不易产生疲劳裂纹，因此这类夹杂物对柔性轴承的疲劳寿命危害较小；脆性夹杂物一般具有较高的硬度，在柔性轴承的运转过程中容易造成应力集中，导致与基体分离产生疲劳裂纹，影响柔性轴承的疲劳寿命，而且这类夹杂物尺寸越大，对疲劳寿命的危害越大。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1。
[0011]表1
[0012][0013]宏观非金属夹杂物会在柔性轴承的使用过程中极易造成严重的应力集中，极大地降低柔性轴承的使用寿命。本专利技术需按照SEP 1927(锻轧钢棒纯净度水浸超声测定方法)水浸高频探伤方法对宏观非金属夹杂物进行检验，采用5级灵敏度检测，检测总体积≥5dm3，宏观夹杂物达到零缺陷。
[0014]由于钢材碳化物尺寸均匀性和组织致密度对疲劳寿命有比较大的影响，本专利技术要求采用SEP 1520对钢材碳化物的显微组织进行检测，要求CN5≤5.3，CZ6≤6.1，CZ7≤7.4。本专利技术要求钢材采用ASTM E381对钢材低倍组织进行评级，要求C≤2.0、R≤2.0、S≤2.0，并且不允许出现缩孔、裂纹、皮下气泡、过烧、白点及有害夹杂物。
[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性轴承用钢，C：0.93～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，Cr：1.40～1.60％，Ni≤0.20％，Cu≤0.20％，Mo≤0.08％，Al≤0.05％，Ca≤0.0010％，S≤0.008％，P≤0.010％，Ti≤0.0012％，O≤0.0006％，As≤0.01％，Sn≤0.01％，Sb≤0.005％，Pb≤0.0015％，Nb：0.01～0.10％，V：0.01～0.10％，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性轴承用钢的主要化学成分(如C，Si，Mn，Cr，Ni，Cu，Mo，Ni，Al，Ca元素含量)在满足国标GB/T 18254
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2016《高碳铬轴承钢》中GCr15的要求基
础上，严格控制并降低有害元素S、P和Ti元素的含量，控制钢材中氧含量，保证钢材的纯净度要求，为进一步提高轴承钢的奥氏体晶粒度，本专利技术添加一定的Nb和V元素，进行Nb和V的微合金化，具体的化学元素设计如下：
[0017]1)S含量的确定
[0018]S主要以MnS非金属夹杂物的形式存在于钢中，虽然这种夹杂物一般属于塑性夹杂物，对钢材的疲劳寿命的影响程度远低于脆性夹杂物，但是MnS夹杂物还是对组织均匀性有一定破坏作用。MnS一般为长条状形貌，但是也会形成有“棱角”的块状形貌，这种形貌会对疲劳寿命有严重的危害作用。但是钢材含有少量的S元素，能提高钢材的切削性能，因此确定S≤0.008％。
[0019]2)P含量的确定
[0020]P元素是钢材中常见的有害元素，在连铸过程中容易造成元素偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人谐波减速机柔性轴承用钢，其特征在于：该钢的化学成分为：C：0.93～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，Cr：1.40～1.60％，Ni≤0.20％，Cu≤0.20％，Mo≤0.08％，Al≤0.05％，S≤0.008％，P≤0.010％，Ti≤0.0012％，O≤0.0006％，As≤0.01％，Sn≤0.01％，Sb≤0.005％，Pb≤0.0015％，Nb：0.01～0.10％，V：0.01～0.10％，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性轴承用钢，其特征在于：钢材奥氏体晶粒度按照GB/T 6394检验，晶粒度评级≥10级；微观夹杂物根据GB/T 10561A法检验，非金属夹杂物满足A类细系≤1.5；A类粗系≤1.0；B类细系≤1.0；B类粗系≤0.5；C类细系＝0；C类粗系＝0；D类细系≤1.0；D类粗系≤0.5；Ds类≤1.0。宏观缺陷按SEP 1927水浸高频探伤方法检验，采用5级灵敏度检测，检测总体积≥5dm3，宏观缺陷达到零缺陷；钢材碳化物按照SEP 1520方法检验，碳化物CN5≤5.3，CZ6≤6.1，CZ7≤7.4；钢材低倍组织ASTM E381法，要求C≤2.0、R≤2.0、S≤2.0，并且不允许出现缩孔、裂纹、皮下气泡、过烧、白点及有害夹杂物。3.一种如权利要求1所述的一种机器人谐波减速机柔性轴承用钢的制造方法，其特征在于：采用真空脱气+连铸的方式冶炼坯料，具体的生产工艺流程为铁水预处理
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转炉或电弧炉冶炼
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LF精炼
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RH或VD炉真空脱气
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大截面连铸CCM大连铸坯
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锻造开中间坯
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中间坯轧制成材
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精整，主要生产工艺特点如下：(1)钢水冶炼：冶炼原料依次通过KR铁水预处理、转炉或电弧炉冶炼、LF精炼、RH或VD炉真空脱气；(2)连铸：采用大截面尺寸的方型连铸坯，连铸坯规格为300mm
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340mm及以上，确保钢材在后续锻造和轧制过程中的大压缩比，压缩比≥20；(3)连铸坯锻造开中间坯：将连铸坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热后，经精锻机锻造开坯成200mm
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200mm
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300mm
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300mm的方型中间坯；(4)中间坯轧制成材：将符合上述尺寸的中间坯送至在中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热后轧制成成品钢材；(5)精整：轧制后棒材经过矫直、倒角和表面质量及内部质量的无损探伤精整工序，表面质量和内部质量的探伤检验均合格后才能最终交付。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘烨，白云，吴小林，尹青，陈敏，李文彬，华刘开，桂煜琳，
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：