SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法技术

本发明专利技术公开一种SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，目的是降低钢中氧含量及夹杂物，保证淬透性的稳定，确保钢材表面高质量。本发明专利技术工艺路线为：超高功率电炉→LF→VD→连铸→连续炉加热→连轧机轧制→精整→矫直及倒棱→表面涡流探伤→包装；炼钢工艺中连铸采用长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；合适的内控成分设计；控制钢中N元素含量，控制B元素在钢中的形态；控制连铸中包过热度和拉坯速度；其中轧制工艺确保合适的加热温度。本发明专利技术的优点在于：降低了钢中氧含量及夹杂物，钢中气体氧含量＜15ppm，非金属夹杂物100%符合韩国现代标准；控制化学元素含量的窄范围，保证了淬透性的稳定；保证钢材的表面高质量满足精密锻造要求。

【技术实现步骤摘要】
SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法
本专利技术属于金属材料制造领域，公开一种高质量汽车齿轮钢制造方法，主要用于合金结构钢SCr420HB钢的生产。
技术介绍
SCr420HB为韩国牌号，是在日本牌号SCr420H钢基础上提高Mn元素控制含量，并额外添加B、Nb元素，广泛应用于韩国现代汽车变速器齿轮制造。为确保其产品的安全性，稳定性，现代汽车公司对材料质量技术指标提出更加严格的要求，为减少热处理变形，减少齿轮的磨损和噪音，淬透性带宽只有正常钢种的30%，带宽只有3HRC；高的洁净度要求，氧含量≤15ppm，夹杂物按日标JISG0555检验，dB+dC≤0.05%;表面质量要求严格，适用于精密锻造要求，目前尚未见国内、外文献报道相关的有价值的冶炼、加工工艺信息和淬透性研究的信息；在国内抚顺特殊钢股份有限公司是制造SCr420HB钢的唯一厂家，产品规格为∮20mm～∮90mm。采用连铸连轧工艺路线，连铸坯直接成材，易产生成分偏析和钢材表面质量问题，难以实现淬透性带宽不大于3HRC的技术要求，在生产中经常批量出现淬透性超出规定范围不合格钢材；由于SCr420HB钢含有B、Nb元素，易形成碳、氮化物，导致钢坯表面质量差，影响成材后的表面质量，造成钢零件锻造过程中产生表面缺陷，经常出现表面质量异议。
技术实现思路
解决上述问题应采取两个方面的关键技术措施：一方面制定科学的冶炼、加工工艺，确保SCr420HB钢能够达到高洁净度的冶金质量以及良好的钢材表面质量，另一方面进行合理的化学成分设计，保证窄淬透性得到有效控制。对于SCr420HB钢冶炼工艺的难点在于如何降低钢中氧含量减少钢中氧化物夹杂、在浇注过程中减少二次氧化防止钢液污染；同时控制合理的工艺减少成分的偏析，保证窄淬透性的控制；加工工艺的难点在于如何制定合理的加热及轧制工艺保证钢材的表面质量；化学成分设计的难点在于如何设计成分及其配比以保证窄淬透性带，同时提高铸坯表面质量。本专利技术公开一种SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，目的是通过采用制订、控制炼钢工艺，达到降低钢中氧含量及夹杂物的目的、达到对钢材淬透性有重大影响的化学元素C、Mn、Cr、Ni、Mo、N窄范围的目的；通过制定、控制加工工艺达到高钢材表面质量的目的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案生产规格为φ20mm～φ90mm的SCr420HB钢材：1.工艺路线为：超高功率电炉→LF→VD→连铸→连续炉加热→连轧机轧制→精整→矫直及倒棱→表面涡流探伤→包装；其中包括炼钢工艺、轧制工艺；2.炼钢工艺⑴内控化学成分设计SCr420HB钢的化学成分内控标准，见表1，表1%；⑵电炉工艺装炉量65吨～70吨，炉料选用优质废钢、生铁,其中废钢配入量20吨～40吨、生铁配入量≥30吨；出钢温度T≥1660℃，终点碳按≥0.08%控制，出钢时可以采用部分高碳合金料调成份，控制LF到位碳0.10%～0.16%；偏心低出钢，未下氧化渣出钢；出钢前3min～5min降低用氧强度，增加喷碳用量，每炉300kg～400kg；钢终脱氧加铝1.0kg/t，电石100kg/炉；使用优质白灰和预熔渣造渣；⑴LF工艺到位按0.10％喂铝线，后期不再喂铝线；全程采用SiC粉+Al粒扩散脱氧，首批Al粒加入量40kg～80kg，白渣保持时间≥30min；精炼第二次取样后加入适量火砖调整渣系;LF精炼过程吹氮气控制钢中氮含量，以控制VD脱气后氮含量在0.007%～0.015%；LF出钢温度T=1670℃～1690℃；⑷VD工艺入罐前少量扒渣，入罐后插入硼铁，按1.5m/t喂入CaSi线；真空度≤100Pa，真空下保持时间10min～15min，极限真空度下大氩气搅拌，脱气后软吹时间≥30min，以不露钢液面为准；出罐温度1590℃±10℃；⑸连铸工艺该钢液相线温度1510℃，采取结晶器电磁搅拌技术，过热度控制15℃～40℃，拉坯速度控制在0.8m/min～1.0m/min；进行中包吹氩操作，长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；连铸坯坑冷或红送；3热加工工艺⑵连轧工艺：①加热温度如表2，表2℃加热Ⅰ段温度加热Ⅱ段温度均热段温度终轧温度1150±901270±301200±20≤990；②出炉速度：90s/支～120s/支；⑴钢材冷却工艺：钢材小于φ70mm堆冷，不小于φ70mm必须进行坑冷，坑冷时间≥30小时；4钢材表面精整检查工艺钢材全部进行表面涡流探伤，不合格的进行磨光后二次探伤；5检验结果①钢中气体氧含量＜15ppm；②非金属夹杂物100%符合标准规定；③末端淬透性检验：J43～46-5，J32～35-11；④晶粒度≥7.0级。通过控制工艺关键环节实现本专利技术的目的：⑴高水平钢水洁净度现代汽车标准规定非金属夹杂物合格级别应符合表3的规定，表3%分类AB+CA+B+C含量≤0.15≤0.05≤0.15；提高钢水洁净度应控制炼钢工艺的以下四个关键环节：①控制电炉出钢过氧化程度，偏心低出钢方式，不下氧化渣出钢，减少钢液中原始氧含量；出钢时采用合适的脱氧剂，减少钢液脱氧生成的夹杂物含量；②LF精炼前期采取喂铝方式调整钢液中铝含量，提高脱氧效率，后期不再喂铝线，渣面扩散脱氧采用SiC粉和少量Al粒，防止后期喂铝生成氧化物在钢液中排除困难；③VD处理中软吹时间≥30min，以不露钢液面为准；出罐温度1590℃±10℃，合理控制连铸中包过热度；④连铸采用长水口保护+保护渣+氩气保护浇注，结晶器电磁搅拌技术，降低连铸钢液过热度，均匀坯壳，降低连铸坯偏析，提高铸坯表面质量；⑵窄淬透性带韩国现代汽车标准规定末端淬透性应符合表4的规定;表4距离(mm)511韩国现代标准(HRC)43～4632～35；一般汽车齿轮用钢淬透性带宽要求为≤9HRC，窄淬透性齿轮钢带宽为≤6HRC，而韩国现代汽车标准要求淬透性带宽为≤3HRC，只是正常带宽的30%。为保证窄淬透性的控制，关键控制以下两个环节：①合适的内控成分设计：由于钢淬透性带宽为≤3HRC，而且淬透性硬度值要求较高，抚顺特殊钢股份有限公司根据钢成分特点，结合韩国世亚SCr420HB钢实物解剖分析，并依据美国ASTMA255和德国的SEP1664淬透性计算软件，进行大量数据的比较对比分析，经过多次工艺试验，调整钢中合金元素含量，最终确定合适的化学成分C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的最佳配比；由于钢含有B元素，对淬透性的影响较为复杂，通过理论研究及实物分析，确认满足淬透性要求的情况下B元素在钢中的存在形式，通过控制钢中N元素含量，控制B元素在钢中的形态，保证淬透性的稳定。②合适的连铸过热度及连铸拉速、冷却强度控制：根据连铸凝固理论，结合本公司连铸机的特点，控制连铸中包过热度在15℃～40℃，拉坯速度在0.8m/min～1.0m/min，合理的冷却配水，减少连铸坯的成分偏析，减少淬火硬度的波动。⑶高的表面质量SCr420HB钢由于其成份中含Nb、B元素，连铸坯易出现顺裂，钢材表面质量较差。通过对SCr420HB钢高温力学性能的研究，发现钢第Ⅰ区高温低脆性区的温度范围为熔点Tm～1340℃，第Ⅱ区为高温高塑性区1340℃～960℃，第Ⅲ区为低塑性区960℃～600℃。根据高温性能规律，制定合理的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，其特征在于：制造规格为φ20mm～φ90mm的SCr420HB钢材的工艺路线为：60吨超高功率电炉→LF→VD→连铸→连续炉加热→连轧机轧制→精整→矫直及倒棱→表面涡流探伤→包装；其中包括炼钢工艺、热加工工艺、精整工艺、理化检验；所述炼钢工艺：⑴SCr420HB钢的化学成分标准及内控标准表1，????????????????????????表1????????????????????????%；⑵电炉工艺装炉量65吨～70吨，炉料选用优质废钢、生铁,其中废钢配入量20吨～40吨、生铁配入量≥30吨；出钢温度T≥1660℃，终点碳按≥0.08%控制，出钢时可以采用部分高碳合金料调成份，控制LF到位碳0.10%～0.16%；偏心低出钢，未下氧化渣出钢；出钢前3min～5min降低用氧强度，增加喷碳用量，每炉300kg～400kg；钢终脱氧加铝1.0kg/t，电石100?kg/炉；使用优质白灰和预熔渣造渣；⑶LF工艺到位按0.10％喂铝线，后期不再喂铝线；全程采用SiC粉+Al粒扩散脱氧，首批Al粒加入量40?kg～80kg，白渣保持时间≥30min；第二次取样后加入适量火砖调整渣系;LF精炼过程吹氮气控制钢中氮含量，以控制VD脱气后氮含量在0.007%～0.015%；LF出钢温度T=1670℃～1690℃；⑷VD工艺入罐前少量扒渣，入罐后插入硼铁，按1.5m/t喂入CaSi线；真空度≤100Pa，真空下保持时间10?min～15min，极限真空度下大氩气搅拌，脱气后软吹时间≥30min，以不露钢液面为准；出罐温度1590℃±10℃；⑸连铸工艺该钢液相线温度1510℃，采取结晶器电磁搅拌技术，过热度控制15℃～40℃，拉坯速度控制在0.8?m/min～1.0m/min；进行中包吹氩操作，长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；连铸坯坑冷或红送；所述热加工工艺：连轧工艺：①加热温度如表2，???????????????????????表2??????????????????????℃；②出炉速度：90?s/支～120s/支；钢材冷却工艺：钢材小于φ70mm堆冷，不小于φ70mm必须进行坑冷，坑冷时间≥30小时；?所述精整工艺：钢材全部进行表面涡流探伤，不合格的进行磨光后二次探伤；所述理化检验结果：①钢中气体氧含量＜15ppm；②非金属夹杂物100%符合标准规定；③末端淬透性：J43～46?5，J32～35?11；④晶粒度≥7.0级。82577dest_path_image002.jpg,999717dest_path_image004.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，其特征在于：制造规格为φ20mm～φ90mm的SCr420HB钢材的工艺路线为：60吨超高功率电炉→LF→VD→连铸→连续炉加热→连轧机轧制→表面精整检查→矫直及倒棱→表面涡流探伤→包装；其中包括炼钢工艺、热加工工艺；所述炼钢工艺：⑴SCr420HB钢的化学成分标准及内控标准表1，表1％⑵电炉工艺装炉量65吨～70吨，炉料选用优质废钢、生铁,其中废钢配入量20吨～40吨、生铁配入量≥30吨；出钢温度T≥1660℃，终点碳按≥0.08％控制，出钢时采用部分高碳合金料调成份，控制LF到位碳0.10％～0.16％；偏心低出钢，未下氧化渣出钢；出钢前3min～5min降低用氧强度，增加喷碳用量，每炉300kg～400kg；钢终脱氧加铝1.0kg/t，电石100kg/炉；使用优质白灰和预熔渣造渣；⑶LF工艺到位按0.10％喂铝线，后期不再喂铝线；全程采用SiC粉+Al粒扩散脱氧，首批Al粒加入量40kg～80kg，白渣保持时间≥30min；第二次取样后加入适量火砖调整渣系；LF精炼过程吹氮气控制钢中氮含量，以控制VD脱气后氮含量在0.007％～0.015％；LF出钢温度T＝1670℃～1690℃；⑷VD工艺入罐前少量扒渣，入罐后插入硼铁，按1.5m/t喂入CaSi线；真空度≤100Pa，真空下保持时间10min～15min，极限真空度下大氩气搅拌，脱气后软吹时间≥30min，以不露钢液面为准；出罐温度1590℃±10℃；⑸连铸工艺该钢液相线温度1510℃，采取结晶器电磁搅拌技术，过热度控制15℃～40℃，拉坯速度控制在0.8m/min～1.0m/min；进行中包吹氩操作，长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；连铸坯坑冷或红送；所述热加工工艺：⑴连轧工艺：①加热温度如表2，表2℃②出炉速度：90s/支～120s/支；⑵钢材冷却工艺：钢材小于φ70mm堆冷，不小于φ70mm必须进行坑冷，坑冷时间≥30小时；所述表面涡流探伤：钢材全部进行表面涡流探伤，不合格的进行磨光后二次探伤；理化检验结果：①钢中气体氧含量＜15×10-6；②非金属夹杂物100％符合标准规定；③末端淬透性：J43～46-5，J32～35-11；④晶粒度≥7.0级。2.根据权利要求1所述SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，其特征在于:钢材规格：φ30mm，加工比81.5；⑴电炉装炉量68吨，其中废钢配入量38吨、生铁配入量30吨；出钢温度1665℃，P含量为0.013％，终点碳0.10％，出钢前3min降低用氧强度，喷碳用量350kg；终脱氧加铝60kg，电石100kg；白灰900kg，预熔渣100kg，未下氧化渣；⑵LF炉到位喂铝线300m，全程采用SiC粉+Al粒扩散脱氧，首批加入铝粒量55kg，白渣保持时间45min；LF炉第二次取样后加入火砖200kg，出钢温度1685℃，S:0.010％；⑶VD炉入罐前扒渣，插入硼铁8kg，喂入CaSi线100m，真空度≤100Pa，真空下保持时间15min，解除真空后软吹时间30min，VD出钢温度1595℃；⑷连铸开浇前中包充氩1min，中包温度/拉速：1538℃/0.90m/min；结晶器电磁搅拌电流400A,频率3.5Hz；长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；连铸坯坑冷；⑸熔炼化学成份如表3，表3％⑹连铸坯加热温度1190℃，出炉速度100s/支；终轧温度970℃,钢材堆冷；⑺生产检验结果：①夹杂物A：0.02％，0.02％；B+C：0.02％，0.02％；A+B+C：0.04％，0.04％；②气体氧含量：11×10-6；③末端淬透性：J43.5-5，J33.5-11；④晶粒度：7.0级；⑤钢材表面涡流探伤合格率：93％。3.根据权利要求1所述SCr420HB高质量汽车齿轮钢制造方法，其特征在于:钢材规格：φ45mm，加工比36.2；⑴电炉装炉量65吨，其中废钢配入量35吨、生铁配入量30吨；出钢温度1670℃，P含量为0.010％，终点碳0.12％，出钢前3min降低用氧强度，喷碳用量400kg；终脱氧加铝60kg，电石100kg；白灰1000kg，预熔渣100kg，未下氧化渣；⑵LF炉到位喂铝线300m，全程采用SiC粉+Al粒扩散脱氧，首批加入铝粒量60kg，白渣保持时间40min；LF炉第二次取样后加入火砖200kg，出钢温度1680℃，S:0.005％；⑶VD炉入罐前扒渣，插入硼铁8kg，喂入CaSi线100m，真空度≤100Pa，真空下保持时间15min，解除真空后软吹时间35min，VD出钢温度1590℃；⑷连铸开浇前中包充氩1min，中包温度/拉速：1545℃/0.9m/min；结晶器电磁搅拌电流400A,频率3.5Hz；长水口保护+保护渣+氩气保护浇注；连铸坯坑冷；⑸熔炼化学成份如表4，表4％...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志才，冯桂萍，李涛，刘金鑫，陈庆新，王海江，马群，赵敏，薛井恒，穆立峰，赵成志，顾文涛，赵志刚，
申请(专利权)人：抚顺特殊钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：