本發(fā)明屬于金屬材料制造領(lǐng)域，公開一種高質(zhì)量汽車齒輪鋼制造方法，主要用于合金結(jié)構(gòu)鋼SCr420HB鋼的生產(chǎn)。

背景技術(shù)：
SCr420HB為韓國(guó)牌號(hào)，是在日本牌號(hào)SCr420H鋼基礎(chǔ)上提高M(jìn)n元素控制含量，并額外添加B、Nb元素，廣泛應(yīng)用于韓國(guó)現(xiàn)代汽車變速器齒輪制造。為確保其產(chǎn)品的安全性，穩(wěn)定性，現(xiàn)代汽車公司對(duì)材料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)提出更加嚴(yán)格的要求，為減少熱處理變形，減少齒輪的磨損和噪音，淬透性帶寬只有正常鋼種的30%，帶寬只有3HRC；高的潔凈度要求，氧含量≤15ppm，夾雜物按日標(biāo)JISG0555檢驗(yàn)，dB+dC≤0.05%;表面質(zhì)量要求嚴(yán)格，適用于精密鍛造要求，目前尚未見國(guó)內(nèi)、外文獻(xiàn)報(bào)道相關(guān)的有價(jià)值的冶煉、加工工藝信息和淬透性研究的信息；在國(guó)內(nèi)撫順特殊鋼股份有限公司是制造SCr420HB鋼的唯一廠家，產(chǎn)品規(guī)格為∮20mm～∮90mm。采用連鑄連軋工藝路線，連鑄坯直接成材，易產(chǎn)生成分偏析和鋼材表面質(zhì)量問題，難以實(shí)現(xiàn)淬透性帶寬不大于3HRC的技術(shù)要求，在生產(chǎn)中經(jīng)常批量出現(xiàn)淬透性超出規(guī)定范圍不合格鋼材；由于SCr420HB鋼含有B、Nb元素，易形成碳、氮化物，導(dǎo)致鋼坯表面質(zhì)量差，影響成材后的表面質(zhì)量，造成鋼零件鍛造過程中產(chǎn)生表面缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)表面質(zhì)量異議。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
解決上述問題應(yīng)采取兩個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)措施：一方面制定科學(xué)的冶煉、加工工藝，確保SCr420HB鋼能夠達(dá)到高潔凈度的冶金質(zhì)量以及良好的鋼材表面質(zhì)量，另一方面進(jìn)行合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，保證窄淬透性得到有效控制。對(duì)于SCr420HB鋼冶煉工藝的難點(diǎn)在于如何降低鋼中氧含量減少鋼中氧化物夾雜、在澆注過程中減少二次氧化防止鋼液污染；同時(shí)控制合理的工藝減少成分的偏析，保證窄淬透性的控制；加工工藝的難點(diǎn)在于如何制定合理的加熱及軋制工藝保證鋼材的表面質(zhì)量；化學(xué)成分設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)成分及其配比以保證窄淬透性帶，同時(shí)提高鑄坯表面質(zhì)量。本發(fā)明公開一種SCr420HB高質(zhì)量汽車齒輪鋼制造方法，目的是通過采用制訂、控制煉鋼工藝，達(dá)到降低鋼中氧含量及夾雜物的目的、達(dá)到對(duì)鋼材淬透性有重大影響的化學(xué)元素C、Mn、Cr、Ni、Mo、N窄范圍的目的；通過制定、控制加工工藝達(dá)到高鋼材表面質(zhì)量的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案生產(chǎn)規(guī)格為φ20mm～φ90mm的SCr420HB鋼材：1.工藝路線為：超高功率電爐→LF→VD→連鑄→連續(xù)爐加熱→連軋機(jī)軋制→精整→矯直及倒棱→表面渦流探傷→包裝；其中包括煉鋼工藝、軋制工藝；2.煉鋼工藝⑴內(nèi)控化學(xué)成分設(shè)計(jì)SCr420HB鋼的化學(xué)成分內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，見表1，表1%；⑵電爐工藝裝爐量65噸～70噸，爐料選用優(yōu)質(zhì)廢鋼、生鐵,其中廢鋼配入量20噸～40噸、生鐵配入量≥30噸；出鋼溫度T≥1660℃，終點(diǎn)碳按≥0.08%控制，出鋼時(shí)可以采用部分高碳合金料調(diào)成份，控制LF到位碳0.10%～0.16%；偏心低出鋼，未下氧化渣出鋼；出鋼前3min～5min降低用氧強(qiáng)度，增加噴碳用量，每爐300kg～400kg；鋼終脫氧加鋁1.0kg/t，電石100kg/爐；使用優(yōu)質(zhì)白灰和預(yù)熔渣造渣；⑴LF工藝到位按0.10％喂鋁線，后期不再喂鋁線；全程采用SiC粉+Al粒擴(kuò)散脫氧，首批Al粒加入量40kg～80kg，白渣保持時(shí)間≥30min；精煉第二次取樣后加入適量火磚調(diào)整渣系;LF精煉過程吹氮?dú)饪刂其撝械浚钥刂芕D脫氣后氮含量在0.007%～0.015%；LF出鋼溫度T=1670℃～1690℃；⑷VD工藝入罐前少量扒渣，入罐后插入硼鐵，按1.5m/t喂入CaSi線；真空度≤100Pa，真空下保持時(shí)間10min～15min，極限真空度下大氬氣攪拌，脫氣后軟吹時(shí)間≥30min，以不露鋼液面為準(zhǔn)；出罐溫度1590℃±10℃；⑸連鑄工藝該鋼液相線溫度1510℃，采取結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，過熱度控制15℃～40℃，拉坯速度控制在0.8m/min～1.0m/min；進(jìn)行中包吹氬操作，長(zhǎng)水口保護(hù)+保護(hù)渣+氬氣保護(hù)澆注；連鑄坯坑冷或紅送；3熱加工工藝⑵連軋工藝：①加熱溫度如表2，表2℃加熱Ⅰ段溫度加熱Ⅱ段溫度均熱段溫度終軋溫度1150±901270±301200±20≤990；②出爐速度：90s/支～120s/支；⑴鋼材冷卻工藝：鋼材小于φ70mm堆冷，不小于φ70mm必須進(jìn)行坑冷，坑冷時(shí)間≥30小時(shí)；4鋼材表面精整檢查工藝鋼材全部進(jìn)行表面渦流探傷，不合格的進(jìn)行磨光后二次探傷；5檢驗(yàn)結(jié)果①鋼中氣體氧含量＜15ppm；②非金屬夾雜物100%符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；③末端淬透性檢驗(yàn)：J43～46-5，J32～35-11；④晶粒度≥7.0級(jí)。通過控制工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的：⑴高水平鋼水潔凈度現(xiàn)代汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非金屬夾雜物合格級(jí)別應(yīng)符合表3的規(guī)定，表3%分類AB+CA+B+C含量≤0.15≤0.05≤0.15；提高鋼水潔凈度應(yīng)控制煉鋼工藝的以下四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①控制電爐出鋼過氧化程度，偏心低出鋼方式，不下氧化渣出鋼，減少鋼液中原始氧含量；出鋼時(shí)采用合適的脫氧劑，減少鋼液脫氧生成的夾雜物含量；②LF精煉前期采取喂鋁方式調(diào)整鋼液中鋁含量，提高脫氧效率，后期不再喂鋁線，渣面擴(kuò)散脫氧采用SiC粉和少量Al粒，防止后期喂鋁生成氧化物在鋼液中排除困難；③VD處理中軟吹時(shí)間≥30min，以不露鋼液面為準(zhǔn)；出罐溫度1590℃±10℃，合理控制連鑄中包過熱度；④連鑄采用長(zhǎng)水口保護(hù)+保護(hù)渣+氬氣保護(hù)澆注，結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，降低連鑄鋼液過熱度，均勻坯殼，降低連鑄坯偏析，提高鑄坯表面質(zhì)量；⑵窄淬透性帶韓國(guó)現(xiàn)代汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定末端淬透性應(yīng)符合表4的規(guī)定;表4距離(mm)511韓國(guó)現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)(HRC)43～4632～35；一般汽車齒輪用鋼淬透性帶寬要求為≤9HRC，窄淬透性齒輪鋼帶寬為≤6HRC，而韓國(guó)現(xiàn)代汽車標(biāo)準(zhǔn)要求淬透性帶寬為≤3HRC，只是正常帶寬的30%。為保證窄淬透性的控制，關(guān)鍵控制以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：①合適的內(nèi)控成分設(shè)計(jì)：由于鋼淬透性帶寬為≤3HRC，而且淬透性硬度值要求較高，撫順特殊鋼股份有限公司根據(jù)鋼成分特點(diǎn)，結(jié)合韓國(guó)世亞SCr420HB鋼實(shí)物解剖分析，并依據(jù)美國(guó)ASTMA255和德國(guó)的SEP1664淬透性計(jì)算軟件，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的比較對(duì)比分析，經(jīng)過多次工藝試驗(yàn)，調(diào)整鋼中合金元素含量，最終確定合適的化學(xué)成分C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的最佳配比；由于鋼含有B元素，對(duì)淬透性的影響較為復(fù)雜，通過理論研究及實(shí)物分析，確認(rèn)滿足淬透性要求的情況下B元素在鋼中的存在形式，通過控制鋼中N元素含量，控制B元素在鋼中的形態(tài)，保證淬透性的穩(wěn)定。②合適的連鑄過熱度及連鑄拉速、冷卻強(qiáng)度控制：根據(jù)連鑄凝固理論，結(jié)合本公司連鑄機(jī)的特點(diǎn)，控制連鑄中包過熱度在15℃～40℃，拉坯速度在0.8m/min～1.0m/min，合理的冷卻配水，減少連鑄坯的成分偏析，減少淬火硬度的波動(dòng)。⑶高的表面質(zhì)量SCr420HB鋼由于其成份中含Nb、B元素，連鑄坯易出現(xiàn)順裂，鋼材表面質(zhì)量較差。通過對(duì)SCr420HB鋼高溫力學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)鋼第Ⅰ區(qū)高溫低脆性區(qū)的溫度范圍為熔點(diǎn)Tm～1340℃，第Ⅱ區(qū)為高溫高塑性區(qū)1340℃～960℃，第Ⅲ區(qū)為低塑性區(qū)960℃～600℃。根據(jù)高溫性能規(guī)律，制定合理的高溫高塑性區(qū)熱加工工藝溫度參數(shù)1300℃～≤990℃，減少鋼材表面裂紋，保證精密鍛造要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于：連鑄采用長(zhǎng)水口保護(hù)+保護(hù)渣+氬氣保護(hù)澆注等提高鋼的潔凈度水平的工藝，鋼中氣體氧含量＜15ppm，非金屬夾雜物100%符合韓國(guó)現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)；合適的內(nèi)控成分設(shè)計(jì)確定化學(xué)成分合金元素含量的最佳配比，通過控制鋼中氣體N元素含量，控制B元素在鋼中的形態(tài)，保證淬透性的穩(wěn)定；控制連鑄中包過熱度在15℃～40℃，拉坯速度在0.8m/min～1.0m/min，合理冷卻配水，減少連鑄坯的成分偏析，減少淬火硬度的波動(dòng)；合適的熱加工工藝溫度參數(shù)1300℃～990℃，保證鋼材由連鑄坯直接成材的表面質(zhì)量滿足精密鍛造要求。具體實(shí)施方式實(shí)施例1鋼材規(guī)格：φ30mm，加工比81.5；采用工藝流程為：60噸超高功率電爐→LF→VD→連鑄→連續(xù)爐加熱→連軋機(jī)軋制→精整→矯直及倒棱→表面渦流探傷→包裝；⑴電爐裝爐量68噸，爐料使用廢鋼、生鐵，其中廢鋼配入量38噸、生鐵配入量30噸；出鋼溫度1665℃，P含量為0.013%，...