本發(fā)明屬于齒輪鋼生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種直徑90mm以上大規(guī)格齒輪鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：齒輪鋼是制造汽車和其他各種機(jī)械變速箱的關(guān)鍵材料，齒輪鋼對(duì)帶狀組織級(jí)別要較高要求。帶狀組織會(huì)影響齒輪鋼的切削性能、縱橫向力學(xué)性能差別、滲碳淬火硬度波動(dòng)、以及熱處理變形。cr-mo系齒輪鋼容易產(chǎn)生帶狀組織，尤其是直徑90mm以上大規(guī)格cr-mo齒輪鋼棒材，普遍存在帶狀組織問題，且一旦形成不易消除。為保證齒輪鋼的加工和使用性能，齒輪鋼帶狀組織級(jí)別一般要求不高于3級(jí)，較高時(shí)要求不高于2級(jí)。凝固枝晶偏析是帶狀組織產(chǎn)生的根本原因。齒輪鋼鋼液在凝固過程中以樹枝狀生長(zhǎng)，由于選分結(jié)晶導(dǎo)致枝晶干和枝晶間化學(xué)成分不均勻，枝晶間后凝固富集較多的c、mn、cr、mo等元素，而枝晶干由于先凝固合金元素偏低。在鑄坯軋制時(shí)，粗大的樹枝晶沿變形方向拉長(zhǎng)，逐漸與變形方向一致，形成碳和合金元素的貧化帶和富集帶，在軋后緩冷過程中鐵素體優(yōu)先在貧化帶形成，并向兩側(cè)富集帶排碳，最后富集帶形成珠光體，從而形成鐵素體和珠光體交替排列的帶狀組織。通常通過優(yōu)化連鑄工藝、軋前對(duì)鑄坯進(jìn)行高溫長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火、降低合金元素偏析程度等手段來減輕齒輪鋼帶狀組織。實(shí)用新型專利cn101381803a通過控制不同軋制工藝和參數(shù)來減輕帶狀組織，但對(duì)大規(guī)格棒材實(shí)用性差。cn102876868a提出高溫均勻化、增加奧氏體晶粒、軋后冷卻進(jìn)行風(fēng)冷等手段來減輕低碳錳鋼的組織和性能均勻性。但對(duì)于淬透性高的cr-mo齒輪鋼容易因得到貝氏體組織而導(dǎo)致加工性能難度增加。采用傳統(tǒng)的齒輪鋼生產(chǎn)工藝難以滿足帶狀組織要求嚴(yán)格的高品質(zhì)齒輪鋼的生產(chǎn)要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種直徑90mm以上大規(guī)格齒輪鋼及其生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法能夠?qū)⒅睆阶?0mm以上大規(guī)格齒輪鋼的帶狀組織級(jí)別控制在2級(jí)以下。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種直徑90mm以上大規(guī)格齒輪鋼的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：(1)電弧爐冶煉，控制齒輪鋼中c、mn、si、p、s、cr、mo的含量，確保ar3點(diǎn)溫度在850℃～860℃之間；(2)lf+rh精煉；(3)圓坯連鑄；(4)初軋開坯+6機(jī)架連軋，鑄坯加熱溫度為1200-1255℃；(5)精整。所述步驟(3)中，連鑄過熱度≤25℃，優(yōu)選為15～20℃。所述步驟(4)中，保溫時(shí)間≥4小時(shí)；終軋溫度為900-1000℃；軋后冷卻速度控制在0.5-1.5℃/s。優(yōu)選為：保溫時(shí)間為5小時(shí)；終軋溫度為950℃；軋后冷卻速度控制在0.8～1.3℃/s。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)方法包括以下步驟：(1)電弧爐冶煉，控制齒輪鋼中各成分的重量百分比為c：0.22％；mn：0.74％；si0.27％；p0.011％；s0.003％；cr0.97％；mo0.37％的含量，ar3點(diǎn)溫度為858℃；(2)lf+rh精煉；(3)φ450mm圓坯連鑄，連鑄過熱度為20℃；(4)初軋開坯+6機(jī)架連軋得到ф150mm圓鋼，鑄坯加熱溫度為1240℃，保溫5小時(shí)；終軋溫度為950℃，軋后冷卻速度為1.2℃/s；(5)精整。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)方法包括以下步驟：(1)電弧爐冶煉，控制齒輪鋼中各成分的重量百分比為c：0.23％；mn：0.74％；si0.27％；p0.012％；s0.004％；cr0.97％；mo0.36％的含量，ar3點(diǎn)溫度為855℃；(2)lf+rh精煉；(3)φ450mm圓坯連鑄，連鑄過熱度為18℃；(4)初軋開坯+6機(jī)架連軋得到ф150mm圓鋼，鑄坯加熱溫度為1230℃，保溫5小時(shí)；終軋溫度為950℃，軋后冷卻速度為1.0℃/s；(5)精整。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)方法包括以下步驟：(1)電弧爐冶煉，控制齒輪鋼中各成分的重量百分比為c：0.23％；mn：0.75％；si0.27％；p0.009％；s0.001％；cr1.08％；mo0.38％的含量，ar3點(diǎn)溫度為856℃；(2)lf+rh精煉；(3)φ450mm圓坯連鑄，連鑄過熱度為15℃；(4)初軋開坯+6機(jī)架連軋得到ф150mm圓鋼，鑄坯加熱溫度為1255℃，保溫5小時(shí)；終軋溫度為950℃，軋后冷卻速度為1.0℃/s；(5)精整。進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，連鑄拉速為0.35m/min；結(jié)晶器水量為4000l/min；二冷區(qū)比水量為0.2l/kg。本發(fā)明還提供了根據(jù)上述生產(chǎn)方法生產(chǎn)的直徑90mm以上大規(guī)格齒輪鋼，所述齒輪鋼的帶狀組織級(jí)別低于2級(jí)。本發(fā)明采用成分控制、連鑄工藝控制、以及軋制工藝控制等多環(huán)節(jié)控制相結(jié)合的手段來，提供一種適合90mm以上大規(guī)格齒輪鋼棒材帶狀組織控制方法，使帶狀組織控制在2級(jí)以內(nèi)。在成分控制方面，合金元素的性質(zhì)都會(huì)影響到帶狀組織的形成和消除。根據(jù)碳和合金元素對(duì)ar3點(diǎn)溫度的影響可以分成兩類：一類是可以降低ar3點(diǎn)溫度的元素，包括c、mn、cr等元素；另一類是可以升高ar3點(diǎn)溫度的元素，包括si、mo、p等元素。在cr-mo系高品質(zhì)齒輪鋼成分控制時(shí)，在考慮淬透性的前提下，考慮平衡以上兩類元素對(duì)ar3的影響，提高ar3點(diǎn)溫度和降低ar3點(diǎn)溫度的不同元素的搭配可有效降低各區(qū)域ar3點(diǎn)溫度的差別，從而減輕帶狀組織傾向。在連鑄工藝控制方面，通過優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)，改善鑄坯凝固組織，獲得細(xì)小二次枝晶，有助于改善帶狀組織。從連鑄工序來看，首先需要降低或抑制鑄坯宏觀缺陷如疏松、裂紋的產(chǎn)生，其次致密、細(xì)小的凝固組織的獲得是促進(jìn)合金元素均勻分布的前提條件。目前通常用鑄坯的二次枝晶間距大小來表征元素偏析狀況，二次枝晶間距越小表明元素分布越均勻，進(jìn)而形成帶狀組織的級(jí)別越低。即便是在存在合金元素帶狀偏聚的條件下，若奧氏體晶粒尺寸相對(duì)于二次枝晶間距較大，即二次枝晶間距相對(duì)于奧氏體晶粒尺寸較小時(shí)，帶狀組織也不會(huì)形成。連鑄工序方面，影響二次枝晶間距的因素非常復(fù)雜，受到化學(xué)成分、斷面尺寸、過熱度、冷卻速率等多方面的共同影響，需要系統(tǒng)優(yōu)化各工藝參數(shù)，以保證獲得盡可能小的二次枝晶間距。在軋制工藝控制方面，即便是在存在元素偏聚的情況下，若采取合理的軋制工藝措施,有可能消除帶狀組織。這些軋制工藝措施主要包括鑄坯的加熱工藝、終軋溫度和軋后冷卻工藝措施。鑄坯加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，成分均勻化越充分，但氧化也越嚴(yán)重。對(duì)于大齒輪齒輪鋼棒材軋制鑄坯最佳加熱溫度1200-1255℃為宜。終軋溫度和冷卻速度對(duì)帶狀組織的影響可通過相對(duì)晶粒δ的大小來判斷。相對(duì)晶粒δ的計(jì)算公式如下：δ＝(d-s)/s(1)式中s為富合金元素帶帶間距(μm)，d為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變后的鐵素體平均晶粒枝晶(μm)。根據(jù)d和δ的關(guān)系分以下三種情況：(1)當(dāng)d＝s時(shí)，鐵素體在兩個(gè)富合金元素帶間形核長(zhǎng)大，過飽和析出的碳原子擴(kuò)散至兩側(cè)富合金元素區(qū)，形成該處較大的碳和合金元素富集，使帶狀組織加重；(2)當(dāng)d<<s時(shí)，鐵素體易在中間形核，但在終軋溫度低時(shí)，由于形變儲(chǔ)存能高引起形核率較高，則在貧合金元素帶間也會(huì)析出，從而降低了碳原子和合金元素的富集，最終減輕了偏析程度；(3)當(dāng)d>>s時(shí)，鐵素體形核也處于中間位置，在終軋溫度較高時(shí)形核率較低，當(dāng)中間晶粒長(zhǎng)大至合金元素富集帶時(shí)，在其外側(cè)還存在未轉(zhuǎn)變的奧氏體。若此時(shí)元素富集帶還未達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，中間晶粒就會(huì)超過富集帶并繼續(xù)長(zhǎng)大，這就在合金元素富集帶出現(xiàn)了鐵素體組織，減輕了合金元素富集帶形成珠光體的趨勢(shì)。因此d和s偏差越大，帶狀組織越輕?；谝陨戏治?，本發(fā)明將連鑄和軋制中的工藝參數(shù)控制在以下范圍之內(nèi)：連鑄過熱度≤25℃；鑄坯加熱溫度1200-1255℃，保溫時(shí)間≥4小時(shí)；終軋溫度應(yīng)控制在900-1000℃；軋后冷卻速度控制在0.5-1.5℃/s。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)和突出特點(diǎn)：(1)充分考慮了成分控制對(duì)ar3點(diǎn)溫度的影響和帶狀組織形成的重要作用；(2)考慮通過優(yōu)化連鑄工藝來控制二次枝晶臂間距，從而減輕帶狀組織；(3)軋制工藝考慮鑄坯的加熱均勻化和軋制變形和冷卻過程控制相結(jié)合。附圖說明圖1為實(shí)施例1中齒輪鋼棒材的帶狀組織的金相照片；圖2為實(shí)施例2中齒輪鋼棒材的帶狀組織的金相照片；圖3為實(shí)施例3中齒輪鋼棒材的帶狀組織的金相照片。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例1～3對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。一種直徑150mm大規(guī)格齒輪鋼的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：采用110t電弧爐冶煉→lf+rh精煉→φ450mm圓坯連鑄→初軋開坯+6機(jī)架連軋，得到ф150mm圓鋼→精整。流程生產(chǎn)高品質(zhì)22crmoh齒輪鋼。為保證帶狀組織控制在2級(jí)以下，實(shí)施例1～3分別在成分控制、連鑄工藝控制、軋制工藝控制等方面采取措施如下。成分控制如表1所示，確保ar3點(diǎn)溫度波動(dòng)??；連鑄工藝參數(shù)如表2所示，過熱度控制在20℃以下；軋制工藝參數(shù)見表3，終軋溫度控制在900-1000℃；各實(shí)施例得到的齒輪鋼的淬透性性能數(shù)據(jù)見表4。實(shí)施例1～3得到的22crmoh齒輪鋼150mm圓棒的典型帶狀組織分別如圖1、圖2和圖3所示，其帶狀組織級(jí)別分別為2級(jí)、2級(jí)和0.5級(jí)。從圖中可見采用本發(fā)明公開的方法得到的齒輪鋼棒材的帶狀組織級(jí)別可以穩(wěn)定控制在2級(jí)以下。表1各實(shí)施例中齒輪鋼的化學(xué)成分及重量百分比(％)和ar3點(diǎn)溫度(℃)cmnsipscrmoar3實(shí)施例10.220.740.270.0110.0030.970.37858實(shí)施例20.230.740.270.0120.0040.970.36855實(shí)施例30.230.750.270.0090.0011.080.38856表2各實(shí)施例主要連鑄工藝參數(shù)過熱度拉速結(jié)晶器水量二冷區(qū)比水量實(shí)施例120℃0.35m/min4000l/min0.2l/kg實(shí)施例218℃0.35m/min4000l/min0.2l/kg實(shí)施例315℃0.35m/min4000l/min0.2l/kg表3各實(shí)施例主要軋制工藝參數(shù)鑄坯加熱溫度保溫時(shí)間終軋溫度軋后冷卻速度實(shí)施例11240℃5h950℃1.2℃/s實(shí)施例21230℃5h950℃1.0℃/s實(shí)施例31255℃5h950℃1.2℃/s表4各實(shí)施例得到的齒輪鋼的淬透性性能：上述參照實(shí)施例對(duì)一種直徑90mm以上大規(guī)格齒輪鋼及其生產(chǎn)方法進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12