一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢及其制备方法，通过中碳+低锰+1.80％Ni+0.60％Cr+0.25％Mo且碳当量Ceq≤0.62合金化成份设计采用铸坯生产大尺寸低屈强比齿轮用圆钢。经过控轧控冷及随后的淬火+低温回火热处理后，力学性能达到技术标准要求，国内大型的城市地铁设备项目，使用性能得到行业内的认可。本发明专利技术铸坯生产的齿轮用圆钢经过淬火+低温回火热处理后，屈服强度≥1280MPa，抗拉强度≥1500MPa，屈强比≤0.86，断后伸长率≥13％，断面收缩率Z≥48％，同时

Round steel for gear with large size and low yield ratio and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢铁
，涉及齿轮用圆钢的生产方法，具体涉及一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，中国高铁建设快速发展。高铁对特钢的需求主要体现在高速动车组列车转向架用钢，包括构架、车轴、车轮、齿轮装置与轴承用钢等方面，高铁的快速发展将持续驱动高铁用特钢的市场需求。目前，我国在高铁领域的不断发展与创新对国产特钢提供了机遇与挑战。例如，齿轮箱是驱动动车组高速行驶的核心部件，其核心材料渗碳齿轮钢要求达到100亿周次疲劳寿命，制造的齿轮需满足30年/2400万公里全服役周期使用年限要求。这些条件对钢材的强韧性、耐磨性、疲劳性能及精密性均有着极高的要求。因此，国产高铁齿轮钢的研制面临着高洁净度控制、细晶粒度控制、超低氧控制、带状组织控制等多项技术难题。
[0003]目前，轨道交通用齿轮用钢全部是模铸+锻造的工艺生产，生产效率低，且成本比较高。国内仅有少量的钢铁厂家供货，均为模铸+锻造工艺生产。随着大方坯连铸工艺的不断成熟，目前客户需要使用连铸+热轧/锻造的工艺生产齿轮用圆钢、替代传统的模铸+锻造的生产工艺。为此，本项目开发了一种铸坯生产大尺寸低屈强比齿轮用圆钢的生产方法对国内大齿轮圈、大轴承用钢的市场开发具有指标性引领意义。
[0004]国内很多钢厂均在研究齿轮用钢的生产工艺，大部分都集中在炼钢工艺的研究，但对大尺寸低屈强比齿轮用钢采用铸坯轧制的生产方法研究较少。已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。<br/>[0005]公开号为CN113817951 A一种轨道交通用连铸齿轮钢棒材的生产工艺，通过合理的冶炼工艺设计，得到了较好力学性能，但通篇未阐述其成分设计理念，且轧制尺寸也没有明确。本项目公布了大尺寸
[0006]公开号为CN113249651A一种控轧加高温回火的齿轮钢棒材，采用合理的成分设计，采用连铸坯生产φ20
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80mm的冷锻用的齿轮钢用棒材生产工艺，且得到较好的硬度性能，但强度和冲击性能均未提到。
[0007]公开号为CN107254624B一种直径90mm以上大规格齿轮钢及其生产方法，重点描述了圆坯冶炼工艺且采用合理的成分设计，生产φ150mm圆钢，得到较好的端部淬透性能和较低的带状组织级别。但本专利采用的φ450mm的连铸圆坯做为原材料，其强度和冲击机械性能均为提到。
[0008]公开号为CN104372258B一种CrNiMo高强度齿轮钢及其制备方法，采用合理的成分设计，生产φ110mm，且得到较好的低倍等级、夹杂物等级和较好的端淬性能。但本专利的成分设计与本专利公布的成分理念有很大的不同，且选用180mm
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220mm和260mm
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300mm连铸方坯做为轧制原材料，通篇描述了冶炼生产方法，性能检测中未体现出强度和冲击机械性能情况，不满足现有在役轨道用钢对性能的要求。
[0009]考虑到城市铁路轨道发展趋势，大齿轮圈、大轴承需要大尺寸圆钢作为原材料，为延长齿轮用钢服役寿命，除常规低倍夹杂物控制优良外，还需要有优良的低屈强比性能，所有的要求均要易于生产且成本较低。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种铸坯生产大尺寸低屈强比齿轮用圆钢的方法，以解决低碳当量、低温冲击韧性、高淬透性、加工困难等技术难点。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0012]一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢，采用中碳+低锰+Ni+Cr+Mo且碳当量Ceq≤0.62合金化学成份，铸坯生产得到；圆钢屈服强度≥1280MPa，抗拉强度≥1500MPa，屈强比≤0.86，断后伸长率≥13％，断面收缩率Z≥48％，同时
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20℃，1/4直径位置横向冲击功Aku≥90J，端淬值J13≥34HRC，奥氏体晶粒度达7.5级。
[0013]具体地，所述齿轮用圆钢的化学成分按重量百分比计，包括，C：0.18
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0.24％，Si：0.20
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0.35％，Mn：0.50
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0.70％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni：1.5
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1.9％，优选1.80％，Cr：0.50
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0.70％，优选0.60％；Mo：0.2
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0.3％，优选0.25％，Alt：0.020
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0.050％，N：0.010
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0.0150％，H≤0.0002％，O≤0.0015％；Cu为残余元素，不刻意添加；Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.62；余量为Fe及不可避免的杂质。
[0014]进一步地，本专利技术还提供上述大尺寸低屈强比齿轮用圆钢的制备方法，包括如下工艺：
[0015](1)铁水脱硫预处理；
[0016](2)电炉冶炼；
[0017](3)LF精炼+VD精炼；
[0018](4)连铸；
[0019](5)铸坯堆垛缓冷；
[0020](6)加热轧制；
[0021](7)热处理；
[0022](8)端部淬火；
[0023](9)钢板淬火+回火热处理。
[0024]具体地，所述步骤(5)铸坯堆垛缓冷工艺包括：
[0025]坯料经过堆垛缓冷，堆垛高度不超过3米，坯料入缓冷坑采用保护罩盖住；缓冷温度控制在700℃，缓冷时间为72小时，同时控制出缓冷坑温度为200
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250℃。
[0026]具体地，所述步骤(6)加热轧制工艺包括：
[0027]坯料加热温度：1200
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1260℃，出钢温度均≥1200℃，采用320mm
×
480mm大矩形铸坯：轧成φ150mm圆钢，坯料在炉总时间为300
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320min，坯料出炉后即开始粗轧，粗轧终轧温度为≥1000℃，粗轧结束后，快速进入10台平立连轧机精轧。
[0028]进一步地，为确保轧制过程中坯料温降均匀减少心部带状组织产生时间，精轧过程中采用5组穿水箱穿水控制冷却工艺，穿水时长1
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2min，精轧终轧温度830
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850℃。
[0029]具体地，所述步骤(7)热处理工艺包括：
[0030]圆钢轧完进入辊底式退火炉，退火温度：690
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700℃；退火时间：15小时。
[0031]具体地，所述步骤(8)端部淬火工艺包括：
[0032]端淬的淬火温度：910
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930℃；保温时间：60min；淬火介质：水。
[0033]具体地，所述步骤(9)钢板淬火+回火热处理工艺包括：
[0034]钢板淬火温度850
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860℃，淬火介质为机械油，保温时间为60本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸低屈强比齿轮用圆钢，其特征在于，采用中碳+低锰+Ni+Cr+Mo且碳当量Ceq≤0.62合金化学成份，铸坯生产得到；圆钢屈服强度≥1280MPa，抗拉强度≥1500MPa，屈强比≤0.86，断后伸长率≥13％，断面收缩率Z≥48％，同时
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20℃，1/4直径位置横向冲击功Aku≥90J，端淬值J13≥34HRC，奥氏体晶粒度达7.5级。2.根据权利要求1所述的大尺寸低屈强比齿轮用圆钢，其特征在于，所述齿轮用圆钢的化学成分按重量百分比计，包括，C：0.18
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0.24％，Si：0.20
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0.35％，Mn：0.50
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0.70％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni：1.5
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1.9％，Cr：0.50
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0.70％；Mo：0.2
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0.3％，Alt：0.020
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0.050％，N：0.010
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0.0150％，H≤0.0002％，O≤0.0015％；Cu为残余元素，不刻意添加；Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.62；余量为Fe及不可避免的杂质。3.权利要求1所述大尺寸低屈强比齿轮用圆钢的制备方法，其特征在于，包括如下工艺：(1)铁水脱硫预处理；(2)电炉冶炼；(3)LF精炼+VD精炼；(4)连铸；(5)铸坯堆垛缓冷；(6)加热轧制；(7)热处理；(8)端部淬火；(9)钢板淬火+回火热处理。4.根据权利要求3所述大尺寸低屈强比齿轮用圆钢的制备方法，其特征在于，步骤(5)铸坯堆垛缓冷工艺包括：坯料经过堆垛缓冷，...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷晨波，李长宏，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：