【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体涉及一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢及制备方法。
技术介绍
1、在现代工业制造领域，齿轮钢作为关键的机械结构材料之一，其性能直接关系到机械设备的运行效率、耐久性及可靠性。传统的渗碳齿轮钢虽然具备较好的硬度和耐磨性，但其生产过程能耗高、成本昂贵，且对环境造成一定的负担。随着全球对于节能减排和绿色环保意识的提升，开发一种低成本、能够高温渗碳的新型渗碳齿轮钢成为了行业的迫切需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢及制备方法，以解决现有技术存在的材料合金成本高，渗碳温度低、时间长、能耗高、效率低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，所述渗碳齿轮钢的化学元素质量百分比含量范围为：c0.19～0.25％；si 0.15～0.35％；mn 0.80～1.20％；p≤0.02％；s0.010-0.030％；cr 0.40～0.60％；mo 0.10～0.18％；al 0.02～0.050％；nb 0.005-0.025％；n 0.01～0.02％；其余为fe和其他不可避免的残余元素。
3、优选的，所述渗碳齿轮钢满足温度1000℃保温6h，奥氏体晶粒度不粗于6.0级的技术要求。
4、本专利技术还提供一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，所述方法依次包括转炉初炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸浇铸、加热轧制、检验验证的工序。
5、进一步的，所述转炉初炼包括以下步骤：
6、1)配料及装炉：采用铁水和废钢，装料比例：80％铁水+20％废钢，总装炉量120±10吨，先装废钢后兑铁水；
7、2)吹氧：吹炼采用分期定流量、变枪操作，点火枪位设定为1400～1700mm，点火正常后提升至正常吹炼枪位1500～1700mm；点火氧气流量10000nm3/h，阶梯式增加供氧量，至工作氧流量16000～26000nm3/h；在转炉起枪前，深吹时间≥40s，并增加供氧量至23000nm3/h以上，深吹枪位不得低于900mm，有利于深脱碳；
8、3)造渣：点火正常后加入第一批石灰，加入量为总量的1/3～1/2，根据化渣情况可加入石灰石或白云石平衡温度，第一批料加入后不断补加石灰或自产返矿或炼钢除尘压球等含铁氧化物，每批渣料加入量200～400kg，防止转炉溢渣或温度提升过快；镁质料的加入为每次200～400kg，终渣目标控制在8～12％；萤石或萤石球一般在炉渣返干及后期化渣不良时作助熔剂加入，单批量萤石或萤石球不得大于100kg；
9、4)出钢：出钢温度1600～1640℃，出钢量控制在110±5吨，出钢过程进行造渣及大包合金化，加入顺序为：铝锭→预熔渣→合金→石灰；出钢渣料配比：石灰600kg、预熔渣450kg、铝锭160kg；获得的初炼钢水中合金含量为：c 0.12～0.16％，p≤0.015％，si 0.14～0.18％，mn 0.80～1.00％，cr 0.40～0.50％，mo 0.10～0.15，al 0.06-0.08％。
10、进一步的，所述lf精炼包括以下步骤：
11、1)入lf精炼：入lf工位钢液温度≥1500℃，给电前氩气流量300-400nl/min；
12、2)调渣升温：送电升温2-3min，根据渣况补加石灰100-200kg，化渣剂0-100kg调渣；补加渣料进行扩散脱氧加入al粒30kg，碳化硅粉160-240kg，并根据渣况分多次加入；
13、3)lf精炼过程：入lf精炼第一个成分样检验al含量为0.045-0.060％；如al含量不在范围之内，及时按0.060％目标补喂al线，lf全过程底吹氮气，根据成分要求补加合金，lf精炼后取样分析化学成分，合金化学成分达到以下标准：c 0.19～0.25％；si 0.15～0.35％；mn 0.80～1.20％；p≤0.02％；cr 0.40～0.60％；mo 0.10～0.18％；al 0.02～0.050％；nb 0.005-0.025％，温度1600-1610℃时，进入rh处理工位。
14、进一步的，所述rh真空脱气的步骤为：rh工位采用氮气循环，高真空保持时间≥20分钟；所述高真空是指真空度≤67pa的情况；rh结束后取氮样进行分析，据钢中n含量，采用喂丝机喂入氮锰线，使得n含量达到0.01～0.02％；另外根据钢中s含量，采用喂丝机喂入s线，使得s含量达到0.010-0.030％要求；真空处理后进行弱氩搅拌操作，氩气流量30-50nl/min，钢水不得裸露。
15、进一步的，所述连铸浇铸的步骤为：采用5机5流弧形连铸机组浇铸，连铸过热度控制15～25℃，浇铸速度控制0.70～0.75m/min。
16、进一步的，所述加热轧制的步骤为：加热温度及时间，加热1段温度1000～1150℃；加热2段温度1220～1240℃；均热段温度1220～1250℃；总加热时间≥4.5～6.5h；终轧温度≥960℃。
17、进一步的，所述检验验证的步骤为：在轧后钢材上切取1/4圆，厚度20mm，在箱式电阻炉中加热至1000℃，保温6h，出炉水淬，后将横截面打磨抛光，采用5％苦味酸乙醇溶液腐蚀，在光学显微镜100倍下观察试样奥氏体晶粒度。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、(1)本专利技术根据材料对高温渗碳、高硬度、高疲劳寿命、低成本及良好的加工性能要求，设计了配比合理的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，通过碳、硅、锰、铬、钼、硫合理设计，与传统的铬钼系列渗碳齿轮钢相比降低了价格昂贵的铬、钼合金含量，提高了价格便宜的碳、锰含量，显著降低了合金成本，同时还能能够保证材料使用性能。
20、(2)本专利技术所涉及的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，通过采用铝、铌、氮配合的第二相粒子细化晶粒及高温轧制技术，同时采用转炉初炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸浇铸、加热轧制、检验验证步骤制备的钢材，满足高温渗碳需求，在1000℃下保温6h检验晶粒度不粗于6级，能够显著缩短渗碳时间，降低能耗。
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1.一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，其特征在于：所述渗碳齿轮钢的化学元素质量百分比含量范围为：C 0.19～0.25％；Si 0.15～0.35％；Mn 0.80～1.20％；P≤0.02％；S 0.010-0.030％；Cr 0.40～0.60％；Mo 0.10～0.18％；Al 0.02～0.050％；Nb0.005-0.025％；N 0.01～0.02％；其余为Fe和其他不可避免的残余元素。
2.根据权利要求1所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，其特征在于：所述渗碳齿轮钢满足温度1000℃保温6h，奥氏体晶粒度不粗于6.0级的技术要求。
3.一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述方法依次包括转炉初炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸浇铸、加热轧制、检验验证的工序。
4.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述转炉初炼包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述LF精炼包括以下步骤：
6.根
7.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述连铸浇铸的步骤为：采用5机5流弧形连铸机组浇铸，连铸过热度控制15～25℃，浇铸速度控制0.70～0.75m/min。
8.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述加热轧制的步骤为：加热温度及时间，加热1段温度1000～1150℃；加热2段温度1220～1240℃；均热段温度1220～1250℃；总加热时间≥4.5～6.5h；终轧温度≥960℃。
9.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述检验验证的步骤为：在轧后钢材上切取1/4圆，厚度20mm，在箱式电阻炉中加热至1000℃，保温6h，出炉水淬，后将横截面打磨抛光，采用5％苦味酸乙醇溶液腐蚀，在光学显微镜100倍下观察试样奥氏体晶粒度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，其特征在于：所述渗碳齿轮钢的化学元素质量百分比含量范围为：c 0.19～0.25％；si 0.15～0.35％；mn 0.80～1.20％；p≤0.02％；s 0.010-0.030％；cr 0.40～0.60％；mo 0.10～0.18％；al 0.02～0.050％；nb0.005-0.025％；n 0.01～0.02％；其余为fe和其他不可避免的残余元素。
2.根据权利要求1所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢，其特征在于：所述渗碳齿轮钢满足温度1000℃保温6h，奥氏体晶粒度不粗于6.0级的技术要求。
3.一种基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述方法依次包括转炉初炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸浇铸、加热轧制、检验验证的工序。
4.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述转炉初炼包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述lf精炼包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的基于高温渗碳工艺的新型渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述rh真空脱气的步骤为：rh工位采用氮气循环，高...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨国，王玉峰，吴明，常志刚，孙远伟，王利伟，
申请(专利权)人：青岛特殊钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：
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