[发明专利]18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制造领域，公开一种大型齿轮钢锻件制造方法，主要用于合金结构钢18CrNiMo7-6齿轮钢的生产。

背景技术

18CrNiMo7-6为德国牌号，原牌号为17CrNiMo6，随着减速器机械行业和风电行业、高铁行业的迅猛发展，18CrNiMo7-6作为齿轮或齿轮轴关键件的主导应用材料，为确保其产品的高效性、安全性运行，用户对材料质量技术指标不断提出新的要求，为减少大型齿轮变形，锻件淬透性带宽由原来的7HRC缩小为5HRC，并提出带状组织的要求；为提高切削加工效率，要求钢材交货状态组织为F+P平衡组织；用于风电增速器齿轮钢要求晶粒度的耐久性(即950℃高温处理下保温80h，晶粒度达到8级～6级不长大)，目前尚未见国内、外文献报道与此相关的研究工作。

18CrNiMo7-6为白点敏感钢种，采用普通的去氢退火易出现白点缺陷(或出现白点滞后现象)。由于锻件锻造后采用红送退火，奥氏体在冷却过程中组织转变不充分，部分残余奥氏体未发生转变，而氢在奥氏体中溶解度最大，随着时间的推移，残余奥氏体发生马氏体转变，形成较大的组织应力，产生裂纹。

目前国内采用3500吨快锻机生产的18CrNiMo7-6锻件的最大尺寸Φ750mm，孔饼类锻件的最大外径Φ1250mm。随着大锭型的应用，易存在夹杂、成分和组织的偏析问题愈显突出，成分和组织的均匀性是影响成品齿轮淬火硬度和变形的两大主要因素，因此用户对淬透性提出更高要求，即淬透性带宽不大于5HRC，这是常规工艺所难以实现的。

18CrNiMo7-6为贝氏体钢，根据其CCT曲线，F+P转变温度范围窄，且转变时间长，而采用等温正火工艺获得的组织是B或B+F+P混合组织。

解决上述问题应采取两个方面的关键技术措施：一方面制定科学的热处理工艺是决定18CrNiMo7-6钢能否获得F+P组织和去白点效果的核心技术，另一方面合理的化学成分设计是淬透性和晶粒度耐久性的有效控制方法。对国内、外文献检索中未查到相关的有价值的退火工艺信息和晶粒度耐久性保证方面的信息；抚顺特殊钢股份有限公司在采用现有技术研发、生产中批量出现过白点滞后现象，也不能保证晶粒度的耐久性，而且经常出现非平衡和贝氏体组织，带状组织和淬透性经常有个别点超出规定范围。

发明内容

对于18CrNiMo7-6钢，处理退火工艺的难点在于即要保证获得F+P，同时还要必须保证具有去氢功能；化学成分设计的难点在于即要保证晶粒度及晶粒度耐久性，同时还要必须保证窄淬透性带；并且晶粒度及晶粒度耐久性还取决于终锻温度的控制。

本发明目的是公开一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，通过采用等温退火、控制炉冷速度的热处理工艺，达到去氢和获得F+P组织的双重目的；通过严格控制对钢材淬透性和晶粒度有重大影响的化学元素C、Mn、Nb、Al、N的窄范围，达到具有窄淬透性带和合格晶粒度及晶粒度耐久性的双重目的；严格执行冶炼工艺提高钢的纯净度；开发出完全达到客户技术质量要求的18CrNiMo7-6钢，解决大型齿轮钢切削困难、淬火裂纹、晶粒粗大以及白点质量问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1.工艺路线为：电炉→LF→VD→铸锭9t～27t→3500快锻机生产→热处理→矫直→粗车，包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺；

2.具体工艺措施：

(1)炼钢工艺

①化学成分设计

依据美国ASTMA255和德国的SEP1664淬透性计算软件，结合实际端淬试验结果，应用大量数据回归分析，制定18CrNiMo7-6化学成分内控标准，见表1。

表1

②电炉工艺

配料选用优质废钢、生铁(铁水)≥30％；出钢温度≥1630℃，P≤0.010％，终点碳按≥0.08％控制，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2.5kg/t～3.0kg/t；保证自由空间≥800mm，严禁下氧化渣；

③LF工艺

到位按0.08％喂铝，全程采用碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量20Kg～30Kg，白渣保持时间≥30min；依样1全铝结果(考虑炉中)，按0.06％喂铝，真空前考虑炉中按0.05％喂铝，保证VD处理后铝含量大于0.02％，其余时间尽量不喂铝线；按0.03％计算加入Nb-Fe；出钢温度≥1690℃，S≤0.010％；

④VD工艺