[发明专利]一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于合金结构钢生产技术领域，尤其是指一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，对齿轮钢的使用寿命提出更高的要求。大量的研究表明，齿轮钢钢棒材中的微米级氮化钛夹杂物对钢材的加工性能和最终成品的韧性和疲劳性能产生不利影响，尤其是高端齿轮钢，对氮化钛夹杂往往提出严格的要求。因此，氮化钛夹杂物的尺寸就成为齿轮钢控制疲劳寿命的最主要因素之一。

研究表明，细小的氮化钛对齿轮钢起到细化晶粒的作用，但是钢液中析出的大颗粒带有棱角的微米级氮化钛夹杂物，不但起不到细化晶粒的作用，而且会成为裂纹源，对齿轮造成危害，降低其疲劳寿命。钢中的平均尺寸为6μm氮化钛夹杂对疲劳性能的危害作用与平均尺寸为25μm的氧化物夹杂相当。因此，对疲劳寿命有更高要求的齿轮钢一般都要求控制钢中的氮化钛夹杂物尺寸及数量，目前含钛微合金化的齿轮钢一般都要求将氮化钛夹杂物按D类评定控制在2.0级以内。

理论分析表明，氮化钛的溶解度较小，钢液凝固过程，随着温度降低，氮和钛在钢中的溶解度降低，其浓度积达到一定值时即析出氮化钛夹杂物，而氮化钛夹杂物在固液两相区之间析出时，存在聚集长大条件，此时析出的夹杂物尺寸较大，危害最大；在固相线温度下析出的氮化钛尺寸较小，不仅危害极小，往往有利于细化晶粒尺寸，提高钢材的性能。因此，一些钢铁企业在生产采用钛微合金化的齿轮钢棒材时，为了控制钢材的氮化物尺寸不得不通过降低钢水浇注温度即控制钢水过热度，提高冷却速度即缩短钢水在固液相区的时间使钢液析出细小的氮化钛夹杂物，导致钢水可浇性降低，容易出现漏钢现象；导致圆钢内部质量受到一定的影响。

发明内容

本发明提供了一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，解决了钢中氮化物夹杂物超标的问题，改善钢水的可浇性，并提高钢坯的内部质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→矩形坯连铸”生产工艺，具体的操作步骤依次如下：

第一步，转炉冶炼，将铁水和废钢加入转炉，所述铁水与废钢之重量比大于15:1；转炉冶炼过程中，将低氮原材料和低氮合金加入所述转炉，不补吹；出钢过程加入预脱氧剂，得到钢水钢包；

第二步，LF精炼，将所述钢水钢包吊至LF炉工位，对钢水进行LF精炼，防止所述钢水与空气接触；

第三步，RH真空精炼，将所述钢水钢包吊至RH精炼工位，对所述钢水进行真空脱气处理，在≤66.7Pa高真空度下保持处理时间≥15min，期间加入钛铁合金；RH精炼结束后，对所述钢水进行软吹氩搅拌处理；

第四步，连铸，完成RH精炼后，所述钢水钢包进行连铸工序，连铸过程中，采用≤35℃的低过热度、恒温恒拉速、结晶器电磁搅拌技术，并且对所述钢水进行氩封。

具体地，所述连铸过程中，二冷水冷却强度为0.54L/Kg以上。

具体地，所述RH真空精炼过程中，在脱气处理前期加入钛铁合金，控制所述钢水中钛含量在Wt％：0.032％以内。

具体地，所述RH真空精炼过程中，真空环流采用氩气。

具体地，所述连铸步骤完成后，进行加热轧制，将钢坯红送入炉进行加热，所述钢坯均热温度为1120-1200℃，加热时间≥272分钟；采用二辊初轧与热连轧工艺轧制，初轧开轧温度1080-1140℃，终轧温度880-940℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：氮化钛夹杂物控制技术的核心是控制氮化钛析出的浓度积。本发明通过以下手段降低钢液中的氮含量：1)对加入转炉的铁水与废钢的重量比控制在大于15:1的范围；2)在低氮原材料和低氮合金加入转炉后不补吹；3)现有的转炉冶炼工序中，吹入的惰性气体多选用氮气，而本发明选用氩气；4)现有的RH精炼工序中，真空环流多选用氮气，而本发明选用氩气；5)在LF精炼及连铸的工程中，通过氩封做好全程保护，防止钢水接触空气导致增氮。同时，降低含钛齿轮钢的钛合金加入量，从而达到降低氮化钛析出浓度积的目的。此外，通过降低过热度和增大二冷水冷却强度，抑制大颗粒尺寸氮化钛夹杂物的析出，减少氮化钛在液固两相区的析出量，进一步避免氮化钛夹杂物对齿轮钢棒材品质的影响。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→矩形坯连铸”生产工艺。

实施例1以20CrMnTiH齿轮圆钢的生产过程控制予以说明。