[发明专利]一种高性能CVT变速箱齿轮用钢的控氮方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，公开了一种高性能CVT变速箱齿轮用钢的控氮方法，包括转炉冶炼、LF钢包精炼、RH真空精炼、连铸工序。通过出钢过程切换氮气底吹、LF钢包精炼全程吹氮；RH真空精炼前后期采用不同真空度控制，结合氮气流量及压力的合理设置，优化真空处理时间。本发明采用全程吹氮气进行控氮操作，通过各条件的控制和协同既有限稳定控制了氮，还能起到较好的细化晶粒效果，最终达到控氮偏差在±8ppm以内，Al/N稳定控制在1.5‑2.5，淬透性带宽控制在3个HRC以内的高淬透性要求，实现高性能CVT变速箱齿轮用钢的制备。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种变速箱齿轮用钢的控氮方法。

背景技术

齿轮钢是汽车、船舶、工程机械中使用的特殊合金钢中要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料。齿轮在传递动力和改变速度的过程中，齿面相互啮合时既有滑动又有滚动，同时齿根部还受到脉动和交变弯曲应力的作用。因此高质量的齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，能很好地承受冲击和接触应力，而且还要求变形小、精度高和噪声低，为了保证齿轮钢的性能，必须严格控制齿轮钢中非金属夹杂物的类型和含量；稳定控制齿轮钢淬透性；多数高端轿车齿轮用钢必须控制Al/N，以保证其均匀的晶粒度和稳定的使用性能。

由于渗碳齿轮钢中要求较高的N含量，常规的生产工艺流程有电炉冶炼-LF钢包精炼-VD真空精炼-连铸和转炉冶炼-LF钢包精炼-RH真空精炼-连铸。现有技术中通常在出钢过程中将氮化锰合金加入钢水中进行合金化，或者在真空精炼后向钢水中喂氮化锰包芯线的方法进行增氮。

在出钢合金化过程中加入氮化锰合金时，由于钢水中的氧含量较高、钢水温度较高，氮化锰合金极易分解，收得率较低且不稳定；而且在真空精炼前控N，真空处理工艺设置不当时，可能出现脱氮、脱氮不明显或者增氮等情况，收得率不稳定导致N波动很大，这非常不利于Mn的控制，众所周知，Mn是影响淬透性的重要元素，Mn的不稳定直接导致淬透性不稳定，最终影响到齿轮的性能。

而在真空精炼后向钢水中喂氮化锰包芯线，会引起钢包液面搅动，导致钢水再次氧化，不利于夹杂物的控制，不可避免的会对钢水纯净度造成影响。

目前，为了避免加入的合金对钢水影响，存在采用向钢水中吹入氮气的方法来为钢水增氮，不仅能降低成本，而且也能使钢水中的氮含量控制的稳定范围中，但其中仅涉及RH精炼过程控氮，如“CN201510682746.X一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺”、“CN201610202751.0一种低铝高氮超低碳钢RH吹气增氮的方法”、“一种低成本RH钢水增氮控氮工艺”，其中仅涉及RH增氮控氮工艺，而对于转炉、LF的控氮方式以及连铸工艺并未有过多研究，而且其仅在结果中检测N含量，N含量达到目标值即可，所以仅局限于氮含量的控制效果。但发明人在实际操作中发现，现有控氮方法虽然能起到氮含量控制的作用，但未研究氮气增氮过程中，增氮工艺对齿轮用钢的性能的影响，如端淬性能、晶粒度、夹杂物等性能影响。所以如何得到一种高性能CVT变速箱齿轮用钢增氮方式是本发明所要解决的技术问题。而且目前RH钢水的增氮效率并不高，增氮效果不稳定，如何提高增氮效率和增氮稳定性也是本发明所要解决的问题之一。

综上所述，CVT变速箱齿轮钢对于夹杂物级别、末端淬透性、均匀晶粒度要求严格，现有的控制方法和生产工艺已经无法满足客户更高标准的使用要求，开发一种高性能CVT变速箱齿轮钢的控氮方法，不仅能实现对变速箱齿轮钢中氮含量的精准、稳定控制，还能满足齿轮钢的高洁净度和稳淬透性的要求，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变速箱齿轮钢的控氮方法。实现了对高性能CVT变速箱齿轮钢中氮含量的精准、稳定控制，同时满足对齿轮钢的洁净度和淬透性的高要求。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种齿轮钢的控氮方法，包括转炉冶炼、LF钢包精炼、RH真空精炼、连铸工序，具体工艺步骤如下所述：