[发明专利]一种电炉流程生产高废钢比的20CrMnTi系列齿轮钢氮含量的控制方法

说明书

本发明公开了一种电炉流程生产高废钢比的20CrMnTi系列齿轮钢氮含量的控制方法。其组成按重量百分数计为C：0.17～0.23％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.80～1.10％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：1.00～1.30％、Al：0.010～0.040％、Ti：0.04～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合理控制电炉出钢碳及出钢温度，选择合理的工艺路线及关键参数，优化出钢铝块及渣料的加入量，优化精炼操作工艺，连铸采用氩封及整体中包，从而有效降低氮含量的同时，保证了齿轮用钢的纯净度、淬透性、氧含量等技术指标，完全满足了高档次齿轮钢用户的各项技术要求。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体来说涉及一种电炉流程生产高废钢比20CrMnTi系列齿轮钢氮含量的控制方法。

背景技术

20CrMnTi系列齿轮钢是目前国内最常用的一种低碳渗碳钢，用量较大，约占国内齿轮钢全部用量的50％以上。由于该钢种具有淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，良好的焊接性能，良好的加工性能，加工变形微小，抗疲劳性能相当好，正火后可切削性良好等特点，广泛用于制造机器中较为重要的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头以及汽车、农用机械、飞机各种特殊零件部位等，属于高技术含量、高附加值产品。

高质量的齿轮不但要有良好的强韧性、耐磨性，能很好地承受冲击、弯曲和接触应力，而且还要求变形小、精度高和噪声低。齿轮钢由于具有特殊的用途，在性能上要求极其严格，在作业状态下要求钢具有较强的抗疲性能，因此，用户对原材料的化学成分、气体含量、纯净度、表面质量及淬透性等方面要求非常苛刻。

随着齿轮工业的飞速发展，高端齿轮钢正逐步向着高纯、窄带、细晶粒、易加工、易切削的方向发展，钢中的氮含量、洁净度会影响钢材的强度、淬透性、疲劳性能和韧性等性能指标，因此，氮含量的控制是生产高端渗碳齿轮钢的重中之重，氮含量高容易产生氮化铝、氮化钛夹杂，而氮化铝、氮化钛是一种脆而硬的夹杂物，对齿轮钢的表面质量及疲劳寿命造成极大危害，同时，氮含量高还会造成加工硬化，严重影响齿轮钢的硬度、淬透性等性能指标，其次，氮含量高还会导致氮化铁析出，Fe4N的析出会导致钢的时效性和蓝脆，降低钢的韧性和塑性，而如何设计合理的工艺路线，选择合理的工艺参数控制电炉流程生产的20CrMnTi系列齿轮钢的氮含量，一般高档次汽车用齿轮钢客户要求氮含量≤70ppm，在低成本的条件下，冶炼出符合用户最终要求的高档次齿轮用钢，是目前高端齿轮用钢的相关生产厂家所遇到的共同难题。20CrMnTi系列齿轮钢氮含量要求越低越好，氮含量高会影响钢的使用寿命，本发明是控制氮含量的稳定性，避免因部分钢材的氮含量出格而影响其使用寿命。

目前，涉及的20CrMnTi系列齿轮钢氮含量的方法，如“20CrMnTi齿轮钢中氮含量控制的研究”等均为转炉流程生产，而转炉生产节奏快，且冶炼过程中有底吹，氮含量较易控制；而电炉流程冶炼节奏慢，炉口面积大，且通电过程易发生电离，因此，氮含量不易控制。在“南钢齿轮钢的冶炼试制，刘丽华”采用电炉流程生产20CrMnTi，但其中硫含量较本发明低很多，更利于可浇性控制。且该钢铁水比相对较高，冶炼节奏相对较快，因此更有利于氮含量的控制。

而对于废钢比高(废钢占70％以上)的原料，由于冶炼节奏慢，电炉冶炼周期较长，从而在电炉冶炼过程中吸氮相对较高，因此，氮含量相对难以控制到N60ppm。目前，国内中国专利数据库中涉及高废钢比电炉流程生产20CrMnTi系列齿轮钢氮含量控制方法的技术方案寥寥无几。这也是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术难题，通过设计合理的工艺路线、选择合理的工艺参数，提供一种高废钢比电炉流程生产20CrMnTi系列齿轮钢氮含量的控制方法，能够确保其化学成分均匀、纯净度高，浇铸平稳，气体含量低，淬透性稳定，表面质量好，且钢材在用户加工过程能够显著减少因钢中氮含量、铸坯缺陷、夹杂物、淬透性造成的疲劳寿命降低的几率，完全满足高档次齿轮钢用户的使用要求。