[发明专利]一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法

说明书

本发明涉及一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法，产品化学成分：C：0.36～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.90％，Cr：0.60～1.00％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.60～2.00％，Cu≤0.25％，Mo：0.15～0.35％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.003％，O≤0.0010％，As≤0.01％，Sn≤0.015％，Sb≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程为铁水预处理‑转炉冶炼‑LF精炼‑RH精炼‑大截面CCM连铸坯‑连铸坯缓冷‑连轧‑轧材缓冷‑软化退火‑精整，钢材具有高的力学性能、高的纯净度和高的组织均匀性，并满足机器人谐波减速机柔轮用钢的要求。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种机器人谐波减速机柔轮用中碳轴承钢及其生产方法。

背景技术

近年来劳动力成本的上涨和人口老龄化的加速给传统制造业带来了巨大压力，一些企业已经开始升级智能化来取代传统制造方式，以此来提高生产效率和降低成本。智能化机器人产业已经成为全球制造业的发展方向，并得到了蓬勃的发展。

智能机器人中有三大核心部件：运动控制器、伺服驱动电机和精密减速机，其中精密减速机最为关键，制造成本占比在35％以上。根据传动方式的不同，精密减速机一般分为RV减速机和谐波减速机，其中谐波减速器具有结构紧凑、质量轻、体积小而传动效率高、传动精度高等优点，是目前技术含量最高、最具竞争力的机器人用精密减速机。

谐波减速器由四个基本构件组成：固定的内齿刚轮、柔轮、波发生器以及柔性轴承，靠波发生器装配上柔性轴承使柔轮产生可控的弹性变形，并与刚轮相啮合来传递动力。当波发生器发生转动时，柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，导致柔轮的每个部位均需要长期承受各种形式的交变应力，这对柔轮的精度和性能提出了极为苛刻的要求。柔轮作为谐波减速机的关键部位，柔轮的疲劳寿命一般决定了谐波减速机的使用寿命。综上所述，谐波减速机柔轮部件需要采用较高纯净度、较高组织均匀性和较高疲劳寿命的特殊材料进行制备。

目前，谐波减速机柔轮材料被国外企业垄断，国内对该材料的研发处于空白。谐波减速机的核心零部件材料长期依赖进口，大大提高了国内智能机器人的生产成本，严重制约我国智能化机器人产业的发展。

当前，谐波减速机柔轮材料主要采用模铸工艺生产的钢材。由于模铸工艺生产的钢材在组织均匀性方面具有一定优势，但也存在生产效率、成材率、产能非常低，能耗和生产成本非常高等明显的劣势。因此，我公司采用真空脱气连铸连轧工艺，通过提高钢的纯净度、降低氧含量和残余有害元素的含量，改善钢材组织均匀性等关键质量指标，研制和生产具有世界先进水平的谐波减速机柔轮用钢，从而推进机器人减速机关键材料的国产化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高力学性能、高组织均匀性和高纯净度的轴承钢的制造方法。本发明对化学成分进行合理设计，在目前生产高纯净度轴承钢的基础上，对关键工序进行优化研究和控制，使钢材获得高的力学性能、高的组织均匀性和高的纯净度，满足谐波机器人减速机柔轮用钢的使用性能。

本发明要求钢材具有较高的强度、一定的韧性及耐冲击性，对力学性能的具体要求见下表1。为保证钢材的高强度，本发明要求晶粒度≥6级，并且不能有混晶组织。

表1

本发明要求钢材具有较高的组织均匀性，因此对低倍组织有严格要求，要求中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.5级，并且不允许出现缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻皮及白点；其次，为保证钢材微观组织均匀性，本发明要求带状组织评级不超过2级。