减速机用渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6氧含量和夹杂物的控制

宋部军杨平(东北特钢集团北满特殊钢有限公司，黑龙江161000)



减速机用渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6氧含量和夹杂物的控制

宋部军杨平
(东北特钢集团北满特殊钢有限公司，黑龙江161000)

摘要::渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6要求的氧含量非常低，用强脱氧剂铝可以降低氧含量，但用量不当容易造成低倍夹杂。通过对低倍夹杂物成分分析及碳氧平衡关系的分析，摸索出合理喂铝参数，既降低氧含量同时又不造成低倍夹杂物的增加。

关键词:渗碳齿轮钢;氧含量;低倍夹杂

减速机用渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6要求的氧含量非常低，现在标准一般要求≤20×10－6。而18CrNiMo7-6为低碳钢，与碳平衡的氧含量较高，同时对夹杂物要求严格，因此该钢种的冶炼难度大。

1　技术标准

1．1化学成分

1．1．1熔炼分析化学成分，允许Ca处理，见表1。

1．2成品成分允许偏差按DIN17210标准执行，见表2。

1．3冶炼方法

电炉冶炼+ LF + VD。

表1　熔炼化学成分(质量分数，%)Table 1　Melting chemical composition ( mass fraction，%)

表2　成品成分允许偏差(质量分数，%)Table 2　The allowable deviation of the composition of finished product ( mass fraction，%)

1．4交货状态

退火( 600～700℃缓冷)，交货硬度179～229HBW，标记为“A”。

1．5加工用途

切削加工。

1．6加工比

热轧圆钢≥5，锻造圆钢及孔饼锻比≥3。

1．7圆钢低倍组织

按GB/T1979标准规定，一般疏松、中心疏松和偏析均不大于3级。

1．8高倍组织

非金属夹杂物按ASTM E45检验，合格级别符合表3要求。

1．9超声检测

按SEP1921标准执行，逐支(件)进行无损检测。

区域1:锻饼或圆钢的边缘区，即从外径表面向中心的1/3半径处;

表3　非金属夹杂物Table 3　Non-metallic inclusion

区域2:其它区域;

区域3:自锻饼或圆钢中心的1/5半径范围。

区域1按第3组执行，质量等级E/e级;

区域2按第2组执行，质量等级D/e级;

区域3按第2组执行，质量等级C/c级。

2　冶炼工艺

2．1电炉冶炼及要求

2．1．1装料

装料时生铁或铁水装入量≥30%装料量，装料前装500 kg炉底灰，同时配200 kg氧化铁皮。

2．1．2出钢条件

出钢［C］:0．05%～0．10%，［P］≤0．008%，出钢温度≥1 580℃。

2．2 LF精炼

2．2．1初炼炉出钢严禁下渣，到精炼位坐包后加热吹Ar，流量不宜过大，以不裸露钢液面为宜。到精炼位喂铝线150 m～200 m，预脱氧，并分批加入Al粒，使渣变白。渣白后取样全分析，根据结果将成分调至控制成分要求值。白渣下精炼时间≥20 min，取样分析进行微调合金成分。此钢种要求氧含量，VD前必须脱氧良好，炉渣必须白，严禁灰渣、黄渣、黑渣。成分调整合适，温度≥1 650℃，VD前喂CaSi线2 m/t。

2．2．2出钢条件: S≤0．010%，温度≥1 650℃。

2．3 VD真空

2．3．1逐级开启真空泵，真空度达67 Pa时保持时间≥15 min。此时Ar气压力随真空度提高而逐渐调整，但不能关闭Ar气。

2．3．2破真空后扣盖大流量吹氮2 min～5 min，软吹至吊包温度，取样分析N、Al含量。根据取样分析结果及Al/N比为2．0～2．5的要求，调整N、Al。吊包温度根据不同锭型在日计划上标注。

3　存在问题

此工艺经过2012年近3个月的生产，发现无损检测低倍夹杂物超标情况较多，检测夹杂合格率仅为99．45%。低倍夹杂物如图1所示。

图1　低倍夹杂物Figure 1　Macro-inclusion

表4　喂铝量Table 4　Feeding amount of aluminum

4　问题分析及工艺调整

4．1夹杂物成分分析

首先对低倍夹杂物进行电镜分析，确定夹杂物主要成分是Al2O3。

4．2降低夹杂物的理论分析

要降低Al2O3含量，首先从降低氧含量入手。电炉出钢时钢液溶解氧含量是决定精炼后钢液氧含量的主要因素，而出钢氧含量与终点碳含量的控制有关。根据相关文献计算，电炉冶炼过程中，1 600℃钢液中C-Fe的选择氧化平衡点为［C］= 0．035%，此时熔池中的溶解氧含量为0．075%［1］。理论上当［C］＞0．035%，吹氧时，钢液脱碳;当［C］＜0．035%，吹氧时，氧与铁反应，生成FeO，增加钢液氧含量［2］。因此，电炉出钢时钢液中的碳含量决定了钢液中溶解氧含量。

根据相关文献研究［3］，出钢时加入足够的铝，可降低入LF时的溶解氧含量及全氧含量，有利于缩短LF精炼过程夹杂物去除时间。在同样的精炼时间下，可生产出氧含量更低的钢。根据如下反应式，用电石CaC2脱氧不会形成Al2O3等有害夹杂物，即不会污染钢液，并且有CaO的形成，可提高炉渣碱度［4］。

CaC2+ 3［O］= ( CaO) + 2CO

5　工艺调整

5．1电炉出钢C由原来0．05%～0．10%，调整为0．06%～0．12%;出钢时根据计算加铝锭40 kg/t，电石40 kg/t。

5．2 LF炉喂铝量，按表4计算。

5．3抽空真空若Al含量在0．025%～0．040%，不再补喂铝线。

6　工艺调整后质量状况

6．1工艺调整前后成品铝含量对比见表5(取调整前后一个月内数据)。

6．2工艺调整前后氧含量对比见表6(取调整前后一个月内数据)。

6．3钢材无损检测夹杂情况

18CrNiMo7-6工艺调整前检测合格率为99．45%，工艺调整后检测合格率可以达到99．92%，提高了0．47%。

6．4钢材低倍检验夹杂情况

18CrNiMo7-6取低倍片检验的夹杂合格率为99．43%，工艺调整后夹杂合格率可以达到99．91%，提高了0．48%。

表5　铝含量对比Table 5　Comparison of aluminum content

表6　氧含量对比Table 6　Comparison of oxygen content

7　结论

7．1通过控制电炉出钢碳含量达到控制氧含量的目的，减少钢液中氧化物夹杂的数量。

7．2出钢加足脱氧铝，为Al2O3的上浮留出充足时间，钢液中残留Al2O3夹杂减少，成品氧含量满足标准要求。

7．3真空后，减少喂铝甚至不喂铝，极大的减少了浇注时二次氧化产生的Al2O3夹杂。

参考文献

［1］张承武．炼钢学．北京:冶金工业出版社，1991．

［2］李晶．LF精炼技术．北京:冶金工业出版社，2009．

［3］张鉴．炉外精炼的理论与实践．北京:冶金工业出版社，1993．

［4］俞海明．电炉钢水的炉外精炼技术．北京:冶金工业出版社，2010．

编辑李韦萤

Control of Oxygen Content and Inclusion of
Carburizing Gear Steel 18CrNiMo7-6 Used for Reducer

Song Bujun，Yang Ping

Abstract:Oxygen content is required very low for carburizing gear steel 18CrNiMo7-6 and the strong deoxidizer aluminum can reduce the oxygen content，but its inappropriate amount can cause macro-inclusion easily．By analyzing the composition of macro-inclusion and the balance relationship between carbon and oxygen，the reasonable aluminum feeding parameter is found to reduce oxygen content and not increase macro-inclusion．

Key words:carburizing gear steel; oxygen content; macro-inclusion

收稿日期:2014—06—03

文献标志码:B

中图分类号:TG156．3