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1、(10)申请公布号 CN 102424934 A(43)申请公布日 2012.04.25CN102424934A*CN102424934A*(21)申请号 201110364283.4(22)申请日 2011.11.16C22C 38/44(2006.01)C21C 5/52(2006.01)C21C 7/10(2006.01)C21C 7/06(2006.01)C21D 8/00(2006.01)B22D 1/00(2006.01)(71)申请人东北特殊钢集团有限责任公司地址 116031 辽宁省大连市甘井子区工兴路4号(72)发明人冯桂萍 秋立鹏 阚志 王连海刘金鑫 程丽杰 薛井恒 段永生。
2、郭晓俊 马群 赵敏 陈明 纪肖(74)专利代理机构大连智慧专利事务所 21215代理人孙宇宏(54) 发明名称18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法(57) 摘要本发明公开一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为：电炉LFVD铸锭9t27t3500快锻机生产热处理矫直粗车；通过严格控制对钢材淬透性和晶粒度有重大影响的化学元素C、Mn、Nb、Al、N的窄成分范围，达到具有窄淬透性带和合格晶粒度及晶粒度耐久性的双重目的；严格执行冶炼工艺提高钢的纯净度；通过采用等温退火、控制炉冷速度的热处理工艺，达到去氢和获得F+P组织的双重目的。本发明的优点在于：通过提高纯净度、保证窄淬。
3、透性带、实现晶粒度耐久性及采用独特的热处理工艺，开发出完全达到技术要求的18CrNiMo7-6钢，解决了大型齿轮钢切削困难、淬火裂纹、晶粒粗大以及白点质量问题。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页CN 102424941 A 1/2页21.一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉LFVD铸锭9t27t3500快锻机生产热处理矫直粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于：所述炼钢工艺：18CrNiMo7-6化学成分()内控标准：C0.160.19、Mn0.550.。
4、65、Si0.200.30、S0.005、P0.015、Ni1.551.65、Cr1.651.75、Mo 0.250.30、Al0.020.04、N0.0080.015；电炉炼钢工艺：配料选用优质废钢、生铁或铁水30；出钢温度1630，P0.010，终点碳按0.08控制，出钢前3min5min降低用氧强度，增加喷碳用量，每炉300kg400kg；钢终脱氧加铝2.5kg/t3.0kg/t；优质白灰满足一级以上质量要求CaO90，生烧率10，活度300ml，保证自由空间800mm，严禁下氧化渣；LF炉精炼工艺：到位按0.08喂铝，全程采用碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量20Kg30Kg，白渣保持时。
5、间30min；依样1包括考虑炉中的全铝结果，按0.06喂铝，真空前考虑炉中按0.05喂铝，保证VD处理后铝含量大于0.02，其余时间尽量不喂铝线；按0.03计算加入Nb-Fe；出钢温度1690，S0.010；VD处理工艺：入罐前少量扒渣，真空度100Pa，真空下保持时间20min；解除真空后加N-Cr，N-Cr必须充分烘烤，不考虑炉中N按0.007计算加入，软吹时间30min；浇注工艺：Ar保护浇注，浇注温度：15855，大于9吨锭以上钢锭采用模冷，模冷时间84h；所述锻造工艺：钢锭加热温度121010，温度按上限1220控制，保持8h10h；钢锭两次镦拔，开锻温度1080，保证切除量：钢锭头。
6、部15，钢锭尾部5；中间坯加热到118010，保温时间大于4h，终锻温度87525；所述热处理工艺：钢材直径350mm，只走曲线中II段，直径350mm走曲线I段+II段。钢材直径250mm(只走曲线中II段)：H1(在890温度下保温时间)时间15h，H2(在650温度下保温时间)时间为40h；钢材直径每增加100mm，H2时间加长25小时；孔饼类锻件最终退火工艺走II段曲线。2.根据权利要求1所述一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉LFVD铸锭9t27t3500快锻机生产热处理矫直粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于：所述炼钢工艺：电炉炼。
7、钢工艺：选用废钢、生铁配入量30；出钢温度1670，P含量为0.010，终点碳0.010，出钢前3min降低用氧强度，增加喷碳用量378Kg；终脱氧加铝162kg；自由空间810mm，未下氧化渣；LF炉精炼工艺：扩散脱氧首批加入量30Kg，白渣保持时间30min；出钢温度1700，S：0.003；VD处理工艺：真空保持时间20min，解除真空后软吹时间35min；浇注工艺：浇注温度1587；锭型27吨锭，模冷时间84h；权 利 要 求 书CN 102424934 ACN 102424941 A 2/2页3所述锻造工艺：钢锭加热保温10h；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产；钢锭头部切除量18，钢锭。
8、尾部切除量5.5；中间坯加热保温时间4.5h，终锻温86010；所述热处理工艺：将孔饼加热到89010保温20小时，每小时70降温到660，保温80小时，30/h降温到500出炉空冷。3.根据权利要求1所述一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，工艺路线为电炉LFVD铸锭9t27t3500快锻机生产热处理矫直粗车，制造工艺包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工艺，其特征在于：所述炼钢工艺：电炉炼钢工艺：选用废钢、生铁配入量30；出钢温度1680，P含量为0.0093，终点碳0.072，出钢前3min降低用氧强度，增加喷碳用量400Kg；终脱氧加铝150kg；自由空间820mm，未下氧化渣；。
9、LF炉精炼工艺：扩散脱氧首批加入量30Kg，白渣保持时间33min；出钢温度1692，S：0.006；VD处理工艺：真空保持时间25min，解除真空后软吹时间30min。浇注工艺：浇注温度1588；锭型15吨锭，模冷时间84h；所述锻造工艺：钢锭加热保持10h；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产，钢锭头部切除量16，钢锭尾部切除量5；中间坯加热保温时间5.0h，终锻温87010；所述热处理工艺：钢材加热650保5h，冷却到290320保8h，680保5h，89010保温10h，冷却到290310保12h，到89010保温15h，每小时70降温到660，保温78小时，30/h降温到500出炉空冷。权。
10、 利 要 求 书CN 102424934 ACN 102424941 A 1/8页418CrNiMo7-6 大型齿轮钢锻件制造方法技术领域0001 本发明属于金属材料制造领域，公开一种大型齿轮钢锻件制造方法，主要用于合金结构钢18CrNiMo7-6齿轮钢的生产。背景技术0002 18CrNiMo7-6为德国牌号，原牌号为17CrNiMo6，随着减速器机械行业和风电行业、高铁行业的迅猛发展，18CrNiMo7-6作为齿轮或齿轮轴关键件的主导应用材料，为确保其产品的高效性、安全性运行，用户对材料质量技术指标不断提出新的要求，为减少大型齿轮变形，锻件淬透性带宽由原来的7HRC缩小为5HRC，并提出带。
11、状组织的要求；为提高切削加工效率，要求钢材交货状态组织为F+P平衡组织；用于风电增速器齿轮钢要求晶粒度的耐久性(即950高温处理下保温80h，晶粒度达到8级6级不长大)，目前尚未见国内、外文献报道与此相关的研究工作。0003 18CrNiMo7-6为白点敏感钢种，采用普通的去氢退火易出现白点缺陷(或出现白点滞后现象)。由于锻件锻造后采用红送退火，奥氏体在冷却过程中组织转变不充分，部分残余奥氏体未发生转变，而氢在奥氏体中溶解度最大，随着时间的推移，残余奥氏体发生马氏体转变，形成较大的组织应力，产生裂纹。0004 目前国内采用3500吨快锻机生产的18CrNiMo7-6锻件的最大尺寸750mm，孔。
12、饼类锻件的最大外径1250mm。随着大锭型的应用，易存在夹杂、成分和组织的偏析问题愈显突出，成分和组织的均匀性是影响成品齿轮淬火硬度和变形的两大主要因素，因此用户对淬透性提出更高要求，即淬透性带宽不大于5HRC，这是常规工艺所难以实现的。0005 18CrNiMo7-6为贝氏体钢，根据其CCT曲线，F+P转变温度范围窄，且转变时间长，而采用等温正火工艺获得的组织是B或B+F+P混合组织。0006 解决上述问题应采取两个方面的关键技术措施：一方面制定科学的热处理工艺是决定18CrNiMo7-6钢能否获得F+P组织和去白点效果的核心技术，另一方面合理的化学成分设计是淬透性和晶粒度耐久性的有效控制方。
13、法。对国内、外文献检索中未查到相关的有价值的退火工艺信息和晶粒度耐久性保证方面的信息；抚顺特殊钢股份有限公司在采用现有技术研发、生产中批量出现过白点滞后现象，也不能保证晶粒度的耐久性，而且经常出现非平衡和贝氏体组织，带状组织和淬透性经常有个别点超出规定范围。发明内容0007 对于18CrNiMo7-6钢，处理退火工艺的难点在于即要保证获得F+P，同时还要必须保证具有去氢功能；化学成分设计的难点在于即要保证晶粒度及晶粒度耐久性，同时还要必须保证窄淬透性带；并且晶粒度及晶粒度耐久性还取决于终锻温度的控制。0008 本发明目的是公开一种18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，通过采用等温退火、。
14、控制炉冷速度的热处理工艺，达到去氢和获得F+P组织的双重目的；通过严格控制对钢材淬透性和晶粒度有重大影响的化学元素C、Mn、Nb、Al、N的窄范围，达到具有窄淬透性带说 明 书CN 102424934 ACN 102424941 A 2/8页5和合格晶粒度及晶粒度耐久性的双重目的；严格执行冶炼工艺提高钢的纯净度；开发出完全达到客户技术质量要求的18CrNiMo7-6钢，解决大型齿轮钢切削困难、淬火裂纹、晶粒粗大以及白点质量问题。0009 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：0010 1.工艺路线为：电炉LFVD铸锭9t27t3500快锻机生产热处理矫直粗车，包括炼钢工艺、锻造工艺及热处理工。
15、艺；0011 2.具体工艺措施：0012 (1)炼钢工艺0013 化学成分设计0014 依据美国ASTMA255和德国的SEP1664淬透性计算软件，结合实际端淬试验结果，应用大量数据回归分析，制定18CrNiMo7-6化学成分内控标准，见表1。0015 表10016 0017 电炉工艺0018 配料选用优质废钢、生铁(铁水)30；出钢温度1630，P0.010，终点碳按0.08控制，出钢前3min5min降低用氧强度，增加喷碳用量，每炉300kg400kg；钢终脱氧加铝2.5kg/t3.0kg/t；保证自由空间800mm，严禁下氧化渣；0019 LF工艺0020 到位按0.08喂铝，全程采用。
16、碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量20Kg30Kg，白渣保持时间30min；依样1全铝结果(考虑炉中)，按0.06喂铝，真空前考虑炉中按0.05喂铝，保证VD处理后铝含量大于0.02，其余时间尽量不喂铝线；按0.03计算加入Nb-Fe；出钢温度1690，S0.010；0021 VD工艺0022 入罐前少量扒渣，真空度100Pa，真空下保持时间20min；解除真空后加N-Cr，N-Cr必须充分烘烤，不考虑炉中N按0.007计算加入，软吹时间30min；0023 浇注0024 Ar保护浇注，浇注温度：15855，大于9吨锭以上钢锭采用模冷，模冷时间84h；0025 (2)锻造工艺0026 钢锭加热温。
17、度121010，温度按上限1220控制，保持8h10h；钢锭两次镦拔，开锻温度1080，保证切除量：钢锭头部15，钢锭尾部5；中间坯加热到118010，保温时间大于4h，终锻温度85020。说 明 书CN 102424934 ACN 102424941 A 3/8页60027 (3)热处理工艺0028 钢材直径350mm，只走曲线中II段，直径350mm走曲线I段+II段。0029 钢材直径250mm(只走曲线中II段)：H1(在890温度下保温时间)时间15h，H2(在650温度下保温时间)时间为40h；钢材直径每增加100mm，H2时间加长25小时；孔饼类锻件最终退火工艺走II段曲线。00。
18、30 本发明的优点和创新点在于：0031 (1)提高纯净度0032 为保证18CrNiMo7-6大型齿轮钢内部组织，需要使用9t以上的大锭型进行生产，保证加工比，而大锭冶炼易存在夹杂问题，用户标准规定非金属夹杂物合格级别应符合表2的规定。0033 表20034 0035 为提高钢水纯净度，关键控制炼钢工艺的以下三个环节：0036 控制电炉出钢量，保证VD真空处理时自由空间800mm，以便VD大氩气搅拌，使夹杂物和气体充分上浮；0037 LF白渣时间30min，VD真空前调铝，保证VD处理后铝含量达到控制目标，VD后尽量不喂铝线；0038 软吹时间30min，以不露钢液面为准；出罐温度15855。
19、，按下限温度1580浇注，合理控制浇注速度，采用氩气保护浇注。0039 检验结果钢中非金属夹杂物100符合标准规定；检验方法采用国内首创的高可靠性的极值分析方法，证明本工艺完全满足标准要求。0040 (2)保证窄淬透性带0041 用户对末端淬透性的要求和欧洲标准规定的末端淬透性对比见表3，分布趋势对比曲线见图2，欧洲标准要求J9点淬透性带宽10HRC，而用户标准要求淬透性带宽5HRC，从控制上存在一定难度。0042 表30043 说 明 书CN 102424934 ACN 102424941 A 4/8页70044 抚顺特殊钢股份有限公司依据美国ASTMA255和德国的SEP1664淬透性计算。
20、软件，结合实际端淬试验结果，进行大量数据的比较对比分析，在设计成分过程中，既考虑使该材料获得较高的淬透性和窄的淬透性带，同时又兼顾大型齿轮淬火裂纹敏感性问题，最终确定合适化学成分C、Mn、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的最佳配比，满足用户对淬透性的要求。0045 (3)实现晶粒度耐久性0046 低碳齿轮钢检验奥氏体晶粒度常规方法有2种，渗碳法和直接法。渗碳法一般要求在930保温6h，炉冷后检验奥氏体晶粒度；直接法则在930温度下保温一定时间(保温时间一般要求1h4h范围)，水淬后检验奥氏体晶粒度。而用于风电齿轮钢18CrNiMo7-6对晶粒度提出新的要求，即晶粒度毛坯试样，950保温80h，随。
21、后冷却到860保温2h，静油淬火，奥氏体晶粒度5级，此种方法主要模拟大型齿轮为获得一定渗碳层，需在高温下长时间渗碳，且晶粒不长大。为达到用于风电齿轮钢18CrNiMo7-6对晶粒度耐久性试验要求，进行950最长保温100h的长时间晶粒度试验，以及对晶粒度长大倾向分析，得出结论：化学成分应加入细化晶粒元素，Nb按0.03加入，Al按0.020.04控制，铝当量在0.030-0.050之间；保证足够的加工比和变形量，控制终锻温度在87010；钢的原始组织应为F+P组织。实际生产中应用上述工艺技术措施，保证了950下保温80h钢材的奥氏体晶粒度6级，满足了大型齿轮高温长时间渗碳对晶粒度耐久性的需要。。
22、0047 (4)独特的热处理工艺0048 18CrNiMo7-6为白点敏感钢种；18CrNiMo7-6为贝氏体钢，为提高切削加工性能，要求钢材交货状态组织为F+P平衡组织。为解决白点问题和获得F+P组织，制定出具有防白点、获得典型F+P组织双重功能的独特的热处理工艺曲线。附图说明0049 下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。0050 图1是18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件热处理曲线图，其中曲线分为两段：I段、II段；0051 图2是用户对18CrNiMo7-6大型齿轮钢锻件末端淬透性要求和欧洲标准规定的末端淬透性分布趋势对比曲线示意图。说 明 书CN 102424934 ACN 。
23、102424941 A 5/8页8具体实施方式0052 实施例10053 炉号：10203011386，孔饼成品规格：外径1129mm内径442mm高度291mm，锻比11.8。0054 工艺流程：电炉LFVD铸锭室式炉加热3500快锻锻造(两镦两拔工艺)中间坯退火中间坯下料室式炉加热3500快锻锻造成品孔饼孔饼退火。0055 (1)炼钢工艺0056 化学成分0057 18CrNiMo7-6化学成分标准见表4。0058 表40059 0060 电炉工艺0061 选用废钢、生铁配入量30；出钢温度1670，P含量为0.010，终点碳0.010，出钢前3min降低用氧强度，增加喷碳用量378Kg；。
24、终脱氧加铝162kg；自由空间810mm，未下氧化渣。0062 LF工艺0063 到位按0.08喂铝，全程采用碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量30Kg，白渣保持时间30min；依样1全铝结果，按0.06喂铝。真空前按0.05喂铝，按0.03计算加入Nb-Fe；出钢温度1700，S：0.003。0064 VD工艺0065 入罐前少量扒渣，真空度100Pa，真空下保持时间20min。解除真空后加N-Cr，N按0.007计算加入；软吹时间35min。0066 浇注0067 Ar保护浇注，浇注温度：1587；锭型27吨锭，模冷时间84h。0068 锻造工艺0069 钢锭加热温度121010，保持10h。
25、；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产，开锻温度1080，钢锭头部切除量18，钢锭尾部切除量5.5；中间坯加热到118010，保温时间4.5h，终锻温86010。0070 热处理工艺0071 孔饼加热到89010保温20小时，每小时70降温到660，保温80小时，30/h降温到500出炉空冷。0072 生产检验结果：0073 夹杂物检验结果见表5。0074 表50075 说 明 书CN 102424934 ACN 102424941 A 6/8页90076 晶粒度采用直接法930保温4h晶粒度8级6级；950保温80小时，随后冷却到860保温2h，静油淬火，晶粒度7级6级。0077 末端淬透性检验结。
26、果见表6。0078 表60079 0080 表6(续)0081 0082 组织为铁素体+珠光体。0083 力学性能检验结果见表7。0084 表70085 0086 交货硬度(HBW)179、182、200、187。0087 实施例20088 炉号：10203022144，成品规格390mm，锻比9.9；工艺流程：电炉LFVD铸锭室式炉加热2000快锻锻造(一镦一拔工艺)钢材退火。说 明 书CN 102424934 ACN 102424941 A 7/8页100089 (1)炼钢工艺0090 化学成分0091 18CrNiMo 7-6化学成分标准见表8。0092 表80093 0094 电炉工艺。
27、0095 选用废钢、生铁配入量30；出钢温度1680，P含量为0.0093，终点碳0.072，出钢前3min降低用氧强度，增加喷碳用量400Kg；终脱氧加铝150kg；自由空间820mm，未下氧化渣。0096 LF工艺0097 到位按0.08喂铝，全程采用碳粉+Al粒扩散脱氧，首批加入量30Kg，白渣保持时间33min；依样1全铝结果，按0.06喂铝；真空前按0.05喂铝，按0.03计算加入Nb-Fe；出钢温度1692，S：0.006。0098 VD工艺0099 入罐前少量扒渣，真空度100Pa，真空下保持时间25min。解除真空后加N-Cr，N按0.007计算加入；软吹时间30min。010。
28、0 浇注0101 Ar保护浇注，浇注温度：1588；锭型15吨锭，模冷时间84h。0102 锻造工艺0103 钢锭加热温度121010，保持10h；钢锭两次镦拔，拔长采用宽砧生产，开锻温度1080，钢锭头部切除量16，钢锭尾部切除量5；中间坯加热到118010，保温时间5.0h，终锻温87010。0104 热处理工艺0105 钢材加热650保5h，冷却到290320保8h，680保5h，89010保温10h，冷却到290310保12h，到89010保温15h，每小时70降温到660，保温78小时，30/h降温到500出炉空冷。0106 生产检验结果：0107 夹杂物检验结果见表9。0108 表90109 说 明 书CN 102424934 A。