20CrMnTi齿轮钢生产实践

齿轮钢在汽车上有着极其广泛的使用，在使用的过程中会受到变载荷的冲击力、接触应力、脉动弯曲应力及摩擦力等多种应力的作用。因此要求齿轮钢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，而且对夹杂物的控制也提出了较高的要求。据此，公司根据用户的要求对齿轮钢化学成分进行设计，调整了相关的工艺参数，在没有电磁制动的情况下，通过连铸配水系统和辊缝的调整，板坯质量合格，成功生产出20CrMnTi齿轮钢，为下一步齿轮钢的生产奠定了基础。

工艺流程

   目前，国内大部分钢厂是在方坯上进行20CrMnTi齿轮钢的生产，承钢公司根据用户需要，在200 mm x (900 ~ 1 650) mm的板埋上进行生产试制。主要工艺流程如下：

高炉含钒铁水→脱硫→ 150 t转炉提钒→ 150 t 转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸保护浇铸→1780生产线板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱（可选）→精轧→层冷→卷取→检验→包装→检斤→人库。

转炉冶炼

    炼钢使用含钒铁水，铁水中硫含量相对较高，在脱硫工序要进行深脱硫，避免硫对冶炼过程的影响，保证人转炉铁水[S]专0.020%。根据承钢现有的工艺采用高拉碳的方式进行操作。相关资料研究表明，钢中碳含量和氧含量有一定的比例关系，当终点碳含量小于0. 05%时，钢水就存在过氧化现象，钢水过氧化会降低钢水的纯净度，因此,将转炉终点碳含量控制在不低于0. 07%，避免钢水过氧化，同时提高一次拉碳的比例，减少后吹次数。出钢过程中采取在线吹氩方式，用挡渣塞挡前期渣，出钢过程采用滑板挡渣。

温度进行调整；通过合适的处理方式对夹杂物进行变性处理，促进夹杂物的上浮。在精炼工序根据钢中的氧含量确定脱氧剂的加入数量，主要采用沉淀脱氧方式为主，本次根据钢水中的氧含量情况平均加人铝线0.4 kg/t钢，使钢中的Als达到0.02%的 目标。炉渣的成分对夹杂物的去除有着直接的影响，降低炉渣中与夹杂相同成分的活度可以提高炉 渣对该夹杂的吸收能力，渣系采用CaO - Si02 - A1203，碱度R控制在3.0 ~4.0(目标），LF精炼渣,精炼后期适当加人活性石灰、萤石调整熔渣；向钢包内喂人钙铁线或钙铝线对钢水进行钙处理，Ca/Als >0. 10后转人软吹，软吹氩过程严禁钢液面裸露。

连铸浇铸

    在20CrMnTi齿轮钢生产过程中，连铸坯的质量对卷板的质量有着重要的影响，在板坯没有电磁制动的情况下，如何减少成分偏析,保证铸坯的内部质量符合相关标准要求是非常关键的因素。在连铸生产过程中采用全程保护浇铸，在长水口处添加密封垫圈和氩封，在中包到结晶器之间添加浸人式水口，并且适当的进行吹氩，避免钢水在浇铸的过程中由于二次氧化造成钢水夹杂物含量升高。为了提高铸坯的内部质量，对扇形段内的6、7、8段的辊缝进行适当的调节使其有一定的压力，减少中心疏松、中心缩孔的产生；同时对结晶器的冷却水和0段的冷却水进行调整，减少板坯偏析的产生。

转炉终点碳含量较高，80 %的炉次一次拉碳成功，从而使终点氧活度得到很好地控制，为降低脱氧剂量、提高元素收得率及钢的清洁度创造了良好的条件

 

选择齿轮材料及其热处理时，主要是根据齿轮的传动方式、载荷性质与大小、传动速度和精度要求等工作条件，同时还要考虑，依据齿轮模数和截面尺寸提出的钢材淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材料及硬度值的匹配等问题。

 

齿轮所用的材料各种各样，如各种铸铁、钢、粉末冶金材料、非铁合金（如铜合金）及非金属材料都可用来制作齿轮，其中钢是使用最广泛的材料，包括各种低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢等。

 

对钢铁材料齿轮进行适当热处理（如正火与退火、整体淬火回火、调质、渗碳、渗氮、表面淬火等），其目的是为了能够提高钢铁的使用性能，充分发挥材料的能力，同时也能够改善钢材的切削性能，提高齿轮加工质量，延长齿轮的使用寿命。

 

齿轮用各类钢铁材料和热处理的特点及适用条件如下：

一、调质钢

钢号：45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40MnB、45MnB、40Cr、45Cr、35CrMo、42CrMo等.

 

工艺1.调质或正火

1）经调质后具有较好的强度和韧性，常在220~300HBW的范围内使用。

2）当受刀具的限制而不能提高调质小齿轮的硬度时，为保持大小齿轮之间的硬度差，可使用正火处理的大齿轮，但强度较调质者差。

3）齿面的精切齿可在热处理后进行，以消除热处理畸变，保持齿轮精度。

4）不需要专门的热处理设备和齿面精加工设备，制造成本低。

5）齿面硬度较低，易于跑合，但是不能充分发挥材料的承载能力。

 

适用条件：广泛用于对强度和精度要求不太高的一般中低速齿轮，以及热处理和齿面精加工比较困难的大型齿轮。

 

工艺2.表面淬火（感应淬火、火焰淬火）

1）齿面硬度高，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有较好的韧性，表面经硬化后产生残余应力，大大提高了齿根强度；通常的齿面硬度范围为：合金钢45~55HRC，碳素钢40~50HRC。

2）为进一步提高心部强度，往往在表面淬火前先进行调质处理。

3）感应淬火时间短。

4）表面硬化层深度和硬度沿齿面不等。

5）因急速加热和冷却，容易淬裂。

 

适用条件：广泛用于要求承载能力高、体积小的齿轮。

 

二、渗碳钢

钢号：20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo、22CrMo、20CrNiMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。

 

工艺：渗碳淬火

1）齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度；一般齿面硬度范围为56~63HRC。

2）切削性能较好。

3）热处理畸变较大，热处理后应磨齿，增加了加工时间和成本，但是可以获得高的精度。

 

适用条件：广泛用于要求承载能力高、耐冲击性能好、精度高、体积小的中型以下齿轮。

 

三、渗氮钢

钢号：38CrMoAlA、30CrMoSiA、25Cr2MoV等。

 

工艺：渗氮处理

1）可获得很高的齿面硬度，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有较好的韧性，为提高心部强度，对中碳钢往往先进行调质处理。

2）由于加热温度低，故热处理畸变很小，渗氮处理后不需要磨齿。

3）硬化层很薄，故承载能力不及渗碳淬火齿轮，不宜用于有冲击载荷的场合。

4）渗氮处理周期长，加工成本较高。

 

适用条件：适用于较大且较平稳的载荷下工作的齿轮，以及没有齿面精加工设备而又需要硬齿面的场合。

 

四、铸钢

钢号：ZG310-570、ZG340-640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG40Cr1、ZG35CrMnSi等。

 

工艺：正火或调质，以及表面淬火

1）可以制造复杂形状的大型齿轮

2）其强度低于同种牌号和热处理的调质钢

3）容易产生铸造缺陷

 

适用条件：用于不能锻造的大型齿轮。

 

五、铸铁

钢号：各种灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。

 

1）材料低廉。

2）耐磨性好。

3）可制造复杂形状的大型齿轮。

4）有较好的铸造和切削工艺性。

5）承载能力低

 

适用条件：灰铸铁和可锻铸铁用于低速、轻载、无冲击的齿轮；球墨铸铁可用于载荷和冲击较大的齿轮。

冷拔钢管出现缺陷的原因分析

 

1、冷拔钢管的管料和中间管的质量不合格，而且几何尺寸也不符合要求，纵向和横向壁厚严重不均，弯曲度和椭圆度过大，化学成分不相容，力学性能不和。

 

2、不遵守冷拔钢管前各准备工序的操作规程。主要的是锤头工艺不正确、化学处理和热处理操作不当、管端有毛刺、修磨质量不高、在运输过程中产生缺陷等;

 

3、没有遵守拔管过程的操作规程。表现在冷拔钢管中心线和拔制不一致、拔管模安装不正、开拔速度太快、工具选配不当、芯棒拉杆的直径过大或过小、变无缝形量太大、芯棒送进不及时等;

 

4、拔管模和芯棒的质量不好，包括光洁度差、硬度和强度低、尺寸不合、硬质合金模的镶装不正确等;

 

5、拔管机失修。如拔管小车倾斜、模座或拔管模本身在中心架上安装不正等。