20CrNi2Mo齒輪鋼生產過程中Al含量控制要點
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-05-05
20CrNi2Mo鋼為齒輪鋼，齒輪在工作狀態要承受循環應力和強烈的沖擊力，對其基本性能和質量要求極高。20CrNi2Mo鋼經過滲碳、淬火和低溫回火處理后，表面層具有優良的耐磨性與抗疲勞性，而心部有良好的韌性及足夠的強度。20CrNi2Mo鋼在熱處理過程中隨著溫度的升高，奧氏體晶粒明顯長大，晶粒度大小對滲碳層質量和齒輪強度性能影響很大。當晶粒度小于5級時，就會降低滲碳鋼的脆斷抗力。
20CrNi2Mo鋼為齒輪鋼，齒輪在工作狀態要承受循環應力和強烈的沖擊力，對其基本性能和質量要求極高。20CrNi2Mo鋼經過滲碳、淬火和低溫回火處理后，表面層具有優良的耐磨性與抗疲勞性，而心部有良好的韌性及足夠的強度。20CrNi2Mo鋼在熱處理過程中隨著溫度的升高，奧氏體晶粒明顯長大，晶粒度大小對滲碳層質量和齒輪強度性能影響很大。當晶粒度小于5級時，就會降低滲碳鋼的脆斷抗力。
晶粒長大是借助晶界遷移來實現的。晶界遷移能否進行，又受兩種作用力的相互制約，一種是由于系統自由能降低而驅動晶界移動，一種是彌散第二相質點阻礙晶界遷移。當AlN質點的體積百分數、質點尺寸和分布達到某種特定的狀態時，能有效地釘扎晶界。
一般用鋁脫氧的鋼為本質細晶粒鋼，Al在鋼液中能夠與N結合，形成彌散度大的AlN質點，位于晶界上，阻礙了晶界的移動，可以阻止奧氏體晶粒長大，達到細化晶粒和提高晶粒粗化溫度的效果。
鋼的晶粒長大傾向性與其化學成分和冶煉工藝有密切關系。AlN質點是嚴格按化學比，即1∶1的鋁、氮原子比析出的。當鋼中氮、鋁原子數之比為1∶1時，相對應的質量分數之比為14/27，即約為0.52。AlN形核析出后，基體中鋁、氮的濃度均降低，控制AlN進一步長大的鋁原子在基體中的低濃度限制了AlN質點的長大，使AlN質點尺寸得以維持細小狀態。當鋼中氮、鋁原子數之比小于1，即N/Al比值小于0.52時，基體中相對富鋁，對AlN的形核長大有利，并可促進AlN質點進一步長大。
生產過程中Al含量控制要點：
電弧爐冶煉：冶煉時必須嚴格執行生鐵用量，保證熔清C含量≥0.50%，控制電弧爐碳氧槍吹氧強度，終點C≥0.07%，避免鋼液產生過度氧化；出鋼嚴禁氧化渣進入精煉包，出鋼過程噸鋼隨鋼流加入0.5kg鋁、1kg硅鋁鋇鈣粉進行預脫氧，為LF精煉工序提供良好的條件。
LF爐精煉：精煉過程熔渣堿度控制在2.5～3之間，熔渣中（FeO）≤1.0%,并保證熔渣的流動性。VD破空后，按噸鋼喂0.2kg鋁線進行鋁成分調整。鋁線規格為直徑12mm，重330g/m，喂線速度60m/min～100m/min。
鋼錠澆注：采取氬氣保護澆注，避免鋼水澆注過程二次氧化導致鋼中Al含量降低。
在EBT-LF-VD-VC工藝條件下，Al含量對20CrNi2Mo鋼奧氏體晶粒度、滲碳層硬度和力學性能產生影響。研究結果表明，晶界上的AlN對鋼的晶粒長大傾向性起決定作用。選擇VD處理后按噸鋼0.2kg喂鋁線，提高了Al的收得率，將鋁含量控制在0.01～0.02%范圍內，N/Al比值接近或者小于0.52，使20CrNi2Mo鋼獲得本質細晶粒及優良的力學性能。
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