20CrNi2Mo齒輪鋼生產(chǎn)過程中Al含量控制要點(diǎn)
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更新時(shí)間：2016-05-05
20CrNi2Mo鋼為齒輪鋼，齒輪在工作狀態(tài)要承受循環(huán)應(yīng)力和強(qiáng)烈的沖擊力，對(duì)其基本性能和質(zhì)量要求極高。20CrNi2Mo鋼經(jīng)過滲碳、淬火和低溫回火處理后，表面層具有優(yōu)良的耐磨性與抗疲勞性，而心部有良好的韌性及足夠的強(qiáng)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(duì)滲碳層質(zhì)量和齒輪強(qiáng)度性能影響很大。當(dāng)晶粒度小于5級(jí)時(shí)，就會(huì)降低滲碳鋼的脆斷抗力。
20CrNi2Mo鋼為齒輪鋼，齒輪在工作狀態(tài)要承受循環(huán)應(yīng)力和強(qiáng)烈的沖擊力，對(duì)其基本性能和質(zhì)量要求極高。20CrNi2Mo鋼經(jīng)過滲碳、淬火和低溫回火處理后，表面層具有優(yōu)良的耐磨性與抗疲勞性，而心部有良好的韌性及足夠的強(qiáng)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(duì)滲碳層質(zhì)量和齒輪強(qiáng)度性能影響很大。當(dāng)晶粒度小于5級(jí)時(shí)，就會(huì)降低滲碳鋼的脆斷抗力。
晶粒長大是借助晶界遷移來實(shí)現(xiàn)的。晶界遷移能否進(jìn)行，又受兩種作用力的相互制約，一種是由于系統(tǒng)自由能降低而驅(qū)動(dòng)晶界移動(dòng)，一種是彌散第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙晶界遷移。當(dāng)AlN質(zhì)點(diǎn)的體積百分?jǐn)?shù)、質(zhì)點(diǎn)尺寸和分布達(dá)到某種特定的狀態(tài)時(shí)，能有效地釘扎晶界。
一般用鋁脫氧的鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，Al在鋼液中能夠與N結(jié)合，形成彌散度大的AlN質(zhì)點(diǎn)，位于晶界上，阻礙了晶界的移動(dòng)，可以阻止奧氏體晶粒長大，達(dá)到細(xì)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(xué)成分和冶煉工藝有密切關(guān)系。AlN質(zhì)點(diǎn)是嚴(yán)格按化學(xué)比，即1∶1的鋁、氮原子比析出的。當(dāng)鋼中氮、鋁原子數(shù)之比為1∶1時(shí)，相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)一步長大的鋁原子在基體中的低濃度限制了AlN質(zhì)點(diǎn)的長大，使AlN質(zhì)點(diǎn)尺寸得以維持細(xì)小狀態(tài)。當(dāng)鋼中氮、鋁原子數(shù)之比小于1，即N/Al比值小于0.52時(shí)，基體中相對(duì)富鋁，對(duì)AlN的形核長大有利，并可促進(jìn)AlN質(zhì)點(diǎn)進(jìn)一步長大。
生產(chǎn)過程中Al含量控制要點(diǎn)：
電弧爐冶煉：冶煉時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)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(qiáng)度，終點(diǎn)C≥0.07%，避免鋼液產(chǎn)生過度氧化；出鋼嚴(yán)禁氧化渣進(jìn)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(jìn)行預(yù)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(dòng)性。VD破空后，按噸鋼喂0.2kg鋁線進(jìn)行鋁成分調(diào)整。鋁線規(guī)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(hù)澆注，避免鋼水澆注過程二次氧化導(dǎo)致鋼中Al含量降低。
在EBT-LF-VD-VC工藝條件下，Al含量對(duì)20CrNi2Mo鋼奧氏體晶粒度、滲碳層硬度和力學(xué)性能產(chǎn)生影響。研究結(jié)果表明，晶界上的AlN對(duì)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(nèi)，N/Al比值接近或者小于0.52，使20CrNi2Mo鋼獲得本質(zhì)細(xì)晶粒及優(yōu)良的力學(xué)性能。
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