南钢齿轮钢铸坯及棒材质量控制研究

摘要

本文以南钢所生产的8622(R)H齿轮钢和18CrMnBH齿轮钢为研究对象,通过分析轧材质量现状、轧材表面缺陷与铸坯缺陷的关系、钢材的化学成分与末端淬透性的关系、轧材的锯切性能与硬度、夹杂物和组织的关系,对8622(R)H齿轮钢棒材表面的线纹缺陷、末端淬透性偏低和18CrMnBH齿轮钢加工过程中出现的锯切障碍问题的形成原因进行了剖析。调查结果表明,8622(R)H齿轮钢轧材表面存在三种类型的缺陷:第一类为单条直线型线纹,第二类为紧凑密集型线纹,第三类为形状缺陷,其中以第二类缺陷为主,产生此类缺陷的原因为铸坯皮下裂纹在轧制过程中没有被焊合而遗留在轧材表面形成线纹缺陷;8622(R)H齿轮钢的末端淬透性偏低,没有达到用户所要求的范围;18CrMnBH齿轮钢在锯切过程中遇到两种问题:一是锯条难以下齿,使用寿命短、容易锯断。二是锯切面毛糙、不光洁。本文研究了铸坯皮下裂纹的形成原因,采用热酸酸洗槽、光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等手段和仪器,研究结果认为结晶器中钢液凝固前沿聚集的Al2O3夹杂物是皮下裂纹形成的主要原因;研究了齿轮钢末端淬透性偏低的因素,采用目前较为成熟的末端淬透性预测方法,结果认为在奥氏体化条件给定的条件下,淬透性取决于钢的化学成分,通过调整化学成分中合金元素的含量可以提高淬透性;还研究了锯切障碍的形成原因,采用显微硬度计、光学显微镜和能谱仪等,结果认为棒材截面存在尺寸为40～80μm的硬度较大的密集程度较高的夹杂物,造成棒材截面硬度波动差△＞94HV,是产生18CrMnBH齿轮钢锯切障碍的主要原因。通过以上几个方面的研究分析,本文提出:为防止铸坯皮下裂纹的产生,浸入式水口采用四侧孔和钢水过热度为20～40℃;为提高钢材的末端淬透性,钢水的化学成分中Mn元素控制在0.8～0.9％之间,其他元素成分控制在南钢现有水平下;为避免钢材出现锯切障碍问题,减少钢中夹杂物的数量、保证≥40μm的夹杂物被去除,精炼过程中软吹时间至少为10min。现场试验结果表明:所提出的解决措施,能够解决南钢齿轮钢棒材的表面线纹缺陷、末端淬透性偏低和锯切障碍的问题。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 齿轮钢的性能质量要求

1.2.1 末端淬透性

1.2.2 洁净度

1.2.3 晶粒度

1.2.4 表面质量

1.3 影响齿轮钢质量的因素

1.4 我国齿轮钢与国外的差距

1.5 课题来源、研究的意义和主要内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 课题研究的目的和意义

1.5.3 研究内容

2 齿轮钢铸坯及棒材现场跟踪调查

2.1 8622(R)H 齿轮钢棒材表面质量

2.1.1 8622(R)H 齿轮钢生产工艺条件

2.1.2 8622(R)H 齿轮钢棒材表面缺陷形貌与分布

2.1.3 8622(R)H 齿轮钢棒材表面微观组织分析

2.1.4 8622(R)H 齿轮钢铸坯缺陷形貌和分布

2.1.5 8622(R)H 齿轮钢棒材表面缺陷与铸坯缺陷对应关系

2.2 8622(R)H 齿轮钢棒材性能

2.2.1 8622(R)H 齿轮钢棒材性能要求及现状

2.2.2 8622(R)H 齿轮钢棒材性能缺陷

2.3 18CrMnBH 齿轮钢

2.3.1 18CrMnBH 齿轮钢生产工艺条件

2.3.2 18CrMnBH 齿轮钢棒材质量现状

2.4 本章小结

3 8622(R)H 齿轮钢质量和性能研究

3.1 8622(R)H 齿轮钢铸坯皮下裂纹

3.1.1 皮下裂纹形貌

3.1.2 铸坯皮下裂纹成因分析

3.1.3 铸坯皮下裂纹成因及解决措施

3.2 8622(R)H 齿轮钢棒材末端淬透性

3.2.1 钢的末端淬透性预测方法

3.2.2 提高末端淬透性的措施

3.3 本章小结

4 18CrMnBH 齿轮钢棒材锯切障碍成因分析

4.1 实验材料和方法

4.2 18CrMnBH 齿轮钢实验结果

4.2.1 棒材截面硬度测试结果

4.2.2 棒材截面夹杂物观察结果与分析

4.2.3 棒材截面组织观察结果与分析

4.3 锯切障碍成因及解决措施

4.4 本章小结

5 现场试验及结果分析

5.1 试验方案的建立

5.1.1 8622(R)H 齿轮钢试验方案的建立

5.1.2 18CrMnBH 齿轮钢试验方案的建立

5.2 8622(R)H 齿轮钢现场试验结果

5.3 18CrMnBH 齿轮钢现场试验结果

5.3.1 硬度测试结果及分析

5.3.2 夹杂物观察结果及分析

5.3.3 微观组织观察结果及分析

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的论文