雖然齒輪鋼生產(chǎn)工藝在不斷進(jìn)步,但國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)齒輪鋼時仍存在不少難點(diǎn):
1、化學(xué)元素控制困難
1)Si元素控制。齒輪鋼生產(chǎn)全程Si、C元素控制較困難,特別是Si元素控制難度較大,在冶煉過程中含量波動范圍較大。冶煉中脫O及Si元素控制不良,不僅會造成成品鋼中硅元素含量過高,而目脫氧劑使用種類增多,給鋼材質(zhì)量帶來不良影響。因此在滿足標(biāo)準(zhǔn)范圍的前提下不能將Si配得太高,否則會影響鋼材的純凈度。
2)S元素控制。MnCr系列齒輪鋼要求成品[%S]的范圍為0.020~0.035,在生產(chǎn)中一般在VD階段加入塊狀FeS或采用喂FeS線的方法調(diào)整S元素的含量。但由于FeS中S元素含量較高,且S收得率并不是穩(wěn)定,這就使成品中S的控制困難,含量波動較大。S在鋼中是形成夾雜物的一種主要元素,容易與作為齒輪鋼主要元素的Mn形成MnS夾雜,影響鋼材抗疲勞性能。
3)C元素控制。C是影響齒輪鋼淬透性的最重要元素,但由于齒輪鋼種碳含量要求低、成分波動要求要窄,鋼水很容易發(fā)生過氧化,造成成品C偏低,使鋼材的淬透性降低。
4)Al元素控制。齒輪鋼可以通過添加Al、Ti、Nb等有細(xì)化晶粒作用的元素來進(jìn)行晶粒的細(xì)化,然而如果Ti含量過高,容易形成粗大的TiN夾雜,此中夾雜有棱角且不易變形,會降低鋼材疲勞壽命。齒輪鋼可以通過添加Al來細(xì)化晶粒,Al的脫氧效果比較強(qiáng),很難控制鋼中酸溶鋁可以進(jìn)一步降低鋼中的[O],防止鋼液二次氧化,Al的加入量不足,起到的作用不足,但若Al加入過量,在澆注時若發(fā)生二次氧化,Al會繼續(xù)脫氧產(chǎn)生殘余氧化物,達(dá)不到精煉效果,嚴(yán)重時還可能堵塞水口。一般情況下是以喂鋁線的方式調(diào)整鋼中Al含量,但Al線收得率不穩(wěn)定。
5)O含量控制。鋼中氧含量偏高造成齒輪鋼質(zhì)量差的根本原因。朱蘊(yùn)策通過研究發(fā)現(xiàn),若20MnCr5鋼中ω[O]從28ppm降低至18ppm時,齒輪鋼抗觸疲勞強(qiáng)度可提高27%;若ω(O)從45ppm降至220ppm,抗觸疲勞強(qiáng)度可提高47%。
2、夾雜物的控制
鋼中Ti的存在會增加鋼液粘度;冶煉過程中使用鋁鐵脫氧產(chǎn)生的不變形的Al2O3夾雜,在澆注過程容易堵塞水口,引發(fā)水口結(jié)瘤,使連鑄生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。國產(chǎn)齒輪鋼中的硫化物雖然在鋼中分布比較均勻,但其形狀為細(xì)長條狀且兩頭尖,而國外齒輪鋼中控制硫化物一般為短粗形。細(xì)長狀硫化物易產(chǎn)生應(yīng)力集中,降低齒輪鋼疲勞性能。在機(jī)械加工時,細(xì)長狀硫化物會形成長金屬屑,纏繞工具,影響加工性能。
3、淬透性達(dá)標(biāo)率
齒輪鋼的淬透性帶寬要求窄,德國MnCr系列齒輪鋼對淬透性帶寬的要求是不能大于6HRC,同一批鋼材硬度值波動不大于4HRC。GB/ T5216-2004標(biāo)準(zhǔn)帶寬要求比較寬松,為12HRC,目前國產(chǎn)的波動范圍一般在8~12HRC,甚至更大。淬透性的穩(wěn)定與否對齒輪熱處理后變形量的影響很大,淬透性帶寬度愈窄,離散度愈小,愈有利于齒輪的加工及提高其嚙合精度。
4、帶狀組織
帶狀組織的出現(xiàn)使材料的縱向、橫向的力學(xué)性能發(fā)生很大差異,力學(xué)性能出現(xiàn)明顯的方向性,一般情況下縱向抗拉強(qiáng)度提高,斷面收縮率、伸長率較好,而橫向抗拉強(qiáng)度降低,最為明顯的就是伸長率和斷面收縮率,隨著帶狀組織的加重,各向異性會更加惡化。帶狀組織是很難消除的,MnCr系齒輪鋼要求帶狀組織不能大于2級。減少成分的偏析是解決帶狀組織的根本方法。
——本文摘自論文文獻(xiàn)綜述