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18CrMnB齒輪鋼棒材中硬質(zhì)點相成因
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時間：2015-01-05
南鋼生產(chǎn)的齒輪鋼主要有20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、SAE8620、18CrMnB等，其中18CrMnB主要生產(chǎn)工藝流程為：100t超高功率電弧爐→95tLF精煉爐→95tVD真空爐→3機3流大方坯連鑄機→棒材。
多年來，中國汽車用齒輪鋼一直以20CrMnTiH型為主。該鋼種由于Ti含量較高，澆鑄時不但容易發(fā)生水口堵塞，而且容易產(chǎn)生大塊不易變形的TiN夾雜。殘留在鋼材中的TiN將會成為疲勞源，降低后續(xù)齒輪產(chǎn)品使用時的疲勞壽命。然而，20CrMnTi在中國中型載荷汽車齒輪行業(yè)中仍是使用普遍的鋼種，其主要原因為：1）該鋼種含有國內(nèi)富有的合金元素Cr和Mn，成本可控性強；2）在冶煉時Ti含量和TiN夾雜形態(tài)容易控制，滲碳時晶粒長大傾向小，滲碳后可直接淬火；3）經(jīng)多年理論和實踐的摸索、攻關(guān)，該鋼種從生產(chǎn)至應(yīng)用的工藝技術(shù)都比較成熟。
近年來，隨著中國小型乘用車工業(yè)的發(fā)展，許多汽車齒輪生產(chǎn)線分別從德、日、美、意、法等國引進，現(xiàn)在已能批量生產(chǎn)綜合性能更好的新型齒輪鋼，如Cr-Mo系、Mn-Cr系、Mn-Cr-B系、Cr-Ni-Mn系、Cr-Ni-Mo系、Cr系等鋼種。但在新鋼種的開發(fā)過程中。不時發(fā)現(xiàn)熱軋棒材中存在硬質(zhì)點相，不僅影響其加工性能，還將會影響產(chǎn)品的使用壽命。研究人員以南鋼生產(chǎn)的18CrMnB鋼為例，對棒材中硬質(zhì)點的成分、特性和成因等進行了試驗研究，以期為解決新型Mn-Cr-B系齒輪鋼的工藝問題提供理論指導(dǎo)。
目前，南鋼生產(chǎn)的齒輪鋼主要有20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、SAE8620、18CrMnB等，其中18CrMnB主要生產(chǎn)工藝流程為：100t超高功率電弧爐→95tLF精煉爐→95tVD真空爐→3機3流大方坯連鑄機→棒材。
相關(guān)研究表明，鋼材產(chǎn)生硬質(zhì)點的主要原因一般為:1）由于區(qū)域內(nèi)存在有高硬度的非金屬夾雜物；2）區(qū)域內(nèi)組織出現(xiàn)異常。18CrMnB齒輪鋼的目標(biāo)控制組織為鐵素體＋珠光體，如果在軋制過程中溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致魏氏體等異常組織出現(xiàn)，或局部區(qū)域珠光體過度發(fā)達，均將導(dǎo)致局部區(qū)域硬度增加。
為了分析出硬質(zhì)相出現(xiàn)的可能原因，進行了相關(guān)試驗研究，具體試驗方案為：通過金相觀察硬質(zhì)點和非硬質(zhì)點區(qū)域的夾雜物情況，并對其進行EDS分析，以確定具體成分；將試樣腐蝕后觀察其顯微結(jié)構(gòu)，比較硬質(zhì)點和非硬質(zhì)點區(qū)域的組織特征與差異。研究結(jié)果表明：
????（1）棒材中的硬質(zhì)點相為頂渣帶入的各種氧化物夾雜，其中大塊夾雜為高熔點復(fù)合氧化物，分散夾雜或為后續(xù)熱軋過程中夾雜物破碎后，隨基體變形的產(chǎn)物。
????（2）硬質(zhì)點區(qū)域和非硬質(zhì)點區(qū)域的基體組織均為鐵素體＋珠光體，未見其他異常組織。棒材表層與中心區(qū)域的珠光體尺度有明顯差別，這與熱軋棒材溫度分布與軋制變形量差異有關(guān)，不是形成加工硬相的原因。
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