变速箱输入轴用SCR420H钢的研制

2018-01-17李英

山西冶金 2017年6期

李英

（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏江阴 214429）

汽车变速箱输入轴的加工工艺一般为：棒材—下料—正火—切削加工—渗碳。随着汽车厂降低成本和减少环境污染等的要求日益迫切，需要不断地开发更为高效的各种汽车用钢。目前汽车变速箱输入轴先进的制造工艺则是省略了钢材的正火处理，用户购买钢材后直接使用热轧材进行高速切削加工，然后再进行渗碳。现在一些汽车制造商就已经在采用此工艺生产变速箱的输入轴。

直接使用热轧材进行高速切削加工的工艺不但对钢材交货状态的性能提出了较高要求，而且对钢材交货状态的组织也提出了较高的要求，之前常规工艺生产的钢材难以满足用户的使用要求，兴澄公司通过工艺改进和精确控制，研制出了符合用户高要求的变速箱输入轴用SCR420H钢。

1 钢种质量要求及成分设计

用户目前制作变速箱输入轴采用的制造工艺流程为：棒材下料—机加工—渗碳（930℃渗碳4 h）。根据用户的工艺流程，用户要求钢材下料后直接冷加工，因而要求材料有较合适的硬度且易切削，同时也要求钢材具有小的脱碳层深度。另外，为了保证变速箱输入轴渗碳后获得细小的组织以及渗碳淬火后获得稳定而且优异的强韧性，钢材要具有窄的淬透性带宽和细小的奥氏体晶粒。当然，低的非金属夹杂物含量是保证输入轴零件具有长的疲劳寿命的基础。变速箱输入轴用SCR420H钢的具体成分和性能要求见表1、表2。之前的工艺为：棒材下料—正火—机加工—渗碳。为了达到提高效率、降低成本、节能环保的效果，该产品省略了正火工序，所以交货状态的原材料应具有细小均匀的铁素体加珠光体组织。

2 生产工艺

2.1 工艺路线

依据变速箱输入轴用钢SCR420H的技术标准和用户的使用要求，设计工艺路线为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→轧制开坯→中间坯加热轧制（成品Φ25 mm）→精整→入库。

表1 SCR420H的化学成分要求 %

表2 SCR420H的夹杂物、淬透性、脱碳及奥氏体晶粒度的要求

2.2 冶炼和连铸工艺

高炉铁水温度≥1 300 ℃、w(P)≤0.040%、w(S)≤0.020%。采用KR进行铁水预处理，入转炉铁水w(S)≤0.003%。采用100 t顶底复吹转炉冶炼，冶炼中期控制脱碳速度，吹炼终点控制w(C)≥0.15%。出钢时需要挡渣，以减少下渣量。出钢过程中加入铝铁脱氧，同时对钢水进行合金化；为减轻LF炉负荷，采用在转炉出钢时向钢包配加顶渣，利用钢水动能及钢水显热将顶渣部分熔化，并进行终渣预脱氧。通过一定强度的吹氩搅拌，确保钢包渣熔化，减少了在LF炉加入的渣量，缩短了LF炉化渣时间。精炼使用100 t电极旋转式双工位LF炉设备，最大升温速度5℃/min。加入石灰、精炼剂、萤石等渣料，增加氩气流量，在进行加热前保证精炼渣基本形成，LF炉加热造渣期间进行渣的脱氧并调整渣的碱度、流动性，确保在前期尽快形成白渣。精炼过程保持钢包底吹氩，保证钢水成分、温度均匀。钢水经LF炉精炼后再进行RH真空脱气，RH处理时间≥25 min，高真空时间≥15 min，真空度≤1.33 hPa。连铸机采用三机三流弧形连铸机，拉速为0.55 m/min，连铸过程中严格控制钢水过热度（10～20℃），为保证中间包钢水温度稳定，控制中间包夹杂物水平，采用中间包感应加热技术。为了控制铸坯中心疏松和偏析，同时采用合适的结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、轻压下工艺。

2.3 轧制工艺

为了保证钢材下料后可以直接进行冷加工，并且机加工的表面光洁度符合要求，交货的钢材要具有较合适的硬度、细小均匀的铁素体加珠光体组织，才能达到用热轧材替代正火材使用的目的，在钢材轧制过程中采用了控轧控冷工艺，严格控制变形温度和变形后的冷却速度；此外，在热轧开坯和成品轧制过程中，采用了不同的加热温度，充分利用了AlN的溶解及析出对细化晶粒产生的效果，保证了钢材具有细小的奥氏体晶粒。为了保证钢材具有较小的脱碳层深度和良好的表面质量，在开坯时采用了火焰清理。