本發(fā)明屬于金屬材料制備，涉及一種17crnimo6齒輪鋼，具體涉及一種17crnimo6齒輪鋼連鑄坯及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、crnimo系齒輪鋼是一類以鉻(cr)、鎳(ni)、鉬(mo)為核心合金元素的低碳合金鋼，通過多元協(xié)同作用實現(xiàn)高淬透性、強韌性和耐磨耐疲勞性能，廣泛用于高載荷、高沖擊工況下的齒輪、軸承及傳動部件。其中，17crnimo6是這一體系的典型代表，其化學成分(以質(zhì)量百分含量計，c?0.14-0.20％，cr?1.50-1.80％，ni?1.40-1.70％，mo?0.25-0.35％)設(shè)計旨在平衡表面硬化與心部韌性，滿足心部抗拉強度≥850mpa及沖擊功≥50j等的嚴格性能要求。

2、傳統(tǒng)的crnimo系齒輪鋼的生產(chǎn)工藝采用模鑄-開坯-軋制流程，但這一生產(chǎn)工藝存在一定缺陷。模鑄的冷卻速度慢，導致合金元素在中心區(qū)域富集，滲碳層深度波動，從而使鋼材成分存在明顯偏析；生產(chǎn)后，需切除冒口及底部缺陷，導致材料利用率僅能達到70-75％；并且，模鑄開坯的周期超48小時，難以滿足規(guī)?；a(chǎn)需求。

3、現(xiàn)有生產(chǎn)工藝引入連鑄工藝，連鑄工藝提升了生產(chǎn)效率和成材率，可使成材率提升至85％，但17crnimo6的高合金特性給連鑄工藝帶來了新的挑戰(zhàn)：凝固缺陷突出，寬糊狀區(qū)導致柱狀晶粗化、中心疏松及縮孔，軋制后需大幅修磨；裂紋敏感性高，二冷區(qū)冷卻不均易引發(fā)表面橫裂紋，硫化物在晶界富集加劇開裂風險；夾雜物危害，氧化鋁、硫化錳等夾雜難以有效控制，導致接觸疲勞失效占比高。

4、當前工藝優(yōu)化的核心方法包括生產(chǎn)工藝及合金成分的優(yōu)化。例如，cn113981322a公開了一種低碳crnimo齒輪鋼及其制備方法，這種crnimo齒輪鋼通過控制鋼水中全氧含量、lf微調(diào)，vd真空處理等工藝操作，降低鋼材中夾雜物，提升力學性能。cn114959502a公開了一種nb微合金化細晶粒高扭矩輸出齒輪鋼及其制造方法和生產(chǎn)齒輪的加工工藝，通過鋼材成分中al、n和nb的合金化，及加熱、軋制和緩冷工藝，制備得到齒輪鋼。現(xiàn)有技術(shù)中，17crnimo6齒輪鋼通過復雜的合金化成分或者軋制、回火或退火等復雜的制備工藝，對齒輪鋼的性能進行優(yōu)化，然而成品鋼的力學強度、成分均勻性等性能仍亟需實現(xiàn)進一步精細化控制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種17crnimo6齒輪鋼連鑄坯及其制備方法，優(yōu)化其化學成分及制備工藝，提升17crnimo6齒輪鋼的力學強度及成分均勻性。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種17crnimo6齒輪鋼連鑄坯，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯的化學組成，以質(zhì)量百分含量計包括：c?0.15-0.20％，si?0.17-0.35％，mn?0.52-0.80，cr?1.60-1.80％，ni?1.45-1.70％，mo?0.26-0.33％，al?0.010-0.030％，nb?0.015-0.025％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、c是最基本的強化元素，可提高鋼材的淬透性，一部分c進入鋼基體中可起到固溶強化作用，另一部分c與合金元素結(jié)合形成合金碳化物作為硬脆相起到析出強化作用，c含量的提高有助于提高殘余奧氏體的含量，從而提高鋼材強度。若c含量過高，會降低鋼材塑性及韌性。

5、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的c含量控制為0.15-0.20％，例如可以是0.15％、0.155％、0.16％、0.165％、0.17％、0.175％、0.18％、0.185％、0.19％、0.195％或0.20％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.165-0.185％。

6、si為常用的脫氧劑，同時，可以強化鐵素體，提高強度、彈性極限和淬透性。但，si會促進回火脆性發(fā)展，若si含量過高，會引起鐵素體基體變脆，導致鋼材韌性和塑性下降，并且，還有增加c的活性，因其鋼材脫碳、易氧化。

7、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的si含量控制為0.17-0.35％，例如可以是0.17％、0.18％、0.20％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.30％、0.32％、0.34％或0.35％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.23-0.27％。

8、mn為珠光體形成元素，可細化珠光體，可擴大奧氏體相區(qū)，從而提高鋼的淬透性，并且，還可固定鋼中的硫的形態(tài)，生成mns，減少fes熱脆性，降低裂紋敏感性，確保齒輪心部硬度均勻性。但，mn含量過高，易形成貝氏體，降低組織及硬度均勻性，并增加鋼的過熱敏感性，白點敏感性和回火脆性。

9、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的mn含量控制為0.52-0.80％，例如可以是0.52％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％或0.80％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.54-0.58％。

10、cr在鋼中形成碳化物，鉻碳化物細小、均勻地分布在鋼基體中，提升鋼的強度、硬度及耐磨性，同時，與ni、mo協(xié)同增強奧氏體穩(wěn)定性，優(yōu)化鋼的淬透性，若cr含量過高，易形成大塊碳化物，降低鋼的韌性和齒輪壽命。

11、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的cr含量控制為1.60-1.80％，例如可以是1.60％、1.62％、1.64％、1.65％、1.66％、1.68％、1.69％、1.70％、1.71％、1.72％、1.74％、1.75％、1.76％、1.78％或1.80％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為1.68-1.72％。

12、ni可阻止高溫時的晶粒增長，細化晶粒，提升鋼的低溫韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，同時，改善沖擊載荷下的抗斷裂性能。

13、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的ni含量控制為1.45-1.70％，例如可以是1.45％、1.50％、1.55％、1.56％、1.57％、1.58％、1.59％、1.60％、1.65％或1.70％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為1.55-1.59％。

14、mo可提高鋼的淬透性，抑制p、s等雜質(zhì)元素的偏聚，從而降低回火脆性，并且，可提高鋼的高溫強度及抗蠕變能力，細化碳化物。

15、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的mo含量控制為0.26-0.33％，例如可以是0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％、0.31％、0.32％或0.33％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.28-0.31％。

16、al是一種強脫氧劑，并起到細化奧氏體晶粒的作用，提高鋼的低溫韌性。若al含量過高，易形成粗大的夾雜物，降低鋼純凈度并使性能惡化。

17、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的al含量控制為0.010-0.030％，例如可以是0.010％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.020％、0.025％或0.030％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.015-0.020％。

18、nb是有效的晶粒細化元素，可與鋼中的c元素結(jié)合形成碳化物，釘扎晶界，抑制奧氏體晶粒長大，并提升鋼材韌性。

19、本發(fā)明中，所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯中的nb含量控制為0.015-0.025％，例如可以是0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.020％、0.021％、0.022％、0.023％、0.024％或0.025％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為0.018-0.022％。

20、優(yōu)選地，所述不可避免的雜質(zhì)中，p≤0.015wt％，例如可以是0.015wt％、0.014wt％、0.012wt％、0.010wt％、0.009wt％、0.008wt％、0.006wt％或0.005wt％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為≤0.010wt％。

21、優(yōu)選地，所述不可避免的雜質(zhì)中，s≤0.010wt％，例如可以是0.010wt％、0.008wt％、0.005wt％、0.003wt％、0.002wt％或0.001wt％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為≤0.003％。

22、第二方面，本發(fā)明提供一種第一方面所述的17crnimo6齒輪鋼連鑄坯的制備方法，所述制備方法包括：高爐鐵水依次進行轉(zhuǎn)爐煉鋼、鋼包精煉、真空精煉、連鑄和入坑緩冷，所述鋼包精煉中，白渣過程加入鈮鐵，得到所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯。

23、本發(fā)明提供的制備方法，通過連鑄和入坑緩冷的制備工藝，提升齒輪鋼的生產(chǎn)效率，改善內(nèi)部組織均勻性，減少中心偏析、疏松等缺陷，提升產(chǎn)品成材率。

24、本發(fā)明中，所述高爐鐵水經(jīng)高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐提釩和半鋼水kr脫硫得到。

25、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的出鋼溫度為≥1600℃，例如可以是1600℃、1620℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃或1900℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

26、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點c含量為0.100-0.140wt％，例如可以是0.100wt％、0.110wt％、0.120wt％、0.130wt％或0.140wt％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

27、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點p含量為≤0.012wt％，例如可以是0.012wt％、0.011wt％、0.010wt％、0.009wt％、0.008wt％、0.006wt％或0.005wt％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

28、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點s含量為≤0.030wt％，例如可以是0.030wt％、0.025wt％、0.020wt％、0.015wt％、0.010wt％或0.008wt％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

29、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的出鋼化學組成，以質(zhì)量百分含量計包括：c?0.100-0.140％，si?0.140-0.220％，mn?0.570-0.650％，cr?1.570-1.650％，ni?1.400-1.480％，mo?0.260-0.290％，al?0.020-0.040％，ti≤0.0025％，p≤0.012％，s≤0.030％。

30、優(yōu)選地，所述鋼包精煉中，一次電極的通電時間≥15min，例如可以是15min、16min、17min、18min、20min、22min、25min或30min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

31、優(yōu)選地，所述鋼包精煉中，二次電極的通電時間≥15min，例如可以是15min、16min、17min、18min、20min、22min、25min或30min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

32、優(yōu)選地，所述鋼包精煉中，加入渣料。

33、優(yōu)選地，所述渣料包括石灰、鋁粒、碳化硅或精煉渣中的至少一種。

34、優(yōu)選地，所述石灰的加入量為100-400kg/爐，所述鋁粒的加入量為20-50kg/爐，所述碳化硅的加入量為50-110kg/爐，所述精煉渣的加入量為0-400kg/爐。

35、優(yōu)選地，所述鋼包精煉的白渣時間為≥25min，例如可以是25min、26min、28min、30min、32min、35min或40min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

36、優(yōu)選地，所述鈮鐵合金的加入量為0.4-0.5kg/t，例如可以是0.4kg/t、0.42kg/t、0.45kg/t、0.48kg/t或0.5kg/t，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

37、優(yōu)選地，所述鋼包精煉的精煉時間為53-80min，例如可以是53min、55min、60min、65min、70min、75min或80min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

38、優(yōu)選地，所述鋼包精煉的離站溫度為1605-1675℃。

39、優(yōu)選地，所述鋼包精煉中，開澆爐次的離站溫度為1645-1675℃，例如可以是1645℃、1650℃、1655℃、1660℃、1665℃、1670℃或1675℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

40、優(yōu)選地，所述鋼包精煉中，連澆爐次的離站溫度為1605-1635℃，例如可以是1605℃、1610℃、1615℃、1620℃、1625℃、1630℃或1635℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

41、優(yōu)選地，所述真空精煉的深真空度為≤67pa，例如可以是67pa、65pa、62pa、60pa、55pa、50pa、40pa、30pa或10pa，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

42、優(yōu)選地，所述真空精煉的深真空時間為15-30min，例如可以是15min、18min、20min、25min或30min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

43、優(yōu)選地，所述真空精煉的軟吹時間為25-40min，例如可以是25min、28min、30min、35min或40min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

44、優(yōu)選地，所述真空精煉中，采用吹氮進行增氮。

45、優(yōu)選地，所述增氮的吹氮時間為150-210秒，增氮量為15-25ppm/min。

46、優(yōu)選地，所述真空精煉中，首爐次喂硅鈣線，連澆爐次不進行鈣處理。

47、優(yōu)選地，所述真空精煉的離站溫度為1545-1605℃。

48、優(yōu)選地，所述真空精煉的開澆爐次的離站溫度為1585-1605℃，例如可以是1585℃、1590℃、1595℃、1600℃或1605℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

49、優(yōu)選地，所述真空精煉的連澆爐次的離站溫度為1545-1565℃，例如可以是1545℃、1550℃、1555℃、1560℃或1565℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

50、優(yōu)選地，所述連鑄中，控制鋼水過熱度為15-25℃，例如可以是15℃、16℃、18℃、20℃、22℃、24℃或25℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

51、優(yōu)選地，所述連鑄的拉速為0.31-0.33m/min，例如可以是0.31m/min、0.315m/min、0.32m/min、0.325m/min或0.33m/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

52、優(yōu)選地，所述連鑄中，結(jié)晶電磁攪拌的電流為180-220a，例如可以是180a、185a、190a、195a、200a、205a、210a、215a或220a，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

53、優(yōu)選地，所述連鑄中，結(jié)晶電磁攪拌的頻率為1.8-2.2hz，例如可以是1.8hz、1.9hz、2.0hz、2.1hz或2.2hz，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

54、優(yōu)選地，所述連鑄中，末端電磁攪拌的電流為800-840a，例如可以是800a、805a、810a、815a、820a、825a、830a、835a或840a，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

55、優(yōu)選地，所述連鑄中，末端電磁攪拌的頻率為8-10hz，例如可以是8hz、8.5hz、9hz、9.5hz或10hz，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

56、優(yōu)選地，所述入坑緩冷的緩冷時間為≥180h，例如可以是180h、185h、190h、200h、220h或250h，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

57、優(yōu)選地，所述入坑緩冷的入坑溫度為入坑溫度為≥500℃，例如可以是500℃、510℃、520℃、550℃、580℃、600℃或650℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

58、優(yōu)選地，所述入坑緩冷的出坑溫度為出坑溫度為≤200℃，例如可以是200℃、190℃、180℃、150℃、120℃或100℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

59、作為本發(fā)明提供制備方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述制備方法包括如下步驟：

60、將高爐鐵水依次經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、鋼包精煉、真空精煉、連鑄和入坑緩冷，得到所述17crnimo6齒輪鋼連鑄坯；

61、所述轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點c含量為0.100-0.140wt％，終點p含量為≤0.012wt％，終點s含量為≤0.030wt％，出鋼溫度為≥1600℃；

62、所述鋼包精煉的參數(shù)包括：一次電極的通電時間≥15min，二次電極的通電時間≥15min，一次電極和/或二次電極過程中，加入渣料，根據(jù)取樣結(jié)果，按照目標化學成分補加合金，白渣時間為≥25min，白渣過程加入鈮鐵合金，鈮鐵合金的加入量為0.4-0.5kg/t，總精煉的時間為53-80min，開澆爐次的離站溫度為1645-1675℃，連澆爐次的離站溫度為1605-1635℃；

63、所述真空精煉的參數(shù)包括：深真空的真空度為≤67pa，深真空的時間為15-30min，采用底吹氮氣進行增氮，增氮量參考15-25ppm/min，吹氮時間150-210秒，吹氮后進行測溫取樣，調(diào)整成分，開澆爐次喂硅鈣線40-80米，連澆爐次不進行鈣處理，軟吹時間為25-40min，開澆爐次的離站溫度為1585-1605℃，連澆爐次的離站溫度為1545-1565℃；

64、所述連鑄的參數(shù)包括：結(jié)晶電磁攪拌的電流為180-220a，結(jié)晶電磁攪拌的頻率為1.8-2.2hz，末端電磁攪拌的電流為800-840a，末端電磁攪拌的頻率為8-10hz，拉速為0.31-0.33m/min；

65、所述入坑緩冷的參數(shù)包括：緩冷時間為≥180h，入坑溫度為≥500℃，出坑溫度為≤200℃。

66、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

67、(1)本發(fā)明提供的17crnimo6齒輪鋼連鑄坯，在crnimo系齒輪鋼成分的基礎(chǔ)上，添加nb元素進行合金化，并優(yōu)化調(diào)控元素含量，通過連鑄及緩冷工藝制備。

68、(2)所得連鑄坯具有優(yōu)異的力學強度，抗拉強度≥1470mpa，屈服強度≥1237mpa，沖擊功≥55j。

69、(3)連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量好，微觀組織均勻，減少了中心偏析、疏松及夾雜物缺陷，等軸晶比例≥50％，中心碳偏析指數(shù)≤1.05，連鑄圓坯橫截面的碳偏析極差控制在≤0.030％，中心疏松等級≤1級，b類和d類夾雜物等級均≤1.5級。

70、(4)所得連鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，工藝可控性強，提升了連鑄坯直接軋制的產(chǎn)品合格率，將合格率提升至95％以上。