李 英

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司， 江蘇 江陰 214429）

汽車(chē)變速箱輸入軸的加工工藝一般為：棒材—下料—正火—切削加工—滲碳。隨著汽車(chē)廠降低成本和減少環(huán)境污染等的要求日益迫切，需要不斷地開(kāi)發(fā)更為高效的各種汽車(chē)用鋼。目前汽車(chē)變速箱輸入軸先進(jìn)的制造工藝則是省略了鋼材的正火處理，用戶購(gòu)買(mǎi)鋼材后直接使用熱軋材進(jìn)行高速切削加工，然后再進(jìn)行滲碳?，F(xiàn)在一些汽車(chē)制造商就已經(jīng)在采用此工藝生產(chǎn)變速箱的輸入軸。

直接使用熱軋材進(jìn)行高速切削加工的工藝不但對(duì)鋼材交貨狀態(tài)的性能提出了較高要求，而且對(duì)鋼材交貨狀態(tài)的組織也提出了較高的要求，之前常規(guī)工藝生產(chǎn)的鋼材難以滿足用戶的使用要求，興澄公司通過(guò)工藝改進(jìn)和精確控制，研制出了符合用戶高要求的變速箱輸入軸用SCR420H鋼。

1 鋼種質(zhì)量要求及成分設(shè)計(jì)

用戶目前制作變速箱輸入軸采用的制造工藝流程為：棒材下料—機(jī)加工—滲碳（930℃滲碳4 h）。根據(jù)用戶的工藝流程，用戶要求鋼材下料后直接冷加工，因而要求材料有較合適的硬度且易切削，同時(shí)也要求鋼材具有小的脫碳層深度。另外，為了保證變速箱輸入軸滲碳后獲得細(xì)小的組織以及滲碳淬火后獲得穩(wěn)定而且優(yōu)異的強(qiáng)韌性，鋼材要具有窄的淬透性帶寬和細(xì)小的奧氏體晶粒。當(dāng)然，低的非金屬夾雜物含量是保證輸入軸零件具有長(zhǎng)的疲勞壽命的基礎(chǔ)。變速箱輸入軸用SCR420H鋼的具體成分和性能要求見(jiàn)表1、表2。之前的工藝為：棒材下料—正火—機(jī)加工—滲碳。為了達(dá)到提高效率、降低成本、節(jié)能環(huán)保的效果，該產(chǎn)品省略了正火工序，所以交貨狀態(tài)的原材料應(yīng)具有細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體組織。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 工藝路線

依據(jù)變速箱輸入軸用鋼SCR420H的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和用戶的使用要求，設(shè)計(jì)工藝路線為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH爐真空脫氣→連鑄→軋制開(kāi)坯→中間坯加熱軋制（成品Φ25 mm）→精整→入庫(kù)。

表1 SCR420H的化學(xué)成分要求 %

表2 SCR420H的夾雜物、淬透性、脫碳及奧氏體晶粒度的要求

2.2 冶煉和連鑄工藝

高爐鐵水溫度≥1 300 ℃、w(P)≤0.040%、w(S)≤0.020%。采用KR進(jìn)行鐵水預(yù)處理，入轉(zhuǎn)爐鐵水w(S)≤0.003%。采用100 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，冶煉中期控制脫碳速度，吹煉終點(diǎn)控制w(C)≥0.15%。出鋼時(shí)需要擋渣，以減少下渣量。出鋼過(guò)程中加入鋁鐵脫氧，同時(shí)對(duì)鋼水進(jìn)行合金化；為減輕LF爐負(fù)荷，采用在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)向鋼包配加頂渣，利用鋼水動(dòng)能及鋼水顯熱將頂渣部分熔化，并進(jìn)行終渣預(yù)脫氧。通過(guò)一定強(qiáng)度的吹氬攪拌，確保鋼包渣熔化，減少了在LF爐加入的渣量，縮短了LF爐化渣時(shí)間。精煉使用100 t電極旋轉(zhuǎn)式雙工位LF爐設(shè)備，最大升溫速度5℃/min。加入石灰、精煉劑、螢石等渣料，增加氬氣流量，在進(jìn)行加熱前保證精煉渣基本形成，LF爐加熱造渣期間進(jìn)行渣的脫氧并調(diào)整渣的堿度、流動(dòng)性，確保在前期盡快形成白渣。精煉過(guò)程保持鋼包底吹氬，保證鋼水成分、溫度均勻。鋼水經(jīng)LF爐精煉后再進(jìn)行RH真空脫氣，RH處理時(shí)間≥25 min，高真空時(shí)間≥15 min，真空度≤1.33 hPa。連鑄機(jī)采用三機(jī)三流弧形連鑄機(jī)，拉速為0.55 m/min，連鑄過(guò)程中嚴(yán)格控制鋼水過(guò)熱度（10～20℃），為保證中間包鋼水溫度穩(wěn)定，控制中間包夾雜物水平，采用中間包感應(yīng)加熱技術(shù)。為了控制鑄坯中心疏松和偏析，同時(shí)采用合適的結(jié)晶器電磁攪拌、凝固末端電磁攪拌、輕壓下工藝。

2.3 軋制工藝

為了保證鋼材下料后可以直接進(jìn)行冷加工，并且機(jī)加工的表面光潔度符合要求，交貨的鋼材要具有較合適的硬度、細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體組織，才能達(dá)到用熱軋材替代正火材使用的目的，在鋼材軋制過(guò)程中采用了控軋控冷工藝，嚴(yán)格控制變形溫度和變形后的冷卻速度；此外，在熱軋開(kāi)坯和成品軋制過(guò)程中，采用了不同的加熱溫度，充分利用了AlN的溶解及析出對(duì)細(xì)化晶粒產(chǎn)生的效果，保證了鋼材具有細(xì)小的奧氏體晶粒。為了保證鋼材具有較小的脫碳層深度和良好的表面質(zhì)量，在開(kāi)坯時(shí)采用了火焰清理。

3 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

3.1 化學(xué)成分和氣體

在SCR420H試制的鋼棒（Φ25 mm）上任意取一支樣進(jìn)行化學(xué)成分析，測(cè)得鋼種的化學(xué)成分。從檢驗(yàn)結(jié)果看，試驗(yàn)鋼種的w［O］只有4.6×10-6，說(shuō)明鋼材具有很高的純凈度。

3.2 低倍

任意取二支做低倍酸浸試驗(yàn)，按照ASTME381標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)，低倍結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試制SCR420H鋼的低倍組織評(píng)級(jí)結(jié)果

3.3 非金屬夾雜物

由于是在試制階段，本次生產(chǎn)只生產(chǎn)了一爐，為了驗(yàn)證材料的夾雜物水平，對(duì)連鑄的頭中尾均做了標(biāo)記，對(duì)連鑄的頭中尾均取十根樣檢驗(yàn)夾雜水平，按ASTME45A法進(jìn)行檢查，從結(jié)果看，連鑄的頭中尾有夾雜物，控制水平相當(dāng)，且?jiàn)A雜物水平很好。說(shuō)明鋼材具有較高的純凈度。

3.4 脫碳檢驗(yàn)

隨機(jī)取5支樣按JIS G0558標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)SCR420H軋材的表面脫碳層。表面無(wú)全脫碳，總脫碳最大深度為0.171 mm。

3.5 晶粒度檢驗(yàn)

SCR420H軋材在940℃滲碳6 h，檢查晶粒度，為7級(jí)。

3.6 軋材的金相組織

在軋件上任取一支樣檢查鋼材的金相組織，并且觀察邊部、R/2處和心部的組織。不同部位的組織相近，鐵素體含量邊部和R/2處差不多，心部略低。

4 結(jié)論

1）采用“鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH爐真空脫氣→連鑄→軋制開(kāi)坯→中間坯加熱軋制（成品Φ25 mm）→精整→入庫(kù)”工藝生產(chǎn)的變速箱輸入軸SCR420H的各項(xiàng)性能均達(dá)到了用戶的要求。

2）采用高堿度的渣系同時(shí)嚴(yán)格控制中包和大包的液面波動(dòng)以及軟吹氬時(shí)間和RH的高真空時(shí)間。軋材的夾雜物：B類(lèi)、C類(lèi)均為0級(jí)，D類(lèi)最大不超過(guò)0.5級(jí)，達(dá)到了高純凈鋼的要求。

3）采用控制軋制和控制冷卻的工藝生產(chǎn)的SCR420H的組織與正火材相似，硬度、脫碳和晶粒度等指標(biāo)均滿足了標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以替代正火材。