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氮化合金增氮方法在齿轮用钢生产中的应用　　

热度0票浏览71次时间：2022年7月22日 10:00

　（251100　山东宝鼎重工实业有限公司　山东　德州）

【摘　要】在很多高端装备齿轮用钢都需要对氮和铝的含量进行一定的控制，这样才可以保障齿轮用钢中颗粒的均匀度和齿轮用钢的稳定性，提高其应用性能。在齿轮用钢的生产过程中加入氮主要是在真空处理作业之后，通过淡化合金线的方法来加入氮，但是这种方法会对钢水造成很严重的污染，而为了更好的解决这一问题，在齿轮用钢生产过程中加入氮化合金可以对钢中的氮含量进行有效的控制，提高齿轮生产的质量。

　　【关键词】氮化合金；增氧方法；齿轮用钢；生产引言

　　随着工业现代化的快速发展，高端装备产业得到飞速的发展，很多高端装备的生产都需要齿轮用钢，因此，齿轮用钢的需求量不断的增加。现阶段，20MnCr5齿轮钢主要是经过渗碳淬火之后才投入到使用。另外，因为对晶粒度和洁净度以及组织的均匀度要求比较高，所以在生产过程中这些标准的达标情况会直接影响到齿轮的齿合精准度，以及高端装备在运行过程中噪音情况和齿轮的使用寿命。在很多齿轮用钢生产过程中都需要添加氮来提升齿轮用钢的颗粒均匀度，但是在长时间的高温过程中，钢材会出现晶粒混合和长大的情况，会对齿轮用钢组织的均匀性产生很大的影响，所以在生产过程中采用科学有效的方法是非常重要。

　　一、铝和氮在齿轮用钢生产中的重要意义

　　铝一般的析出物是以氮化铝的形式出现的，同时，铝还是一种应用频率比较高的细晶元素。氮化铝主要是在晶界，并以钉扎的形式来限制晶粒的扩大。在齿轮钢中的铝和氮含量达到符合要求的标准时，铝和氮元素会结合成很多细小的弥散的氮化铝粒子，这些粒子会对晶界产生钉扎的作用，限制晶粒的长大；如果铝或者是氮元素在产生作用的时候，出现任何一种元素不足的情况，氮化铝对晶界的钉扎作用就会大大的削弱，在反应的过程中就有可能会出现奥氏体晶粒异常长大的情况，这样会产生非常严重的混晶问题，而这种问题会让齿轮钢出现高温变形的情况，从而影响到齿轮的齿合精准度，无法达到高端产品的需求。但是，如果铝和氮含量的控制处在比较高的情况下，就会反应出比较均匀细致的晶粒，而在这种情况下，可以更好的控制铝的含量，在钢水脱氧充分之后向钢包中添加铝线就可以达到这种效果，但是在这个过程中氮含量的控制稍有不足，就会影响到生产晶粒的质量和均匀度。

　　二、传统增氮工艺

　　一般情况下氮的添加都是在真空作业结束之后，才开始向钢包中添加氮化合金线来进行进一步的生产。这种方法可以更加准确的控制氮的含量，但是这种方式也会存在着着很多的问题，例如，氮化合金线中氮元素的含量仅为5%，这种丝线在进入到钢水中会非常快速的融化，提升融化去氮元素的含量，并导致其超过所需要的氮含量的标准，从而出现大量额氮气泡，这些氮气泡在非常高的温度下会进行膨胀，出现钢水剧烈的翻腾，钢水暴露在空气中后，铝元素会出现氧化反应：[AI]+[O]→AI 2 O 3

　　[AI]+（SiO 2 ）→[Si]+AI 2 O 3

　　[AI]+（FeO）→[Fe]+AI 2 O 3

　　在这种反应中出现的AI 2 O 3 是一种脱氧产物，其有着很高的熔点，并且还是一种非常脆弱的氧化物，其熔点可以达到2045℃。在钢水翻腾的时候，会出现脱氧反应并产生大量的絮状物体AI 2 O 3 。在通过VD后添加入淡化合金线，就会出现每增加50ppm的氮元素，就会出现铝含量缺失0.002%，而这些缺失的铝就会形成比较小，并且没有办法上浮的AI 2 O 3 ，聚集在钢水中，不仅会对钢水造成严重的污染，同时在浇铸只有，这些AI 2 O 3 堵塞水口，造成连铸机水口的阻塞，出现停机的问题。

　　三、在出钢过程中添加氮化合金增氮实践

　　为了更好的解决传统增氮方法带来的消极影响，可以在出钢转炉过程中添加适量的氮化锰合金方法来添加氮元素。

　　氮化锰合金在和钢水接触只有会出现从表层到内部的逐渐熔化，在熔化之后会出现局部氮含量比较高的情况。所以，在这个过程中氮化合金熔化的时候，需要通过底吹氩气的方式来加速钢水的快速循环，提升钢水中氮元素的均衡性，和传质效率，这样就可以让氮化合金中的氮元素在钢水中得到迅速的，均匀的熔化。在这个过程中，可以很好的控制钢液中氮含量的稳定性，让氮含量在标准的范围内。通过这种方式来提升高端齿轮用钢对渗碳钢的氮含量要求。

　　四、结语

　　齿轮用钢生产是一项复杂的过程，在出钢的过程中需要控制好氮化合金料的添加量，一般情况下需要把添加的氮含量控制在80-200ppm中，并添加适量的铝元素，这样就可以更好的控制齿轮钢材中晶粒的均匀度，让钢材在高温处理的过程中减少混晶问题的发生，提高齿轮用钢的质量。而本文就针对氮化合金增氮方法在齿轮用钢生产中的应用进行了分析和讨论，在分析了氮元素和铝元素在齿轮用钢生产过程中的重要作用之后，针对传统的齿轮用钢生产增氮工艺进行了分析，并对其中的问题进行讨论；最后，提出了氮化合金增氮方法在齿轮用钢生产中的应用方法和注意事项，希望可以为提高高端齿轮用钢的质量的提供一些参考建议。

　　参考文献：

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　　矿产综合利用,2019,000(006):132-135

　　作者简介：

　　周经经，1983年12月，性别：男，民族：汉，籍贯：山东潍坊，学历：本科，职称：工程师，毕业院校：沈阳理工大学，毕业专业：金属材料工程，研究方向：金属材料与热处理。