本發(fā)明屬于冶金，具體涉及細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼及制備方法。

背景技術(shù)：

1、精密減速器是工業(yè)機(jī)器人中最關(guān)鍵的部件，而rv減速器和諧波減速器是最常見(jiàn)的兩種工業(yè)機(jī)器人用精密減速器。其中，諧波減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小而減速比大、傳動(dòng)效率高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于工業(yè)機(jī)器人的小臂和手腕等部位。

2、工業(yè)機(jī)器人用諧波減速器由三個(gè)基礎(chǔ)部件組成：剛輪、柔輪和波發(fā)生器。柔輪作為諧波減速器的三大核心部件之一，是技術(shù)壁壘最高的零件，由于柔輪需要不斷發(fā)生高速變形來(lái)傳遞扭矩，所以最容易發(fā)生失效，其壽命決定了減速器的壽命。

3、目前，日本哈默納科占據(jù)全球諧波減速器約80%的份額，受原材料等因素制約，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品差距明顯。與日本柔輪相比，國(guó)產(chǎn)柔輪的潔凈度較差、組織粗大且不均勻是疲勞壽命短和穩(wěn)定性差的主要原因。因此，開(kāi)發(fā)一種高潔凈度的工業(yè)機(jī)器人用諧波減速器柔輪用鋼具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼及制備方法，通過(guò)采用新工藝，使柔輪用鋼獲得了細(xì)小的奧氏體晶粒和高的潔凈度，軋材奧氏體晶粒度達(dá)9.5級(jí)，經(jīng)一次淬火熱處理，其柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)10.5級(jí)。鋼的潔凈度較高，全[o]含量≤0.0006%，d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物，滿足了工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼技術(shù)要求。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼，所述柔輪用鋼化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：c：0.38～0.42%，si：0.20～0.30%，mn：0.60～0.90%，p≤0.015%，s≤0.010%，cr：0.60～0.90%，mo：0.15～0.25%，ni：1.50～1.80%，nb：0.015～0.035%，o≤0.0006%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

3、本發(fā)明所述柔輪用鋼軋材奧氏體晶粒度達(dá)9.5級(jí)以上，經(jīng)一次淬火熱處理，其柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)10.5級(jí)以上。

4、本發(fā)明所述柔輪用鋼軋材d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物。

5、本發(fā)明另一目的在于提供上述細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，所述生產(chǎn)方法包括真空感應(yīng)爐冶煉、電渣重熔、鑄坯鍛造、棒材加熱、棒材軋制、軋材冷卻工序；所述真空感應(yīng)爐冶煉工序，真空感應(yīng)爐冶煉真空度10～15pa，電渣重熔為氬氣保護(hù)；所述棒材加熱工序，加熱溫度1150～1200℃，加熱總時(shí)間180～240min。

6、本發(fā)明所述鑄坯鍛造工序，加熱溫度1180～1220℃，鍛造溫度1150～1180℃，鍛坯斷面尺寸為140*140～160*160mm方坯。

7、本發(fā)明所述棒材軋制工序，方坯出加熱爐后連續(xù)軋制成直徑30～60mm的棒材。

8、本發(fā)明所述軋材冷卻工序，軋制的棒材快過(guò)冷床，然后入坑緩冷，控制入坑溫度≥500℃。

9、本發(fā)明所述方法獲得的柔輪用鋼軋材奧氏體晶粒度達(dá)9.5級(jí)以上，經(jīng)一次淬火熱處理，其柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)10.5級(jí)以上；d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物。

10、本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

11、c：碳具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，可以提高鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度，考慮諧波減速器柔輪的服役特點(diǎn)，不但要求鋼具有較高的強(qiáng)度還要有良好的韌性和耐沖擊性。本發(fā)明c含量范圍為0.38～0.42%。

12、si：硅在鋼中起到固溶強(qiáng)化作用，能提高奧氏體的穩(wěn)定性，硅作為非碳化物形成元素，可以溶解到碳化物中，使碳化物變得穩(wěn)定，減慢碳化物的聚集速度，阻礙碳化物長(zhǎng)大，從而有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但硅元素含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性下降。本發(fā)明si含量范圍為0.20～0.30%。

13、mn：錳元素能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)，穩(wěn)定奧氏體組織，同時(shí)提高淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳含量過(guò)高會(huì)使晶粒粗化傾向增加，并增加鋼的回火脆性。本發(fā)明mn含量范圍為0.60～0.90%。

14、p、s、[o]：磷和硫元素作為雜質(zhì)元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼的塑性和韌性。氧元素在鋼中以b類(lèi)或d類(lèi)氧化物夾雜形式存在且不易變形，在柔輪服役過(guò)程中，容易在氧化物夾雜附近產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致壽命降低。本發(fā)明p≤0.015%，s≤0.010%，o≤0.0006%。

15、cr：鉻元素能提高淬透性，作為中等碳化物形成元素，提高碳化物的穩(wěn)定性，在回火時(shí)能阻止或減緩碳化物的析出與聚集，可以提高鋼的回火穩(wěn)定性，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但鉻含量過(guò)高降低鋼的沖擊韌性。本發(fā)明cr含量范圍為0.60～0.90%。

16、ni：鎳元素是穩(wěn)定奧氏體的元素，可以提高淬透性，提高強(qiáng)度和硬度，并提高鋼的韌性尤其是低溫韌性?？紤]鎳元素屬于貴重合金，本發(fā)明ni含量范圍為1.50～1.80%。

17、mo：鉬元素能提高淬透性并顯著細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，減輕或抑制鋼的第一類(lèi)和第二類(lèi)回火脆性，同時(shí)回火時(shí)還能析出非常細(xì)小的碳化物，強(qiáng)化鋼的基體，由于鉬元素非常昂貴，本發(fā)明mo含量范圍為0.15～0.25%。

18、nb：鈮是強(qiáng)的碳化物、氮化物和碳氮化物的形成元素，析出的碳氮化物顆粒能夠有效釘扎晶界，抑制晶粒長(zhǎng)大，起到晶粒細(xì)化作用，其中細(xì)晶強(qiáng)化不僅可以提高材料的強(qiáng)度，還可以提高塑性和韌性。同時(shí)，為防止析出大顆粒的鈮的碳氮化物影響柔輪服役壽命，本發(fā)明對(duì)鈮的含量范圍進(jìn)行了嚴(yán)格限制，本發(fā)明nb含量范圍為0.015～0.035%。

19、采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：1、本發(fā)明在中碳鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)添加了mn、cr、ni、mo淬透性元素，保證了工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪的強(qiáng)度及韌性，另外添加了晶粒細(xì)化元素nb，并對(duì)nb的添加量進(jìn)行了嚴(yán)格限制，使軋材奧氏體晶粒度達(dá)到9.5級(jí)，經(jīng)一次淬火熱處理，柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)到10.5級(jí)，與未添加nb的中碳低合金鋼相比，奧氏體晶粒度可細(xì)化1.5～2.0級(jí)，晶粒更加細(xì)小。2、本發(fā)明采用真空感應(yīng)爐、電渣重熔方式進(jìn)行冶煉，全[o]含量≤0.0006%，d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物，與普通生產(chǎn)工藝相比，鋼的潔凈度較高，有利于提高工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪的服役壽命。

技術(shù)特征：

1.一種細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼，其特征在于，所述柔輪用鋼化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：c：0.38～0.42%，si：0.20～0.30%，mn：0.60～0.90%，p≤0.015%，s≤0.010%，cr：0.60～0.90%，mo：0.15～0.25%，ni：1.50～1.80%，nb：0.015～0.035%，o≤0.0006%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼，其特征在于，所述柔輪用鋼軋材奧氏體晶粒度達(dá)9.5級(jí)以上，經(jīng)一次淬火熱處理，其柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)10.5級(jí)以上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼，其特征在于，所述柔輪用鋼軋材d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物。

4.基于權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法包括真空感應(yīng)爐冶煉、電渣重熔、鑄坯鍛造、棒材加熱、棒材軋制、軋材冷卻工序；所述真空感應(yīng)爐冶煉工序，真空感應(yīng)爐冶煉真空度10～15pa，電渣重熔為氬氣保護(hù)；所述棒材加熱工序，加熱溫度1150～1200℃，加熱總時(shí)間180～240min。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，其特征在于，所述鑄坯鍛造工序，加熱溫度1180～1220℃，鍛造溫度1150～1180℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，其特征在于，所述棒材軋制工序，方坯出加熱爐后連續(xù)軋制成直徑30～60mm的棒材。

7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，其特征在于，所述軋材冷卻工序，軋制的棒材快過(guò)冷床，然后入坑緩冷，控制入坑溫度≥500℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼的制備方法，其特征在于，所述方法獲得的柔輪用鋼軋材奧氏體晶粒度達(dá)9.5級(jí)以上，經(jīng)一次淬火熱處理，其柔輪制品奧氏體晶粒度達(dá)10.5級(jí)以上；d類(lèi)夾雜物≤0.5級(jí)，無(wú)a、b、c類(lèi)夾雜物。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)細(xì)晶高潔凈度工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼及制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。柔輪用鋼化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：C：0.38～0.42%，Si：0.20～0.30%，Mn：0.60～0.90%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr：0.60～0.90%，Mo：0.15～0.25%，Ni：1.50～1.80%，Nb：0.015～0.035%，O≤0.0006%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法包括：所述生產(chǎn)方法包括真空感應(yīng)爐冶煉、電渣重熔、鑄坯鍛造、棒材加熱、棒材軋制、軋材冷卻工序。本發(fā)明柔輪用鋼具有細(xì)小的奧氏體晶粒和高的潔凈度，滿足工業(yè)機(jī)器人諧波減速器柔輪用鋼技術(shù)要求。

技術(shù)研發(fā)人員：張彩東,孫彩鳳,段路昭,李杰,任帥,高志新,孫江波,年保國(guó),孫智妍,羅揚(yáng),鄭毅浩,郭家瑞,張福利,谷秀銳,劉麗君,嚴(yán)文謹(jǐn),邢鑫,張子悅,張沛孜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北河鋼材料技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6