一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法；包括以下重量百分比的各化学成分：C:0.16～0.22％，Si≤0.18％，Mn:1.00～1.40％，P:≤0.020％，S:0.020～0.040％，Cr:1.00～1.40％，Ni:0.10～0.20％，Cu:0.10～0.20％，Nb:0.01～0.03％，Al:0.025～0.040％，N:0.008～0.015％，H≤0.00015％，O≤0.0012％，其余为Fe。本发明专利技术方法包括以下步骤：包括Consteel电炉初炼、LF炉外精炼、VD真空脱气、控氮控硫、连铸浇注、连铸坯加热、连轧产材七个步骤。本发明专利技术一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法及其生产方法实现了产品强韧性优良、疲劳性能良好、耐腐蚀性较好、性能稳定的目标，生产工艺通用性强，实物质量达到国际先进水平，创造了高品质渗碳齿轮钢品牌，实现了工业化批量装机应用，丰富了重卡用高品质渗碳齿轮钢材料体系。齿轮钢材料体系。齿轮钢材料体系。

【技术实现步骤摘要】
一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于新材料领域；尤其涉及一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]随着我国汽车工业的飞速发展，国内汽车市场对大马力商用车高档变速箱用齿轮产品需求量越来越大，目前还是以CrMnTiH系列为主，以及部分MnCr系、CrNiMo系，已无法满足大扭矩重型卡车变速箱用渗碳齿轮钢的使用需求，急需研制新一代高品质重型卡车变速箱用渗碳齿轮用钢，以满足市场需求，但大扭矩重型卡车变速箱用渗碳齿轮钢对质量提出了苛刻要求，不但需要良好的强韧性、耐磨性、耐腐蚀性、良好的淬透性、抗冲击性能和高疲劳寿命，而且还要求变形小、精度高和噪声低，因此研制和生产难度很大。
[0003]CrMnTiH系齿轮钢因价格成本较低的优点，在我国商用车变速箱齿轮制造中占比最大，但在强韧性匹配、抗冲击性能、耐腐蚀性能、疲劳寿命、淬透性和组织均匀性等方面存在不足，另外，由于大扭矩重型卡车齿轮钢服役环境复杂，质量要求高，现有齿轮钢已无法满足其服役使用需求。
[0004]为解决现有材料耐腐蚀性能差、疲劳寿命不足、疲劳寿命偏低、淬透性和组织均匀性波动较大等问题，需要设计开发及研制出一种符合我国资源特点的大扭矩重型卡车变速箱用渗碳齿轮钢及其生产方法，实现工业化量产应用，且实物质量达到国际先进水平。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种重卡用高品质渗碳齿轮钢及其生产方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术涉及一种重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢，包括以下重量百分比的各化学成分：C:0.16～0.22％，Si≤0.18％，Mn:1.00～1.40％，P:≤0.020％，S:0.020～0.040％，Cr:1.00～1.40％，Ni:0.10～0.20％，Cu:0.10～0.20％，Nb:0.01～0.03％，Al:0.025～0.040％，N:0.008～0.015％，H≤0.00015％，O≤0.0012％，其余为Fe。
[0008]本专利技术所涉及的重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢，其化学成分设计主要为以下方面：
[0009]21MnCrSCuH钢属于低碳铁素体+珠光体型渗碳齿轮钢。成分设计要点：(1)铜：在钢中添加少量铜可提高钢的耐腐蚀性能，齿轮表面形成致密、完整的双层结构防锈层，该锈层紧贴钢基体的内层，附着性强，可减缓腐蚀介质进一步腐蚀钢材内部；从而减轻齿轮在制备及使用过程中的腐蚀程度，进而提高齿轮的使用寿命。(2)硅：在渗碳齿轮钢中极易氧化，当氧从表面侵入时，晶界或晶粒附近的硅比其他元素优先扩散到晶界，与固溶在表面的微量氧在晶界结合成氧化物，并呈网状分布，硅的内氧化物降低了零件表面硬度和疲劳强度，会导致残余应力分布不均，弱化晶界增加了零件开裂的可能性，故尽量减少硅含量，采用低硅的化成成分设计，减少内氧化对渗碳齿轮钢的危害。(3)硫和锰：形成MnS夹杂物，弥散细小分布的MnS夹杂物可以改善钢的切削性能，硫作为有益元素加入，利于切削性能的改善。(4)
镍：在提高齿轮钢强度的同时，又显著降低钢材韧脆转变温度，有效提高齿轮钢的低温冲击韧性，从而保持良好的塑性和低温韧性。(5)铌：在锻造、加热轧制过程及后期更高温度渗碳过程中，微合金碳氮化物可有效防止晶粒长大，细化晶粒，可在更高的渗碳温度下渗碳，提高渗碳效率。(6)铝和氮：作为显著细化晶粒的元素，在钢中主要以氮化铝析出物的形式存在，可有效阻止其晶粒长大，保证渗碳后齿轮钢有细小而均匀的晶粒度，进一步提高齿轮钢的使用寿命。(7)氧：在钢材中主要以氧化物夹杂和部分固溶氧形式存在，通过氧含量的控制，保证钢材高的纯净度，通过精炼过程良好的脱氧工艺，保证氧含量不大于12ppm。其中，21MnCrSCuH钢化学成分设计如表1所示：
[0010]表1单位：％
[0011][0012]DI值参数内控为：DI(21MnCrSCuH)＝60
‑
80mm。
[0013]DI值计算方法：25.4
×
0.54C
×
(1+0.7Si)
×
(1+3.333Mn)
×
(1+2.16Cr)
×
(1+0.363Ni)
×
(1+3Mo)
×
(1+0.365Cu)
×
(1+1.73V)
[0014]本专利技术还涉及前述的重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢的生产方法，包括以下步骤：包括Consteel电炉初炼、LF炉外精炼、VD真空脱气、控氮控硫、连铸浇注、连铸坯加热、连轧产材七个步骤。
[0015]所述Consteel电炉初炼的工艺参数及具体步骤为：
[0016]配料：钢铁料由质量百分数90％铁水+质量百分数10％废钢或全铁水组成，为控制钢水气体含量，渣料及合金必须进行烘烤去除水分，原材料不能有锈蚀。；
[0017]炉体要求：炉体次数≥3火，大包次数≥2火；
[0018]电炉出钢规定：电炉出钢温度T≥1630℃，出钢时间≥120秒，电炉出钢终点成分控制：C：≥0.08％，P：≤0.015％，残余合格；
[0019]电炉渣料配比：电炉渣料以石灰、白云石为主，根据渣况分批次加入，渣料总耗量40Kg
‑
60Kg/t。
[0020]出钢时大包渣料为石灰、预熔渣、脱氧剂，出钢过程不加入含硅脱氧剂或合金。
[0021]所述LF炉外精炼的工艺参数及具体步骤为：
[0022]入LF工位的钢液温度≥1520℃，LF到位后，根据渣况加入石灰、萤石进行调渣，按内控成分调整成分，要求炉渣流动性良好，白渣精炼时间≥35min，LF精炼采用全程吹氩操作，渣系目标成分：CaO：45％
‑
55％，SiO2：≤15％，MgO：4％
‑
9％，Al2O3：20％
‑
30％。
[0023]所述VD真空脱气的工艺参数为：真空度≤0.5乇，保持时间≥15分钟。
[0024]所述控氮控硫的工艺参数为：
[0025]VD后温度≥1580℃吹氮气，保证N含量达到内控要求，根据钢中S含量加入硫铁粗调，并喂入硫线进行微调，保证吊包时S含量稳定且满足内控要求；软吹时间≥15分钟。
[0026]所述连铸浇注的工艺参数为：
[0027]连铸浇注过热度20
‑
35℃，做好过热度与拉速的匹配，采用电磁搅拌技术，保证连铸坯质量；铸坯及时入坑缓冷，缓冷时间：250mm
×
280mm坯≥36h，410mm
×
530mm坯≥48h。
[0028]所述铸坯加热的工艺参数为：
[0029]250mm
×
280mm连铸坯加热制度：预热段温度≤850℃，加热一段温度950～1150℃，加热二段温度1160～1240℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢，其特征在于，包括以下重量百分比的各化学成分：C:0.16～0.22％，Si≤0.18％，Mn:1.00～1.40％，P:≤0.020％，S:0.020～0.040％，Cr:1.00～1.40％，Ni:0.10～0.20％，Cu:0.10～0.20％，Nb:0.01～0.03％，Al:0.025～0.040％，N:0.008～0.015％，H≤0.00015％，O≤0.0012％，其余为Fe。2.一种如权利要求1所述的重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：包括Consteel电炉初炼、LF炉外精炼、VD真空脱气、控氮控硫、连铸浇注、连铸坯加热、连轧产材。3.如权利要求2所述的重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢的生产方法，其特征在于，所述Consteel电炉初炼的工艺参数及具体步骤为：配料：钢铁料由质量百分数90％铁水+质量百分数10％废钢或全铁水组成，为控制钢水气体含量，渣料及合金必须进行烘烤去除水分，原材料不能有锈蚀；炉体要求：炉体次数≥3火，大包次数≥2火；电炉出钢规定：电炉出钢温度T≥1630℃，出钢时间≥120秒，电炉出钢终点成分控制：C：≥0.08％，P：≤0.015％，残余合格；电炉渣料配比：电炉渣料以石灰、白云石为主，分批次加入，渣料总耗量40Kg
‑
60Kg/t；出钢时大包渣料为石灰、预熔渣、脱氧剂，出钢过程不加入含硅脱氧剂或合金。4.如权利要求2所述的重卡用高品质渗碳齿轮用21MnCrSCuH钢的生产方法，其特征在于，所述LF炉外精炼的工艺参数及具体步骤为：入LF工位的钢液温度≥1520℃，LF到位后，根据渣况加入石灰、萤石进行调渣，按内控成分调整成分，要求炉渣流动性良好，白渣精炼时间≥35min，LF精炼采用全程吹氩操作，渣系目标成分：CaO：45％
‑
55％，SiO2：≤15％，MgO：4％
‑
9％，Al2O3：20％<...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱才让，车巨龙，贾羽，王海龙，窦亚斌，宋孟军，李海滨，任红娃，
申请(专利权)人：西宁特殊钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：