细晶粒齿轮用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种细晶粒齿轮用钢及其生产方法，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C 0.17～0.25%、Si 0.17～0.37%、Mn 0.70～1.10%、Cr 0.9～1.40%、Mo 0.20～0.30%、Al 0.030～0.060%、Nb 0.10～0.18%、P≤0.020%、S≤0.020%、N 0.0110～0.0180%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术通过控制Al和N的含量，形成细小弥散的AlN，钉扎晶界，细化晶粒；Nb与C、N结合，改变钢的显微结构，然后通过氮微合金化可保证齿轮渗碳处理后晶粒达8～10级，并且在高温渗碳后变大缓慢。温渗碳后变大缓慢。

【技术实现步骤摘要】
细晶粒齿轮用钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于冶金
，尤其是一种细晶粒齿轮用钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]齿轮钢是汽车用钢材料中要求较高的材料之一，晶粒均匀细化是提高钢铁材料强度而不降低塑性的有效方法。细小均匀的奥氏体晶粒度可以稳定齿轮钢末端淬透性，减少热处理变形，提高渗碳钢的脆断抗力。我国齿轮用钢的晶粒度级别一般控制在5～8级；而国外则强调晶粒级别不粗于6级。目前，国内外主要通过Al、N、Nb等微合金化实现齿轮钢细晶控制。
[0003]在冶炼时添加钢中Al、N、Nb含量是一种有效途径。钢中Al可与钢中N结合形成细小弥散的AlN，钉扎晶界，细化晶粒；Nb与钢中的C、N结合，改变钢的显微结构。通过氮微合金化可保证齿轮渗碳处理后晶粒达8～10级，并且在高温渗碳后变大缓慢。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种细晶粒齿轮用钢及其生产方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种细晶粒齿轮用钢，其化学成分组成及其质量百分含量为：C 0.17～0.25%、Si 0.17～0.37%、Mn 0.70～1.10%、Cr 0.9～1.40%、Mo 0.20～0.30%、、Al 0.030～0.060%、Nb 0.10～0.18%、P≤0.020%、S≤0.020%、N 0.0110～0.0180%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0006]各化学成分的作用机理如下所述：C：提高钢材硬度和强度的主要元素；C含量过低，材料在热处理后强度过低，无法满足齿轮用钢所需强度要求；C含量过高容易降低材料塑、韧性。随着奥氏体中C的质量分数增加，奥氏体晶粒的长大倾向也增加，但当有残余渗碳体存在时，有阻止奥氏体长大的作用。因此C含量控制在0.17
‑
0.25%。
[0007]Si：显著强化铁素体，是保证强度的必须元素；过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。Si有微弱的抑制晶粒长大的作用。因此Si含量控制在0.17
‑
0.37%。
[0008]Mn：为珠光体形成元素，可降低相变温度，对强度和韧性均有良好作用；但Mn含量过高则容易生成贝氏体，降低材料组织及硬度均匀性。同时Mn含量较高时，有较明显的回火脆性现象，有促进晶粒长大作用。因此Mn含量控制在0.70
‑
1.10%。
[0009]Cr：降低珠光体转变温度的合金元素；本专利技术中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易生成贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性。因此Cr含量控制在0.90
‑
1.40%。
[0010]Al：Al可与钢中N结合形成细小弥散的AlN，钉扎晶界，细化晶粒。因此Al含量控制在0.30
‑
0.60%。
[0011]S：元素控制过高会降低钢的洁净度，恶化钢的性能。因此S含量控制≤0.020%。
[0012]P：增加钢的脆性，降低冲击性能；将P元素含量控制在不超过0.020%，可以防止降
低钢的综合性能。
[0013]Nb：与钢中的C、N、S结合，改变钢的显微结构。Nb对钢的强化作用主要是的是细晶强化和弥散强化，Nb能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物。而且还可以使碳化物分散并形成具有细晶化的钢。因此Nb含量控制0.10
‑
0.18%。
[0014]Mo：能控制可淬性，降低钢对回火脆性的敏感性，防止钢在高温回火后出现 回火脆性。Mo是强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度。因此Mo含量控制0.20
‑
0.30%。
[0015]N：最经济有效的合金化元素，可以通过与Al结合形成AlN加强沉淀强化及细化晶粒效果；但是N含量过高容易生成较多的AlN增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。因此N含量控制在0.0110
‑
0.0180%。
[0016]本专利技术提供的细晶粒齿轮用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序。
[0017]本专利技术方法所述连铸工序，铸坯电搅220/2.2～260/2.2A/Hz，末搅150/8～180/8A/Hz，中包过热度15～25℃，比水量0.20～0.25L/Kg，拉速0.55～0.65m/s。
[0018]本专利技术方法所述加热工序，铸坯加热段温度1180～1220℃，保温2.5～3.5h。
[0019]本专利技术方法所述轧制工序，开轧温度1150～1200℃，终轧温度950～1050℃；收集温度650～750℃，钢材缓冷36～48小时。
[0020]本专利技术方法所述热处理工艺，采用淬火工艺：淬火温度为980℃～1050℃，保温时间为6
‑
10h，淬火介质为淬火油。
[0021]本专利技术的专利技术原理及有益效果在于：本专利技术提供的齿轮用钢在冶炼时添加适量的Al、N、Nb，Al可与钢中N结合形成细小弥散的AlN，钉扎晶界，细化晶粒，Nb与钢中的C、N结合，改变钢的显微结构，然后通过氮微合金化保证齿轮渗碳处理后晶粒达8～10级，并且在高温渗碳后变大缓慢，而细小均匀的奥氏体晶粒对减少齿轮热处理后的变形、提高渗碳钢的脆断抗力具有重要意义。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0023]实施例1
‑
8：本专利技术提供的细晶粒齿轮用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序；各工序工艺如下所述。
[0024]（1）冶炼工序：连铸中铸坯的化学成分组成及质量百分含量见表1。
[0025]表1 实施例1
‑
8齿轮用钢的化学成分组成及质量百分含量（%）
（2）述连铸工序：铸坯电搅220/2.2～260/2.2A/Hz，末搅150/8～180/8A/Hz，中包过热度15～25℃，比水量0.20～0.25L/Kg，拉速0.55～0.65m/s。各实施例所述加热工序的工艺参数见表2。
[0026]表2 连铸工序的工艺参数（3）加热工序：铸坯的加热段温度1180～1220℃，保温2.5～3.5h。各实施例所述加热工序的工艺参数见表3。
[0027]表3 加热工序的工艺参数（4）轧制工序：开轧温度1150～1200℃，终轧温度950～1050℃；收集温度650～750℃，钢材缓冷36～48小时。各实施例所述轧制工序的工艺参数见表4。
[0028]表4 轧制工序的工艺参数（4）热处理工序，采用淬火工艺：淬火温度为980℃～1050℃，淬火介质为淬火油；热处理后即可得到所述的齿轮用钢。各实施例所述热处理工序的工艺参数见表5。
[0029]表5 所得齿轮用钢产品的热处理工艺（6）本齿轮用钢产品标准参考ASTM E112进行晶粒度检测。各实施例所得齿轮用钢的晶粒度见表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种细晶粒齿轮用钢，其特征在于，所述齿轮用钢的化学成分组成及其质量百分含量为：C 0.17～0.25%、Si 0.17～0.37%、Mn 0.70～1.10%、Cr 0.9～1.40%、Mo 0.20～0.30%、、Al 0.030～0.060%、Nb 0.10～0.18%、P≤0.020%、S≤0.020%、N 0.0110～0.0180%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述细晶粒齿轮用钢的生产方法，其特征在于：所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序。3.根据权利要求2所述的细晶粒齿轮用钢的生产方法，其特征在于：所述连铸工序，铸坯电搅220/2.2～260/2.2A/Hz，末搅150/8～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永建，孙晓明，戴观文，王翠亮，李福勇，李冠军，武森，王信康，
申请(专利权)人：石家庄钢铁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：