一种摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法，属于冶金领域。该摩托车发动机齿轮用钢的化学成分质量百分数为C:0.18～0.25％，Si:≤0.05％，Mn:0.60～0.90％，Cr:0.90～1.25％，P:≤0.012％，S:≤0.005％，Mo:0.12

【技术实现步骤摘要】
一种摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法


[0001]本专利技术属于齿轮钢
，具体涉及摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]摩托车发动机齿轮是负责摩托车传动的重要机械部件，齿轮间通过相互啮合实现了高效传动。使用普通齿轮用钢制造摩托车齿轮其制造成本相对较高，并且使用寿命较短。本专利技术的目的室针对摩托车发动机齿轮用钢要求，研发一种钢材制造流程简单，制造成本较低，可以用于冷锻加工方法制造摩托车发动机齿轮的钢材。

技术实现思路

[0003]本专利技术为满足摩托车发动机齿轮用钢的要求，专利技术了一种摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法。该钢材的组织为细小均匀的铁素体与珠光体，铁素体与珠光体的尺寸≤60um，铁素体与珠光体的尺寸更优选为20
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55um；钢材硬度≤80HRB；钢材表面裂纹深度≤0.10mm；钢材渗碳(例如920℃保温10小时)后表面渗碳层内的晶粒度≥7.0级。本申请的齿轮钢更适用于冷锻加工。
[0004]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种摩托车发动机齿轮用钢，钢的化学成分重量百分比为C:0.18～0.25％，Si:≤0.05％，Mn:0.60～0.90％，Cr:0.90～1.25％，P:≤0.012％，S:≤0.005％，Mo:0.12～0.20％，Al:0.018～0.042％，N：0.0090～0.0180％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0005]本专利技术钢各化学元素对应的主要作用及设计依据是：
[0006]C:碳是保证钢材拥有一定强度与淬透性的最重要的元素。但是过高的碳含量会导致钢材冷却后硬度偏高，增加钢材的冷脆性，不利于摩托车发动机齿轮零件的冷锻。本专利技术采用低碳设计，碳含量选择范围为0.18～0.25％。
[0007]Si:本专利技术钢种属于冷锻用钢，硅元素会导致冷锻过程冷作硬化。本专利技术采用低硅设计，硅含量选择范围为Si:≤0.05％。
[0008]Mn:锰是较好的脱氧剂，并且能够显著提高淬透性。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，最终形成细小的珠光体。但过高的锰含量会降低钢材的韧性，增加钢材的冷脆性。本专利技术锰含量选择范围为0.60～0.90％。
[0009]Cr:铬能显著提高钢的强度与硬度，但同时降低了钢的塑性与韧性。本专利技术铬含量选择范围为0.90～1.25％。
[0010]P:磷在本专利技术钢中属于有害元素，它增加了钢的冷脆性，使得钢的冷锻性能变差。本专利技术钢需严格控制磷含量，P:≤0.012％。
[0011]S:硫在本专利技术钢中属于有害元素，使钢产生热脆性，降低了高温状态钢材的延展性。本专利技术采用低硫成分设计，在连铸拉矫过程与铸坯轧制变形过程中不易产生裂纹。本专利技术钢需严格控制硫含量，S:≤0.005％。
[0012]Mo:钼是中强碳化物形成元素，在钢中可以形成钼碳化物，钼碳化物弥散地分布在基体中可以起到细化钢材组织的作用，提高组织的均匀性。但是，随着钼含量的提高，钼碳化物的数量增多，分布在晶界处的碳化物对基体的割裂作用加强，导致钢的韧性下降。本专利技术钼含量选择范围为0.12
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0.20％。
[0013]Al:铝是强脱氧元素，在钢中加入少量的铝，可以起到较好的脱氧作用。同时，铝还可以起到细化奥氏体晶粒度的作用。本专利技术铝含量选择范围为0.018
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0.042％。
[0014]N:钢水脱氧结束后，在炼钢过程中加入氮元素，与钢中剩余的铝元素结合形成AlN质点。配合合理的轧制工艺，AlN质点可以充分析出并且弥散分布在钢材基体中。本专利技术氮含量选择范围为0.0090
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0.0180％。
[0015]上述一种摩托车发动机齿轮用钢及其制造方法包含如下工艺步骤：
[0016](1)炼钢过程采用铁水预脱硫
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转炉初炼
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精炼炉精炼
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真空循环脱气设备脱气，先采用机械搅拌法预脱硫，将浇注耐材形成的十字型搅拌桨，经烘烤后插入铁水中旋转，搅拌速度为120r/min，然后向铁水漩涡中投入颗粒状的脱硫剂，脱硫剂优选直径≤3mm的颗粒，使脱硫剂和铁水中的硫在不断地搅拌中发生脱硫反应，直至铁水的终点硫含量≤0.002％。转炉初炼过程在预处理后的铁水中优选加入自产废钢，自产废钢的硫含量≤0.005％。精炼过程依次加入锰铁、铬铁、钼铁、硅铁合金，调整成分至目标值，然后再喂入铝线对钢水进行脱氧。真空循环脱气处理容量≥100t,较大的钢液量可以保证钢水拥有更好的热稳定性，真空循环脱气设备的真空室的压力控制在40～50Pa，经过2个循环，(随着真空室压力不断下降，钢包中的钢液沿着上升管被吸入到低压的真空室内时，钢液因离开上升管呈现出喷泉状，使钢液的脱气面积显著增大，脱气后的钢液因重力作用沿着下降管回流至钢包内，钢包内的所有钢液被吸入至真空室内1次为1个循环)，每个循环3min，总计6min快速地脱气处理，整个脱气过程钢水温降控制在≤10℃。真空处理后的钢水吊装至连铸平台进行浇铸。
[0017](2)浇铸成型的连铸坯入加热炉加热至1200℃，加热后的连铸坯经初轧、中轧、精轧，初轧轧制速度1.6
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1.8m/min，初轧过程控制钢坯的全截面温度稳定在1100
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1150℃，中轧轧制速度2.3
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2.5m/min,中轧过程控制钢坯的全截面温度稳定在1050
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1100℃，精轧轧制速度4.1
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4.3m/min，精轧过程控制钢坯的全截面温度稳定在975
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1050℃，钢材终轧温度为955
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975℃。通过控制钢材初轧、中轧与精轧的轧制速度与温度，以保证钢材的终轧温度。经实验室扫描电镜观测，在该终轧温度区间下，本专利技术钢材中AlN质点开始一次析出，该终轧温度区间的AlN一次析出率较高，起到了较好的细化钢材渗碳晶粒度的作用。
[0018](3)轧制后的高温钢材入在线保温炉保温，保温炉温度设定范围为820
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845℃，钢中的AlN析出的最佳峰值温度为820
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845℃，在该温度下保温一段时间有利于大量AlN二次析出，二次析出的AlN质点与一次析出的AlN效果叠加可以更有效的细化钢材的奥氏体晶粒度，钢材保温时间为1h，促使钢中单一奥氏体组织变得更加细小且均匀。保温炉炉温设定不宜过高，过高的炉温会引起奥氏体晶粒长大，以致使冷却后得到粗大的铁素体和珠光体组织；过低的炉温无法在短时间(1小时)内二次析出大量的AlN质点，以实现均匀细化奥氏体组织的目的。保温后的钢材立即埋入沙槽中，沙槽中沙子温度为100～110℃，以保证沙子足够的干燥度，沙子的含水率≤0.2％，温度较高并且干燥的沙子可以降低钢材的冷却速度，以确保沙槽中钢材冷却速度≤15℃/h，钢材缓慢冷却至200℃以下后出沙槽空冷。钢材冷却过程充分缓慢，可以保证奥氏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩托车发动机齿轮用钢，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C:0.18～0.25％，Si:≤0.05％，Mn:0.60～0.90％，Cr:0.90～1.25％，P:≤0.012％，S:≤0.005％，Mo:0.12～0.20％，Al:0.018～0.042％，N：0.0090～0.0180％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的摩托车发动机齿轮用钢，其特征在于：所述钢材的金相组织为铁素体与珠光体，铁素体与珠光体的尺寸≤60um；钢材硬度≤80HRB；钢材表面裂纹深度≤0.10mm；钢材渗碳后表面渗碳层内的晶粒度≥7.0级。3.根据权利要求2所述的摩托车发动机齿轮用钢，其特征在于：所述铁素体与珠光体的尺寸为20
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55um。4.一种制造权利要求1所述的摩托车发动机齿轮用钢的方法，其特征在于：步骤包括钢水冶炼钢水冶炼过程包括依次进行的铁水预脱硫、转炉初炼、精炼和真空循环脱气，在铁水预脱硫阶段，先采用机械搅拌法预脱硫，将浇注耐材形成的十字型搅拌桨经烘烤后插入铁水中旋转，然后向铁水漩涡中投入颗粒状的脱硫剂，使脱硫剂和铁水中的硫在不断地搅拌中发生脱硫反应，直至铁水的终点硫含量≤0.002％；转炉初炼阶段将铁水和钢材一起冶炼，精炼过程依次加入锰铁、铬铁、钼铁、硅铁合金，调整成分至目标值，然后再喂入铝线对钢水进行脱氧；真空循环脱气的处理容量≥100t,真空循环脱气设备的真空室的压力控制在40～50Pa，经过2个循环，钢液从钢包全部吸入真空室为1个循环，每个循环控制在3min以内，总计6min以内快速的脱气...

【专利技术属性】
技术研发人员：白云，张学诚，吴小林，卢明霞，曹红福，孙鸿平，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：