【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于齿轮钢领域，涉及一种微合金化高接触疲劳性能齿轮钢及生产齿轮的方法，生产的齿轮用于制造风电、铁路交通领域。
技术介绍
1、齿轮钢是特钢领域中用量较大，要求较高的关键材料，广泛应用于机械、交通、能源等领域。齿轮钢的性能要求不仅影响设备的寿命等技术经济指标，同时影响着使用安全性等要求。齿轮工作环境复杂、恶劣，主要失效形式为啮合面磨损，接触疲劳引起的麻坑剥落、齿根弯曲疲劳而产生裂纹或折断等。通常要求其材料具有良好的强韧性以及耐磨性，故可以通过材料的接触疲劳来反映材料的性能。
2、现有技术中，马莉等人在《微合金化渗碳齿轮钢的接触疲劳性能》中提到较低的氧含量能够有效减少氧化物夹杂数量和齿轮，这有利于提高齿轮钢的接触疲劳性能；同时，nb含量能够控制齿轮钢渗碳层晶粒度，提高渗碳层硬度，从而提高疲劳裂纹萌生及扩展阻力，这是导致nb微合金化后接触疲劳性能较好的原因之一。范黎明等在《ti对20crmntih齿轮钢接触疲劳性能影响研究》文章中表明，低钛氮乘积(0.0001352)比高钛氮乘积(0.0004320)拥有更好的接触疲劳性能，大致提高约一个时间数量级。王燕等人在《高温轴承钢中碳化物和高温接触疲劳寿命的研究》一文中提到，通过改善碳化物的不均匀性和降低碳化物尺寸能够有效地提高接触疲劳额定寿命和中值疲劳寿命。徐帆等人在
3、《碳、铬含量对不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的影响》中认为一定的碳和铬含量能够有效提高接触疲劳性能，非金属夹杂物和粗大的共晶碳化物在接触应力下容易产生应力集中而成为疲劳源，影响疲劳寿命。p>
4、中国专利，公布号为cn 101319294 a，公布日为2008年12月10日的专利技术专利公开了一种细晶粒渗碳齿轮用钢及其制造方法，公开的钢的化学成分(重量％)为：c 0.15～0.25％，si≤0.35％，mn 0.60～0.90％，p≤0.015％，s≤0.010％，cr 0.80～1.20％，mo0.15～0.35％，nb 0.02～0.08％，b 0.0005～0.0035％，al0.02～0.06％，ti 0.01～0.04％，[n]≤0.015％，[o]≤0.0015％，其余为fe及不可避免的杂质。同时要求ti≥2[n]，b≥([n]－ti/3.4)/1.4+0.001。并采用终轧温度低于900℃的轧制生产工艺。其与现有渗碳齿轮钢20crmoh相比，渗碳淬火后晶粒度大于10级，弯曲疲劳强度(σ－1)提高15％以上，接触疲劳寿命(l10)提高30％以上。但其额定接触疲劳也仅为2.0×107左右，随着高铁、风电等产业对高性能齿轮钢性能要求的逐渐提高，它已不能适应当今对高接触疲劳性能材料的需求，因此需开发出性能更优的渗碳齿轮钢。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种微合金化高接触疲劳性能齿轮钢及生产齿轮的方法，通过微合金化、感应热处理工艺等优化，齿轮钢接触疲劳性能提升50％以上，即在压应力为4.0gpa条件下，额定疲劳寿命l10≥8×107，中值疲劳寿命l50≥10×107。
2、本专利技术具体技术方案如下：
3、一种微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，包括以下质量百分比成分：c：0.16-0.21％，si：0.20-0.37％，mn：0.50-0.80％，cr：1.5-1.8％，mo：0.25-0.35％，v:0.10-0.20％；ni：1.4-1.7％，p≤0.010％，s：0.015-0.035％，al：0.015-0.025％，[n]：60-110ppm，其余为fe和不可避免的杂质元素。
4、所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：al/[n]：2.0-4.0；
5、所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：0.60≤[c+mn/4+si/2/+(cr+v)/10]≤0.70；此公式是机车齿轮强度的成分保证，但过高的会增加齿轮淬硬性，带来不利的影响，容易发生冷裂纹。因此，在保证强度的前提下，严控公式范围0.60≤[c+mn/4+si/2/+(cr+v)/10]≤0.70；优选[c+mn/4+si/2/+(cr+v)/10]＝0.65-0.70，更优选
6、[c+mn/4+si/2/+(cr+v)/10]＝0.67-0.70。根据各元素在齿轮钢中起到强化作用，系数的匹配是根据各元素不同的强化效果拟合。
7、本专利技术提供的一种微合金化高接触疲劳性能齿轮的生产方法，包括以下工艺流程：电弧炉冶炼→lf精炼→rh真空处理→圆坯连铸→圆坯锻造→加热→轧制→热处理→加工→齿轮外径面表面感应淬火→检测→包装。
8、所述加热，钢坯在加热炉的均热温度控制在1200-1240℃、预热、加热和均热总时间控制5.0h-8.0h。
9、所述轧制，开轧温度1030-1050℃、终轧温度850-880℃。
10、轧制后缓冷，具体为：轧后落垛，空冷至不低于500℃入炉。
11、所述热处理具体为：将轧制成形的毛坯齿轮装炉，为了改善合金元素偏析造成带状组织，采用870-900℃的温度进行，加热时间4-5小时，进行充分奥氏体化；将充分奥氏体化所得齿轮出炉，采用水冷方式冷，保证毛坯齿轮的冷却速度3-5℃/s，再经650-680℃回火，时间4-6小时，最后进行机加工、感应淬火获得成品齿轮。
12、所述齿轮外径面表面感应淬火，具体为：齿轮外径面感应淬火速度400-450mm/min；优选的，齿轮进行表面感应淬火时，加热感应器与喷水圈沿水平方向进行微调，以保证齿轮处于热感应器线圈正中位置；加热感应器与喷水圈沿齿轮进行匀速轴向移动，
13、齿轮进行表面感应淬火时，齿轮以40-60r/min自转；
14、齿轮进行表面感应淬火时，淬火及喷水需从下向上进行，水压
15、0.40-0.50mpa，喷水时间与加热时间保持一致；加热时间为20-50s；
16、所述齿轮进行表面感应淬火，零件直径d(单位：mm)越大，选择的频率越低，齿轮为大尺寸零件，电流频率选择1000-3000hz；淬硬层深度15-20mm。
17、齿轮进行表面感应淬火后进行180-200℃低温回火以消除内应力；
18、回火完成后对齿轮表面进行精磨。
19、本专利技术提供的微合金化高接触疲劳性能齿轮，采用上述方法生产得到，组织为90％以上珠光体和少量铁素体；
20、所述微合金化高接触疲劳性能齿轮的晶粒度≥11.0级，晶粒尺寸≤6μm；心部晶粒度≥9级，晶粒尺寸≤15μm；在压应力为4.0gpa条件下，额定疲劳寿命l10≥8×107，中值疲劳寿命l50≥10×107；抗拉强度≥1000-1100mpa，屈服强度≥900mpa，齿轮外径面u2槽口冲击≥50j，表面硬度280-320hb。
21、本专利技术设计思路如下：
22、c：c是钢中最基本有效的强化元素，是影响淬透性最有效的元素，为了保证齿轮钢足够的强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢包括以下质量百分比成分：
2.根据权利要求1所述的微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：Al/[N]：2.0-4.0。
3.根据权利要求1所述的微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：0.60≤
4.一种权利要求1-3任一项所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢生产微合金化高接触疲劳性能齿轮的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工艺流程：电弧炉冶炼→LF精炼→RH真空处理→圆坯连铸→圆坯锻造→加热→轧制→热处理→加工→齿轮外径面表面感应淬火→检测→包装。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加热，钢坯在加热炉的均热温度控制在1200-1240℃、预热、加热和均热总时间控制5.0h-8.0h。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述轧制，开轧温度1030-1050℃、终轧温度850-880℃。
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8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述踏面感应淬火，齿轮进行表面感应淬火时，淬火速度400-450mm/min；齿轮以40-60r/min自转。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，齿轮进行表面感应淬火时，淬火及喷水需从下向上进行，水压0.40-0.50MPa，喷水时间与加热时间保持一致；加热时间为20-50s。
10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，表面感应淬火电流频率选择1000-3000Hz；淬硬层深度15-20mm。
...【技术特征摘要】
1.一种微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢包括以下质量百分比成分：
2.根据权利要求1所述的微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：al/[n]：2.0-4.0。
3.根据权利要求1所述的微合金化高接触疲劳性能齿轮钢，其特征在于，所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢的成分满足以下条件：0.60≤
4.一种权利要求1-3任一项所述微合金化高接触疲劳性能齿轮钢生产微合金化高接触疲劳性能齿轮的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工艺流程：电弧炉冶炼→lf精炼→rh真空处理→圆坯连铸→圆坯锻造→加热→轧制→热处理→加工→齿轮外径面表面感应淬火→检测→包装。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加热，钢坯在加热炉的均热温度控制在1200-1240℃、预热、加热和均热总时间控制5.0h-8.0h。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：国新春，陈刚，程德利，刘智，邓荣杰，黄孝卿，王军，刘海波，宁珅，华磊，
申请(专利权)人：宝武集团马钢轨交材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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