CN101812643A

CN101812643A - 一种含硼齿轮钢及其制备方法

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Publication number: CN101812643A
Application number: CN200910229997A
Authority: CN
Inventors: 孙永喜; 李法兴; 王广连; 申景霞; 成国光; 王学利; 邵海峰; 余德河; 马佐仓; 张君平; 郑桂芸; 张伟; 石军强
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: CN101812643B

Abstract

本发明涉及一种含硼齿轮钢及其制备方法，其化学成分质量百分比为：C：0.16％～0.24％，Si≤0.35％，Mn：0.70％～1.25％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.80％～1.45％，Ti：0.020％～0.080％，B：0.0005％～0.0030％，Al：0.015％～0.050％，H≤2.5×10^-4％，N：30×10^-4％～120×10^-4％，T.O≤18×10^-4％，余量为Fe及不可避免的杂质。可采用“初炼炉(电炉或转炉)→精炼炉(LF炉等)→真空精炼炉(VD炉或RH炉等)→连铸→轧制”的工艺路线生产。本发明含硼齿轮钢，与20CrMnTiH及其子钢号相比具有淬透性高和稳定、带窄，使用性能提高，能满足重载汽车及大型轴齿类零件性能要求，可替代部分Cr-Ni-Mo、Cr-Mo系等齿轮钢，生产成本低等特点。

Description

一种含硼齿轮钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，属于合金钢类，涉及一种含硼齿轮钢及其制备方法。

背景技术

齿轮钢是汽车材料中用量较大，要求较高的关键材料之一，它不仅影响车辆寿命，能耗等技术经济指标，而且对于满足安全、环保及舒适要求也至关重要。我国汽车工业的蓬勃发展，不仅使齿轮钢产量有大幅度提高，而且对其质量的要求也越来越高，促进了汽车材料的升级换代。节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车工业技术发展的总趋势，汽车工业发展对零件发展的要求是节约合金(Cr、Ni、Mo等元素)资源，这就需要从设计上开发最经济的齿轮钢，能够满足轻、中、重型汽车齿轮的性能要求。为了提高汽车的安全性和可靠性，对齿轮钢的淬透性、非金属夹杂物、氧含量、显微组织等都提出了越来越高的要求。目前，评价高质量水平的齿轮钢主要表现在四个方面：末端淬透性带窄，离散度小(一般水平6～8HRC，先进水平4～6HRC)；纯洁度高(一般水平全氧≤20ppm，先进水平全氧≤15ppm)；晶粒度细小均匀(一般水平≥5级，先进水平≥6级)；加工性能好。

国外齿轮钢是在通用的渗碳结构钢基础上开发的，鉴于各国的资源和生产情况的差异，其合金系不相同，如德国Mn-Cr系(部分添加微量B)，日本Cr系和Cr-Mo系，美国Cr-Ni-Mo系，法国Cr-Ni系和Cr-Mo系。近年来，随着我国机械制造工业的发展，尤其是汽车行业的发展，齿轮钢的用量也日益增长，对齿轮钢的要求也越来越高。高性能、长寿命、经济性和易加工已成为当今研究和开发新型齿轮钢的主要发展方向。目前，中国大量使用的是Cr-Mn-Ti系齿轮钢，Cr-Mn-Ti系齿轮钢与其它系列齿轮钢相比，具有成本低、晶粒长大倾向小、易加工处理等方面的优势，20CrMnTiH及其子钢号是其代表钢种，在我国齿轮行业中占据主导地位，占我国齿轮钢总量的60％左右。但在生产及使用过程中也暴露出了一些问题，在生产中对其淬透性的控制仍不够理想，末端淬透性波动较大，淬透性偏低，不能满足重载汽车及大型轴齿类零件的性能要求。另外，20CrMnTiH及其子钢号主要通过调整C、Mn、Cr含量来控制其透性值，在生产过程中C、Mn、Cr基本为中上限控制，合金消耗高，生产成本增加。

在国外齿轮钢中，主要是用铝的氮化物AlN阻止晶粒长大，在Cr-Mn-Ti系齿轮钢中，是用钛的碳氮化物Ti(NC)阻止晶粒长大。两种难熔化合物质点都是方块形，还没有可靠的实验数据可以定量的说明Ti(NC)质点对齿轮的抗弯疲劳性能影响更大。

当前，开发高性能、经济型齿轮钢已成为齿轮钢技术发展的一个主要方向。Cr-Ni-Mo、Cr-Mo系汽车渗碳齿轮钢中所含的Cr、Ni、Mo等合金元素资源短缺、价格高，生产成本高。Mn和Cr是提高淬透性有效且经济的合金元素，B不仅提高材料的淬透性，而且强化晶界，所以Mn-Cr系和Mn-Cr-B系汽车渗碳齿轮钢能满足轻、中、重型汽车渗碳齿轮的性能需要，公认的经济型齿轮钢，这也符合汽车齿轮钢的发展趋势，即Cr-Ni-Mo→Cr-Mo→Mn-Cr→Mn-B。因此，Mn-Cr系和Mn-Cr-B系汽车渗碳齿轮钢应成为低、中载汽车齿轮用材的主要钢种。目前Mn-Cr系齿轮钢主要用在桑塔纳、奥迪和捷达轿车的齿轮上，其中部分牌号还可用于富康轿车、IVECO轻型车及大马力船用齿轮箱等。主要牌号有按德国大众企业标准生产的16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5和28MnCr5等。Mn-Cr-B系齿轮钢主要牌号有按德国大众企业标准生产ZF6(16CrMnBH)和ZF7(20CrMnBH)。主要用在斯太尔汽车的齿轮上，B在这类钢中的作用主要是形成球状BN，降低钢中固溶N量，提高钢的韧性。

专利CN101096742开发了一种汽车用高强度齿轮钢，其成分质量百分比为：C：0.20-0.40，Si：0.20-0.50，Mn：0.50-1.00，Cr：0.80-1.30，Nb：0.015-0.080，V：0.030-0.090，Mo：0.15-0.55，Al：0.015-0.050，余为Fe及不可避免杂质。本发明主要通过加入微量的Nb、V元素，改善齿轮钢的晶粒度、淬透性及带宽、增加齿轮钢的综合力学性能，提高使用寿命，降低生产成本。

专利CN101319294A开发了一种细晶粒渗碳齿轮钢及其制备方法，其成分(重量％)为：C 0.15-0.25％，Si≤0.35％，Mn 0.60-0.90％，Cr 0.80-1.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb0.02-0.08％，B 0.005-0.0035％，Mo 0.15-0.35％，Al0.02-0.06％，Ti0.01-0.04％，余为Fe及不可避免杂质。本发明通过添加Nb、B、Ti达到细化晶粒并提高齿轮钢热塑性作用，采用冷轧低于900℃的轧制生产工艺使钢中弥散分布的第二相颗粒与现有渗碳齿轮钢20CrMoH相比渗碳晶粒提高，弯曲疲劳强度、接触疲劳寿命相应提高。

专利CN1861830A开发了一种重载荷齿轮用钢，其成分(重量％)为：C 0.17％-0.25％，Si 0.05％-0.15％，Mn 0.2％-0.5％，Cr 1.4％-2.5％，P≤0.015％，S 0.002％-0.01％，Nb0.03％-0.15％，Mo 0.1％-0.8％，Al 0.015％-0.060％，Ni 1.5％-4.0％，RE 0.001％-0.05％，[O]≤0.0015％，[N]0.005％-0.03％，余为Fe及不可避免杂质还余有＜0.2％V。发明了一种高抗拉强度、高冲击功、渗碳淬火变形小、易加工的重载齿轮钢，主要通过添加Nb、Cr、Ni、Mo、V细化晶粒并保证足够的淬透性，添加RE保证低[O]含量，确保重载时的疲劳强度、降低Si、Mn等易氧化元素，以进一步提高渗碳和基本韧性。

CN101289731A发明了Cr-Mn-Ti系窄淬透性齿轮钢及其生产方法，其成分为：C：0.13-0.23％，Si：0.17-0.30％，Mn：0.80-1.25％，Cr：0.90-1.35％，P≤0.030％，S≤0.050％，[O]≤20×10^-6，[H]≤2.5×10^-6，Ti 0.04-0.010％，余为Fe及不可避免杂质。本发明主要通过窄成分的钢种设计及加强过程控制来实现压窄淬透性带的目的。

CN1851024A发明了一种重载齿轮钢，其成分重量百分比为：C 0.14-0.20，Si≤0.12，Mn1.2-1.6，Cr 1.30-1.80，P≤0.03，S 0.015-0.04，W≤0.05，Ti 0.04-0.010，[O]≤20ppm，余为Fe及不可避免杂质。本发明由于不加Ni、Mo等贵重元素，热处理工艺简化，使生产成本降低30％左右，生产效率提高，可减少热处理变形等问题，特别适合于制造重载荷车辆驱动齿轮钢。

CN101148737A发明了一种含硼钢及其制备方法，其成分重量百分比％为：C 0.32-0.44，Si 0.15-0.37，Mn 1.10-1.40，B 0.0005-0.0035，P≤0.030，S≤0.030，Al 0.015-0.070，余为Fe及不可避免杂质。本发明通过控制微量B元素(在VD破空后，相继喂入Al线、Ti线后用铝皮包裹加入，回收率为50-70％)以保证钢的淬透性，使该钢使用于重要的机械零件。

专利CN101096742、CN101319294A开发的齿轮钢均为Cr-Mo系齿轮钢，前者通过Nb、V微合金化来实现齿轮钢品质、性能的提高，后者主要过添加Nb、B、Ti元素并采用特定的轧制工艺提高齿轮钢的性能，两者虽然提高了齿轮钢的性能，但不利于成本的降低。专利CN1861830A开发的重载齿轮钢属Cr-Ni-Mo系齿轮钢，通过添加Nb、V及RE来实现改善其性能的作用。专利CN101289731A、CN1851024A开发齿轮钢属于Cr-Mn-Ti系齿轮钢。CN101289731A主要通过窄成分的钢种设计及加强过程控制来实现压窄Cr-Mn-Ti系齿轮钢淬透性带的目的，并不涉及Cr-Mn-Ti系齿轮钢成分的改变。CN1851024A主要通过增加钢中提高淬透性元素Cr，提高钢的强度，提高使用性能。专利CN101148737A含硼钢不属于齿轮钢。

在结构钢领域，淬透性是进行高质而又经济地选材和成分设计时所首先考虑的问题。从硬度上讲，它是钢淬火后硬化层深度的量度。钢的力学性能，尤其是屈服强度和冲击韧性与淬透性密切相关，而大截面的结构部件热处理时又很难完全淬透。因此，结构钢的淬透性问题历来引起人们的高度重视。

硼作为提高钢淬透性的最有效元素，其使用已有60多年的历史。近10多年来，由于节约合金元素、降低钢材成本的压力。同时，一些先进的试验技术和物理分析技术，如自射线照相，电子探针显微分析，二次离子发射谱，俄歇能谱等的发展，使人们对硼作用机制了解的不断深入，伴随着炼钢过程控制技术的迅速发展，已出现进一步扩大硼在钢中应用的最好时机，硼钢已进入一个新的发展阶段。关于硼提高淬透性的作用机理和应用技术，至今仍在讨论、发展中，但是相关的基本规律已被确认：

(1)对钢的淬透性起作用的是固溶硼，作用机理主要是硼在奥氏体晶界的偏聚。

(2)微量固溶硼即可强烈提高钢的淬透性，存在一个效果最佳的含硼量，研究结果因人而异，但多在0.0005％～0.0030％的范围之内。

(3)碳和氧、氮等元素对硼提高钢的淬透性作用有重要影响。

自20世纪60年代以来，我国汽车工业就大力进行了含硼齿轮钢的研究和应用工作，用20MnVB、20Mn₂TiB等钢种来代替20CrMnTi制造汽车渗碳齿轮。第一汽车集团公司、东风汽车有限公司等曾在“解放牌”和“东风牌”5t载货车变速器和后桥齿轮上使用20MnTiB、20Mn₂TiB和20MnVB钢，这是中国齿轮行业的第一次技术创新，力图建立中国自己的齿轮钢系列。随着汽车行业的发展，对齿轮钢精度要求的提高，以前硼钢的使用暴露出一些问题，主要是淬透性不稳定，淬透性带过宽，影响齿轮的加工、尺寸精度和使用寿命，所以在1980年前后很多汽车公司就停止使用硼钢生产齿轮。这主要有两方面的原因：

(1)上述系列齿轮钢都是在单一提高淬透性元素Mn的基础上添加硼，钢的淬透性过分依赖硼的影响。

(2)当时受冶炼装备和技术水平的限制，钢中氧、氮含量高，钢的纯净度低，硼在钢中的含量尤其是有效硼的含量未实现精准控制，含量不稳定、波动大。

当前，一种观点认为用Cr-Mn-Ti系齿轮钢系列在材料特性调整和改善的基础上，取代国外引进钢号，建立成本更具竞争力的合金化体系，在现有技术进步的条件下是可行的。同时，注重利用V、Nb、B等微量元素也成为汽车渗碳齿轮钢的一个追求目标。

发明内容

本发明的目的主要针对目前我国占主体地位的Cr-Mn-Ti系齿轮钢(代表钢种20CrMnTiH及其子钢号)在生产和使用过程中暴露出的淬透性控制不理想，末端淬透性波动大、淬透性偏低，不能满足重载汽车及大型轴齿类零件性能要求等问题，并结合目前伴随着冶炼技术水平及检测技术的提高，硼在钢中的含量尤其是有效硼的含量得到精确控制的实际，提出一种含硼齿轮钢及其制备方法。本发明含硼齿轮钢具有淬透性高和稳定、带窄，可替代部分Cr-Ni-Mo、Cr-Mo系等齿轮钢，生产成本低等特点。

由于本发明所涉及的工艺步骤较多，除明确限定的工艺条件外，本发明未特别说明的工艺部分均按本领域现有技术。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种含硼齿轮钢，其化学成分质量百分比为：C：0.16％～0.24％，Si≤0.35％，Mn：0.70％～1.25％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.80％～1.45％，Ti：0.020％～0.080％，B：0.0005％～0.0030％，Al：0.015％～0.050％，H≤2.5×10^-4％，N：30×10^-4％～120×10^-4％，T.O≤18×10^-4％；余量为Fe及不可避免的杂质。

优选的，本发明的含硼齿轮钢，其化学成分质量百分比为：C：0.17％～0.22％，Si：0.15％～0.30％，Mn：0.80％～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：1.00％～1.20％，Ti：0.035％～0.065％，B：0.0008％～0.0015％，Al：0.018％～0.040％，H≤2.5×10^-4％，N：45×10^-4％～85×10^-4％，T.O≤18×10^-4％；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明还提供所述的含硼齿轮钢的制备方法，包括初炼、精炼、真空精炼、连铸和轧制工艺步骤，具体步骤如下：

1)初炼：初炼炉采用电炉或转炉，初炼炉采用“废钢+含碳材料”或“全部铁水”的炉料结构，含碳材料包括铁水或生铁，配碳量1.50％～4.60％；

完成钢液的脱碳脱磷，同时氧化脱碳均匀沸腾，去除钢中部分H和N；控制初炼炉冶炼终点C：0.04％～0.12％，P≤0.015％，出钢温度1620℃～1680℃；

2)无渣或少渣出钢；出钢过程顺钢流，根据实际终点C含量，提前加入适量碳粉，然后加入渣料、合金及含铝脱氧剂，含铝脱氧剂加入量1.5kg/t钢～3.0kg/t钢；初炼炉出钢完毕后至钢液转至精炼工位前，控制氩气流量以渣面微动为宜；

3)精炼：精炼炉采用LF炉，在精炼炉送电化渣、调渣、喂线、搅拌，进行钢液的脱氧脱硫，去除夹杂，调整成分，控制温度等处理；在LF精炼炉白渣保持时间18min～25min，控制终渣主要成分质量百分比：(CaO)47％～60％，(SiO₂)4％～12％，(Al₂O₃)10％～25％，(FeO)+(MnO)≤1.0％；

4)硼的合金化：LF精炼炉精炼临近结束时，喂入硼铁和钛铁的复合包芯线，或在钢液真空处理前，直接加入硼铁；

5)真空精炼：真空精炼炉采用VD炉或RH炉；在真空精炼炉主要完成钢液脱H，同时脱除部分N；钢液经真空精炼处理后，H≤2.5×10^-4％；

6)钢液经真空精炼处理后，钢液保持氩气软吹，时间10min～40min，软吹状态为渣面微动，钢液不裸露；

7)连铸：钢液全保护浇注，钢包和中间包均加盖保温，采用结晶器电磁搅拌；

8)轧制。

优选的，步骤2)的出钢过程，钢包全程吹氩搅拌，出钢前中期控制氩气压力1.60MPa～0.60Mpa，中后期控制氩气压力0.60MPa～0.20Mpa。

优选的，步骤4)中的真空精炼为在真空度67Pa以下真空脱气保持时间12min～18min，氩气流量100L/min～300L/min ，压力0.20MPa～0.30Mpa 。

优选的，步骤6)中的连铸采用钢液全保护浇注，钢包和中间包均加盖保温，中间包钢液液面不低于700mm，钢液浇注过热度15℃～30℃，比水量0.27L/kg～0.33L/kg。

优选的，步骤6)中的连铸，铸坯矫直温度≥900℃，多点矫直。

优选的，轧制时加热温度1180℃～1200℃，允许温差≤30℃，加热时间3.0h～3.5h(铸坯热送，加热时间2.0h～2.8h)，开轧温度1100℃～1180℃，终轧温度≥850℃。

实施钢液的窄成分控制，同一批次：C：±0.01％，Si：±0.03％，Mn、Cr：±0.02％，Ti：±0.015％，B：±0.0002％，H≤2.5×10^-4％，N：±20×10^-4％，T.O≤18×10^-4％。

本发明的硼合金化方法，硼的回收率稳定在90％以上。

本发明技术方案的特点在于：

(1)本发明含硼齿轮钢是在Cr-Mn-Ti系齿轮钢主体成分适当调整的前提下，添加微量B元素。利用钢中Ti元素固氮和细化晶粒，以及在C、Cr、Mn等元素提高钢淬透性作用的基础上，添加微量B元素，利用多种元素的复合作用，显著提高和稳定钢的淬透性，并可用B替代部分Cr、Mn。本发明含硼齿轮钢，与20CrMnTiH及其子钢号相比具有淬透性高和稳定、带窄，使用性能提高，能满足重载汽车及大型轴齿类零件性能要求，可替代部分Cr-Ni-Mo、Cr-Mo系等齿轮钢，生产成本低等特点。

(2)本发明含硼齿轮钢也不同于20MnVB、20Mn₂TiB等齿轮钢，20MnVB、20Mn₂TiB等齿轮钢均是在单一提高淬透性元素Mn的基础上添加硼，使钢的淬透性过分依赖硼的影响，导致在使用中暴露出淬透性不稳定，淬透性带过宽，影响齿轮的加工、尺寸精度和使用寿命提高。

(3)本发明含硼齿轮钢是利用钛的碳氮化物Ti(NC)阻止晶粒长大和固氮作用，充分利用B元素提高钢的淬透性。国外与之成分相近的含硼齿轮钢，如按德国大众企业标准生产ZF6(16CrMnBH)和ZF7(20CrMnBH)等齿轮钢，都是用铝的氮化物AlN阻止晶粒长大，B在此类钢中主要作用是形成球状BN，降低钢中固溶N量，提高钢的韧性。

(4)本发明钢中微量B元素的精确控制。冶炼过程中氧、氮含量的稳定控制，钛含量的合理控制，硼的加入时机和方式以及连铸保护浇注是实现钢中固溶硼含量精准控制的关键。

(5)本发明的含硼齿轮钢在制备过程中炉外精炼实现钢水的窄成分控制，连铸保证无缺陷连铸坯的生产，保证了钢水的洁净度，钢材组织的均匀，细小，致密，带窄，综合性能高。

附图说明

图1～图8为本发明含硼齿轮钢热轧状态金相组织照片。

图1为1#钢热轧状态，100×；图2为2#钢热轧状态，100×；图3为3#钢热轧状态，100×；图4为4#钢热轧状态，100×；图5为1#钢热轧状态，500×；图6为2#钢热轧状态，500×；图7为3#钢热轧状态，500×；图8为4#钢热轧状态，500×。

具体实施方式

以下的实施例用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

生产工艺流程为：电弧炉→LF精炼炉→VD真空精炼炉→大方坯连铸→Φ650轧机轧制。

试验生产4炉次，分别编号1#、2#、3#和4#；对比钢编号5#、6#、7#和8#。

1、电弧炉冶炼

炉料结构为废钢+铁水，铁水比例大于45％；4支炉壁氧枪吹氧脱碳为主，1支炉门氧枪吹氧脱碳为辅；与吹氧相结合，喷吹碳粉造泡沫渣；配加35kg/t～40kg/t石灰造渣脱磷；偏心炉底出钢，留钢留渣操作；出钢过程，底吹氩气搅拌，钢包内渣料加入量13kg/t～16kg/t。按炉次，主要控制工艺参数列于表1。

表1电弧炉冶炼含硼齿轮钢主要工艺参数

炉次编号	炉料结构	总装入量，t	铁水重量，t	铁水比例，％	配碳量，％	熔清C含量，％	终点C含量，％	终点P含量，％	出钢温度，℃	出钢含铝脱氧剂加入量，kg/t
炉次编号	炉料结构	总装入量，t	铁水重量，t	铁水比例，％	配碳量，％	熔清C含量，％	终点C含量，％	终点P含量，％	出钢温度，℃	出钢含铝脱氧剂加入量，kg/t	1#	废钢+铁水	55.40	30.00	54.15	2.47	0.87	0.07	0.010	1665	2.0
2#	废钢+铁水	56.20	28.00	49.82	2.29	0.96	0.06	0.010	1667	2.1	1#	废钢+铁水	55.40	30.00	54.15	2.47	0.87	0.07	0.010	1665	2.0
2#	废钢+铁水	56.20	28.00	49.82	2.29	0.96	0.06	0.010	1667	2.1	3#	废钢+铁水	54.20	28.00	51.66	2.37	0.82	0.09	0.014	1663	2.2
4#	废钢+铁水	54.40	27.30	50.18	2.31	0.76	0.09	0.013	1664	2.0	3#	废钢+铁水	54.20	28.00	51.66	2.37	0.82	0.09	0.014	1663	2.2

2、LF精炼炉冶炼

钢包底吹氩气搅拌，采用SiC扩散脱氧，分析一次样前喂入铝线深脱氧，临近出钢前，喂入钛芯线和硅钙线。主要控制工艺参数和终渣主要成分分别列于表2和表3。

表2LF精炼炉冶炼含硼齿轮钢主要控制工艺参数

炉次编号	到LF炉工位钢液温度，℃	铝线喂入量，kg/t	一次样分析Al含量，％	白渣保持时间，min	出钢温度，℃
炉次编号	到LF炉工位钢液温度，℃	铝线喂入量，kg/t	一次样分析Al含量，％	白渣保持时间，min	出钢温度，℃	1#	1540	0.95	0.067	21	1620
2#	1538	1.02	0.064	22	1621	1#	1540	0.95	0.067	21	1620
2#	1538	1.02	0.064	22	1621	3#	1543	0.96	0.059	19	1616
4#	1534	0.97	0.063	20	1617	3#	1543	0.96	0.059	19	1616

表3LF精炼炉冶炼含硼齿轮钢终渣主要成分(质量百分数，％)

炉次编号	CaO	SiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO
炉次编号	CaO	SiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO	1#	55.31	6.83	17.82	0.21	0.01
2#	54.26	7.41	19.31	0.32	0.01	1#	55.31	6.83	17.82	0.21	0.01
2#	54.26	7.41	19.31	0.32	0.01	3#	56.73	6.97	18.20	0.27	0.01
4#	55.62	8.46	16.95	0.41	0.01	3#	56.73	6.97	18.20	0.27	0.01

3、VD炉真空精炼

钢包入VD炉之前，扒除50％左右的炉渣；钢包至VD炉工位后，加入硼铁(硼铁硼含量21.08％)，然后进行钢液真空处理。主要控制工艺参数列于表4。

表4VD炉真空精炼含硼齿轮钢主要控制工艺参数

炉次编号	VD前加入硼铁量，kg/t	达到真空度67Pa以下时间，min	真空度67Pa以下保持时间，min	氩气流量，L/min	氩气压力，Mpa	真空脱气后【H】含量，10^-4％	真空脱气后钢液温度，℃	软吹时间，min
炉次编号	VD前加入硼铁量，kg/t	达到真空度67Pa以下时间，min	真空度67Pa以下保持时间，min	氩气流量，L/min	氩气压力，Mpa	真空脱气后【H】含量，10^-4％	真空脱气后钢液温度，℃	软吹时间，min	1#	0.040	7	12	156	0.20	1.8	1574	14
2#	0.046	7	12	156	0.26	1.7	1570	13	1#	0.040	7	12	156	0.20	1.8	1574	14
2#	0.046	7	12	156	0.26	1.7	1570	13	3#	0.052	7	12	170	0.23	1.9	1571	11
4#	0.053	7	12	174	0.25	1.6	1572	13	3#	0.052	7	12	170	0.23	1.9	1571	11

4、连铸

连铸机三机三流，铸坯规格260mm×300mm。连铸采用大包长水口氩封保护，中间包加低碳覆盖剂和碳化稻壳保温，中间包钢液液面700mm～750mm，结晶器浸入式水口保护浇注方式。液压非正弦振动；结晶器液位自动控制；采用结晶器电磁搅拌，参数300A/3.0HZ；二冷采用动态控制气一雾冷却的弱冷方式；铸坯三点矫直。生产含硼齿轮钢连铸控制工艺参数列于表5。

表5含硼齿轮钢连铸控制工艺参数

炉次编号	软吹后上钢温度，℃	中间包内钢液温度，℃	拉速，m/min	比水量，L/kg	铸坯进拉矫机温度，℃
炉次编号	软吹后上钢温度，℃	中间包内钢液温度，℃	拉速，m/min	比水量，L/kg	铸坯进拉矫机温度，℃	1#	1568	1532～1540	0.57～0.60	0.30	920
2#	1567	1534～1539	0.57～0.60	0.29	920	1#	1568	1532～1540	0.57～0.60	0.30	920
2#	1567	1534～1539	0.57～0.60	0.29	920	3#	1567	1534～1537	0.57～0.60	0.30	918
4#	1568	1535～1541	0.57～0.60	0.30	921	3#	1567	1534～1537	0.57～0.60	0.30	918

5、轧制

铸坯热送轧制，热送铸坯表面温度700℃～730℃，装入加热炉铸坯表面温度530℃～580℃。加热温度1180℃～1200℃、允许温差≤30℃、加热时间2.0h～2.8h、开轧温度1100℃～1180℃、终轧温度≥850℃，轧制规格Φ130mm的圆钢。生产含硼齿轮钢轧制控制工艺参数列于表6。

表6含硼齿轮钢轧制控制工艺参数

炉次编号	加热温度，℃	加热时间，h	开轧温度，℃	终轧温度，℃
炉次编号	加热温度，℃	加热时间，h	开轧温度，℃	终轧温度，℃	1#	1190	2.4	1140	940
2#	1189	2.5	1141	940	1#	1190	2.4	1140	940
2#	1189	2.5	1141	940	3#	1194	2.4	1142	942
4#	1193	2.4	1141	941	3#	1194	2.4	1142	942

6、结果数据

(1)成分

本发明实施例含硼齿轮钢与对比钢成分列于表7。

表7本发明实施例含硼齿轮钢与对比钢成分(质量百分比，％)

(2)轧材性能检验结果

本发实施例明含硼齿轮钢与对比钢低倍、高倍检验及末端淬透性试验分别列于表8、表9和表10。

表8本发明实施例含硼齿轮钢与对比钢的低倍检验

表9本发明实施例含硼齿轮钢与对比钢的高倍检验

表10本发明实施例含硼齿轮钢与对比钢的末端淬透性试验

由表7可以看出：除B元素外，对比钢5#和6#的其他合金元素与实施例1#～4#钢接近，对比钢7#和8#的Mn、Cr含量较高。

由表8～表10和图1～图8可以看出：本发明含硼齿轮钢低倍组织好，夹杂物级别低，气体含量低，晶粒细小，组织致密，带状组织级别低，末端淬透性明显提高和稳定等优点。

Claims

1.一种含硼齿轮钢，其化学成分质量百分比为：C：0.16％～0.24％，Si≤0.35％，Mn：0.70％～1.25％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.80％～1.45％，Ti：0.020％～0.080％，B：0.0005％～0.0030％，Al：0.015％～0.050％，H≤2.5×10^-4％，N：30×10^-4％～120×10^-4％，T.O≤18×10^-4％；余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的含硼齿轮钢，其特征在于其化学成分质量百分比为：C：0.17％～0.22％，Si：0.15％～0.30％，Mn：0.80％～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：1.00％～1.20％，Ti：0.035％～0.065％，B：0.0008％～0.0015％，Al：0.018％～0.040％，H≤2.5×10^-4％，N：45×10^-4％～85×10^-4％，T.O≤18×10^-4％；余量为Fe及不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的含硼齿轮钢的制备方法，包括初炼、精炼、真空精炼、连铸和轧制工艺步骤，具体步骤如下：

8)轧制。

4.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，步骤2)的出钢过程，钢包全程吹氩搅拌，出钢前中期控制氩气压力1.60MPa～0.60Mpa，中后期控制氩气压力0.60MPa～0.20Mpa。

5.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，步骤4)中的真空精炼为在真空度67Pa以下真空脱气保持时间12min～18min，氩气流量100L/min～300L/min，压力0.20MPa～0.30Mpa。

6.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，步骤6)中的连铸采用钢液全保护浇注，钢包和中间包均加盖保温，中间包钢液液面不低于700mm，钢液浇注过热度15℃～30℃，比水量0.27L/kg～0.33L/kg。

7.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，步骤6)中的连铸，铸坯矫直温度≥900℃，多点矫直。

8.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，轧制时加热温度1180℃～1200℃，允许温差≤30℃，加热时间3.0h～3.5h(铸坯热送，加热时间2.0h～2.8h)，开轧温度1100℃～1180℃，终轧温度≥850℃。

9.如权利要求3所述的含硼齿轮钢的制备方法，其特征在于，实施钢液的窄成分控制，同一批次：C：±0.01％，Si：±0.03％，Mn、Cr：±0.02％，Ti：±0.015％，B：±0.0002％，H≤2.5×10^-4％，N：±20×10^-4％，T.O≤18×10^-4％。