CN103643158A - 一种低成本CrMnTi系齿轮钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.17%～0.22%，Si：0.18%～0.30%，Mn：0.80～1.10%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：1.00%～1.20%，Ti:0.04%～0.08%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O≤20×10^{～ 6}，H≤2×10^{～ 6}，N≤70×10^{～ 6}，剩余的为Fe，通过首先转炉冶炼，然后炉外精炼，再进行连铸，再次进行加热轧制，最后进行在线倒棱，制得CrMnTi系齿轮钢。有效降低了生产成本，另外，本发明采取圆钢在线倒棱处理替代离线精整处理，极大提高生产效率，减少了离线精整处理，有效降低了生产工序成本。

Description

一种低成本CrMnTi系齿轮钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种特殊合金钢，更具体地说，本发明涉及一种用于交通运输工具及工程机械用的变速箱、齿轮、桥传动总成和工业专用等CrMnTi系齿轮钢及其生产方法。

背景技术

CrMnTi系齿轮钢主要用于交通运输工具及工程机械的变速箱、齿轮、桥传动总成等，因此齿轮钢的质量是保证交通运输工具及工程机械安全的关键材料。齿轮钢的质量对齿轮的使用寿命有着直接的影响，由于各国资源状态和生产工艺条件的差异，每个国家和地区生产和应用的齿轮钢合金系列不尽相同。Cr～Mn～Ti系齿轮钢是当前国内齿轮钢的主要钢种，占各类齿轮钢总量的50%以上。为降低齿轮钢的生产成本，并保证其使用寿命及加工性能，现有技术中的生产工艺主要有如下几种：

参见图1～图4，公开号CN101289731，名为“CrMnTi系窄淬透性带齿轮钢及其制造方法”的发明专利，制得的CrMnTi系齿轮钢具有成分均匀、晶粒细小、末端淬透性带窄、纯净度高、表面质量好的优点。但该专利主要采用LF精炼、较少采用VD真空脱气导致钢中的气体含量较高，氧含量基本都达到15ppm左右；而且该专利采用的最大铸坯为260mm×300mm，只能生产规格至160mm的圆钢，对于大规格如130mm必须采用轧制缓冷以及离线精整处理，增加了工序成本。

参见图1～图4，公开号CN 102011057 A，名为“一种CrMnTi系齿轮钢及其加工工艺”的发明专利，该专利主要采用专门配方，成分配比中，Mn、Cr含量控制较高，其中Mn含量实际控制在0.97%～1.03%，Cr含量实际控制在1.13%～1.18%，而且采用控轧控冷工艺、以及轧后缓冷工艺，增加了工序成本。

公开号CN 1554791，名为“提高齿轮钢的淬透性与热加工性能的方法”的发明专利，通过调整精炼过程中磷铁的加入量，控制成品钢中的P含量为0.018%～0.026%，从而有效提高齿轮钢的淬透性，离开淬火端9mm处的HRC可提高1～10，把齿轮钢在锻造、热处理、热加工过程中的开裂比例减少20%～40%。由于该种生产过程中对P含量的要求严格，导致冶炼难度较大，极大提高了制造成本，也导致J9mm处的淬透性带波动较大。

公开号CN1851024，名为“重载齿轮钢”，Mn、Cr含量较高，Mn含量达到1.4%、Cr含量达到1.6%左右，生产制造成本较高。

公开号CN1O1O96742，名为“高强度汽车用齿轮钢”的发明专利，通过添加微量Nb、V，改善齿轮钢晶粒度、淬透性及其带宽，添加了0.015%～0.080%的Nb、0.03%～0.09%的V以及0.15%～0.55%的Mo，由于添加了一定比例的Nb、V、Mo贵金属，生产制造成本相对高。

综上所述，目前生产CrMnTi齿轮钢为了提高淬透性及其带宽、改善晶粒度及硬度，主要通过提高Mn、Cr含量或者添加其它贵金属如Nb、V、Mo等，采取轧后缓冷工艺，在当前钢铁经济不景气时期，这些方法或工艺导致生产制造成本增加，制约了广大钢铁企业的发展。

发明内容

为克服上述的技术缺点，本发明提供一种性能稳定、易加工、使用寿命延长，而且生产成本较低的低成本CrMnTi系齿轮钢及其生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.17%～0.22%，Si：0.18%～0.30%，Mn： 0.80～1.10%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：1.00%～1.20%，Ti:0.04%～0.08%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O≤20×10^～6，H≤2×10^～6，N≤70×10^～6，剩余的为Fe。

其生产方法包括如下步骤：

第一步：转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%，控制好终点出钢下渣，将P控制在≤0.020%；

第二步:炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在小于0.266KPa真空度下处理时间≥15min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；

第三步：连铸，采用≤50℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；

第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1110℃～1240℃，加热时间≥280min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1100℃～1160℃，终轧温度为850℃～950℃；

第五步：在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

本发明的有益效果是：通过冶炼过程的严格控制，钢坯的成分窄带化、成分均匀性控制良好，为实现齿轮钢淬透性带≤6HRC提供了保障；同时，相对于当前国内较多钢厂的CrMnTi系齿轮钢将Mn、Cr合金元素控制在标准中上限，本发明将钢中的合金元素Mn、Cr含量控制在标准下限，同时不添加昂贵的Mo、Ni等合金元素，有效降低了生产成本，另外，本发明采取圆钢在线倒棱处理替代离线精整处理，极大提高生产效率，减少了离线精整处理，有效降低了生产工序成本。

附图说明

图1是本发明五个实施例与两个对比文件之间20CrMnTiH齿轮钢成品化学成分对比图；

图2是本发明五个实施例与两个对比文件之间20CrMnTiH齿轮钢冶炼轧制控制对比图；

图3是本发明五个实施例与两个对比文件之间20CrMnTiH齿轮钢高低倍组织的对比图；

图4是本发明五个实施例与两个对比文件之间20CrMnTiH齿轮钢末端淬透性的对比图。

具体实施方式                                              

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.17%～0.22%，Si：0.18%～0.30%，Mn： 0.80～1.10%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：1.00%～1.20%，Ti:0.04%～0.08%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O≤20×10^～6，H≤2×10^～6，N≤70×10^～6，剩余的为Fe。

其生产方法包括如下步骤：

第一步：转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%，控制好终点出钢下渣，将P控制在≤0.020%；

第二步:炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在小于0.266KPa真空度下处理时间≥15min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；

第三步：连铸，采用≤50℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；

第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1110℃～1240℃，加热时间≥280min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1100℃～1160℃，终轧温度为850℃～950℃；

第五步：在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

实施例1：参见图1～图4，一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.19 %，Si：0.26%，Mn：0.86%，S：0.004 %，P:0.018%，Cr：1.05%，Ti:0.046%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O：8ppm，H：0.4ppm，N：43ppm ，余量为Fe，选取上述材料首先进行转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%～0.12%，控制好终点出钢下渣，将P控制在0.011%～0.018%；然后进行炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在120Pa真空度下处理23min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；再进行连铸，采用24℃～43℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；再加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1162℃～1208℃，加热312min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1154℃，终轧温度为944℃；最后再进行在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

实施例2：参见图1～图4，一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.19 %，Si：0.26%，Mn：0.85%，S：0.001 %，P:0.018%，Cr：1.06%，Ti:0.054%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O：10ppm，H：0.5ppm，N：35ppm ，余量为Fe，选取上述材料首先进行转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%～0.12%，控制好终点出钢下渣，将P控制在0.011%～0.018%；然后进行炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在144Pa真空度下处理21min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；再进行连铸，采用24℃～43℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；再加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1168℃～1201℃，加热300min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1148℃，终轧温度为937℃；最后再进行在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

实施例3：参见图1～图4，一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.20 %，Si：0.25%，Mn：0.84%，S：0.002%，P:0.019%，Cr：1.06%，Ti:0.055%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O：7ppm，H：0.7ppm，N：44ppm ，余量为Fe，选取上述材料首先进行转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%～0.12%，控制好终点出钢下渣，将P控制在0.011%～0.018%；然后进行炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在135Pa真空度下处理19min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；再进行连铸，采用24℃～43℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；再加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1174℃～1196℃，加热305min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1141℃，终轧温度为929℃；最后再进行在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

实施例4：参见图1～图4，一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.20 %，Si：0.25%，Mn：0.84%，S：0.002%，P:0.014%，Cr：1.05%，Ti:0.055%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O：12ppm，H：0.4ppm，N：32ppm ，余量为Fe，选取上述材料首先进行转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%～0.12%，控制好终点出钢下渣，将P控制在0.011%～0.018%；然后进行炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在170Pa真空度下处理22min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；再进行连铸，采用24℃～43℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；再加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1165℃～1206℃，加热302min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1149℃，终轧温度为934℃；最后再进行在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

实施例5：参见图1～图4，一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其组分及其重量百分比是：C：0.20 %，Si：0.23%，Mn：0.83%，S：0.003%，P:0.012%，Cr：1.07%，Ti:0.044%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O：13ppm，H：0.2ppm，N：38ppm ，余量为Fe，选取上述材料首先进行转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%～0.12%，控制好终点出钢下渣，将P控制在0.011%～0.018%；然后进行炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在133Pa真空度下处理17min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；再进行连铸，采用24℃～43℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；再加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1169℃～1198℃，加热294min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1152℃，终轧温度为941℃；最后再进行在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

通过冶炼过程的严格控制，钢坯的成分窄带化、成分均匀性控制良好，为实现齿轮钢淬透性带≤6HRC提供了保障；同时，相对于当前国内较多钢厂的CrMnTi系齿轮钢将Mn、Cr合金元素控制在标准中上限，本发明将钢中的合金元素Mn、Cr含量控制在标准下限，同时不添加昂贵的Mo、Ni等合金元素，有效降低了生产成本。另外，本发明采取圆钢在线倒棱处理替代离线精整处理，极大提高生产效率，减少了离线精整处理，有效降低了生产工序成本。

Claims (2)

1.一种低成本CrMnTi系齿轮钢，其特征在于组分及其重量百分比是：C：0.17%～0.22%，Si：0.18%～0.30%，Mn： 0.80～1.10%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：1.00%～1.20%，Ti:0.04%～0.08%,Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Mo≤0.05%，O≤20×10^～6，H≤2×10^～6，N≤70×10^～6，剩余的为Fe。

2.制备如权利要求1所述低成本CrMnTi系齿轮钢，其特征在于生产方法包括如下步骤：

第一步：转炉冶炼，严格控制终点C控制≥0.08%，控制好终点出钢下渣，将P控制在≤0.020%；

第二步:炉外精炼，确保炉渣流动性良好和渣色变白，同时控制好Ar气压防止钢水翻滚厉害产生卷渣， 对钢水进行真空脱气处理，在小于0.266KPa真空度下处理时间≥15min，在脱气过程加入钛铁合金进行钛合金化处理，将钢中的氧含量控制在20ppm以下，精炼结束后，进行软吹氩处理，确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除；

第三步：连铸，采用≤50℃的低过热度、恒温恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包水口浸入、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或红送加热轧制；

第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，加热温度为1110℃～1240℃，加热时间≥280min，铸坯出炉后采用高压除鳞保证钢坯表面氧化铁皮除净，控制粗轧开轧温度为1100℃～1160℃，终轧温度为850℃～950℃；

第五步：在线倒棱，在圆钢轧制结束后进行对其进行热锯定尺，送上冷床自然冷却，使用在线倒棱设备进行圆钢端部倒棱处理，制得CrMnTi系齿轮钢。

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