CN110229996B

CN110229996B - 一种汽车变速箱齿轮用钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN110229996B
Application number: CN201910468901.6A
Authority: CN
Inventors: 朱坦华; 许海平; 李玉谦; 徐斌; 王利伟; 肖振会; 鲁晓旭; 卢巧婷
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110229996A

Abstract

一种汽车变速箱齿轮用钢及生产工艺，其化学成分的重量百分含量为：C 0.18％～0.20％、Si 0.20％～0.28％、Mn 0.90％～1.00％、Cr 1.05％～1.15％、Ti 0.05％～0.07％、S≤0.012％、P≤0.020％、Als 0.015％～0.030％、Ca 0.0015％～0.0030％、Ni≤0.03％、Mo≤0.03％、B≤0.0006％、O≤0.0015％、N≤0.0060％；生产工艺中，转炉冶炼终点碳0.08‑0.12wt%，终点磷≤0.015wt%；LF精炼白渣保持时间15～30分钟；RH精炼真空度在100Pa以下，纯脱气时间10～15min，软吹时间10～15min；连铸工序全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用低碳保护渣，采用低过热度浇铸；铸坯加热段温度1140～1180℃，均热段温度1150～1180℃；轧制工序开轧温度1000～1050℃，终轧温度900～950℃；采用本发明所生产的汽车变速箱齿轮用钢具有高均质化、窄淬透性的特点。

Description

一种汽车变速箱齿轮用钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及齿轮用钢的生产工艺，尤其涉及一种汽车变速箱齿轮用钢及其生产工艺。

背景技术

汽车变速箱是汽车的核心组成部分，汽车变速箱齿轮由于在高转速高负荷、且转速和负荷不断交变的条件下服役，因此要求变速箱齿轮表面具有高强度、高硬度、良好的耐磨性，要求齿轮心部具有良好的强韧性，同时要求变速箱齿轮啮合精度高、工作噪音低。汽车变速箱齿轮用钢必须满足加工性和使用性两方面要求，加工性是指易于加工成齿轮，使用性是指汽车变速箱工作状态具有满意的工作性能，这就对汽车变速箱齿轮用钢提出了更高要求。汽车变速箱齿轮用钢高均质化、窄淬透性可显著改善齿轮热处理变形且保持变形稳定性，并增强啮合精度、减轻工作噪音。

公开号为109468532的中国专利申请公开了《一种变速器齿轮用钢及其生产方法》，该发明变速器齿轮用钢化学成分中添加了贵金属元素钼，因此制造成本相对较高，该发明获得的齿轮用钢达到了淬透性带在4HRC以内、晶粒度达到7级以上，但该发明未提及带状组织、硬度等其它衡量齿轮用钢均质化性能指标。

公开号为108342640的中国专利申请公开了《一种高淬透性齿轮钢及其制造方法》，该发明公开了一种高淬透性齿轮钢，化学成分中添加了贵金属元素钼、镍、铌，制造方法采用电炉冶炼，因此制造成本相对较高，但该发明未提及带状组织、硬度等其它衡量齿轮用钢均质化性能指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车变速箱齿轮用钢及其生产工艺，可实现汽车变速箱齿轮用钢高均质化、窄淬透性要求，满足汽车变速箱齿轮加工使用要求。

本发明所采用的技术方案为：

一种汽车变速箱齿轮用钢，其化学成分的重量百分含量为：C 0.18％～0.20％、Si0.20％～0.28％、Mn 0.90％～1.00％、Cr 1.05％～1.15％、Ti 0.05％～0.07％、S≤0.012％、P≤0.020％、Als 0.015％～0.030％、Ca 0.0015％～0.0030％、Ni≤0.03％、Mo≤0.03％、B≤0.0006％、O≤0.0015％、N≤0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、轧制和冷却工序；

所述转炉冶炼工序控制终点成分碳为0.08-0.12wt%，控制终点成分磷≤0.015wt%；

所述LF精炼工序白渣保持时间15～30分钟；

所述RH精炼工序真空度在100Pa及以下，纯脱气时间10～15min，软吹时间10～15min；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用低碳保护渣，采用低过热度浇铸；

所述铸坯加热工序加热段温度控制在1140～1180℃，均热段温度控制在1150～1180℃；

所述铸坯轧制工序开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在900～950℃。

上述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，所述LF精炼采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；

所述连铸工序连浇包钢水温度1525～1540℃；拉速控制在1.10±0.05m/min；二冷比水量控制在0.48±0.03L/Kg。

上述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，所述铸坯加热工序同一根铸坯温差不大于30℃，在炉总时间不低于150min，铸坯出炉间隔时间100-120支/S。

上述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，所述冷却工序圆钢下线温度不低于450℃，圆钢下线后采用下铺上盖热钢避风堆冷不低于24小时。

上述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，所述连铸工序开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.3Hz；开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.3Hz，铸坯下线避风堆冷不少于24小时。

本发明化学成分采用了窄成分设计、严格控制显著影响淬透性的残余元素Ni、Mo、B含量，是保证汽车变速箱齿轮用钢获得窄淬透性的前提；采用连铸低过热度控制、结晶器电搅和末端电搅联合使用、恒拉速浇铸、二冷配水弱冷冷却、提高铸坯加热温度、降低加热温差控制铸坯温度均匀性、降低圆钢终轧温度等多方面工艺技术联合投用，最大程度保证了汽车变速箱齿轮用钢高均质化，从而获得窄淬透性；采用控制圆钢下线温度、圆钢下线冷却方式等工艺措施，保证圆钢最终获得有利于加工使用的硬度和组织。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明铸坯端面尺寸200mm×200mm，生产的规格为Φ50mm～Φ80mm的汽车变速箱齿轮用钢具有高均质化、窄淬透性特点，带状组织≤2.5级，硬度170-200HBW，同批次圆钢硬度最大离散值不大于15HBW，淬透性J9=32-38HRC、J15=26-33HRC，且同一炉钢淬透性最大离散值不大于4HRC。本发明所述的汽车变速箱齿轮用钢完全满足汽车变速箱齿轮加工使用要求。

具体实施方式

一种汽车变速箱齿轮用钢的生产工艺，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、铸坯轧制、圆钢冷却工序；

转炉采用底吹模式，保证早化渣、化好渣，控制终点成分碳为0.08-0.12wt%，控制终点成分磷≤0.015 wt %;

LF精炼进站加石灰、萤石，喂铝线后根据渣况加碳化硅、铝粒等造白渣，白渣保持时间15～30分钟；采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；

RH精炼真空度在100Pa及以下，纯脱气时间10～15min，软吹时间12～15min，软吹时以渣面微动、钢液面不裸露为宜，钢水出站温度控制在1570～1585℃；

连铸采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用低碳保护渣，采用低过热度浇铸，连浇包钢水温度1525～1540℃；保持恒拉速，拉速控制在1.10±0.05m/min；二冷比水量控制在0.48±0.03L/Kg；开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.3Hz；开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.3Hz；铸坯端面尺寸200mm×200mm，铸坯下线避风堆冷不少于24小时；

铸坯在加热炉加热，加热段温度控制在1140～1180℃，均热段温度控制在1150～1180℃，同一根铸坯温差不大于30℃，在炉总时间不低于150min，铸坯出炉间隔时间100-120支/S；

铸坯出加热炉进行高压水除鳞，保证氧化铁皮去除干净，铸坯开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在900～950℃。

圆钢轧后经冷床冷却后快速下线，圆钢下线温度不低于450℃，圆钢下线后采用下铺上盖热钢避风堆冷不低于24小时。

以下通过具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

实施例1－5：一种汽车变速箱齿轮用钢及其生产工艺具体如下所述：

（1）化学成分含量：各实施例汽车变速箱齿轮用钢的具体成分配比见表1：

表1：各实施例的化学成分（wt%）

表1中，成分的余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）工艺条件：各实施例中转炉、LF精炼、RH精炼工序的具体工艺参数见表2，连铸工序的具体工艺参数见表3，加热工序的具体工艺参数见表4，轧制、冷却工序的具体工艺参数见表5：

表2：转炉、LF精炼、RH精炼工序的具体工艺参数

表3：连铸工序的具体工艺参数

表4：加热工序的具体工艺参数

表5：轧制和冷却工序的具体工艺参数

（3）性能检验：对各实施例生产的汽车变速箱齿轮用钢进行检验，各项性能的检验过程为：带状组织按GB/T 13299-91《钢的显微组织评定方法》进行检验；淬透性按GB/T225-2006《钢淬透性的末端淬火试验方法》进行检验，920℃保温35min正火，880℃保温35min淬火。硬度按GB/T 231.1-2009《金属布氏硬度试验第1部分:试验方法》进行检验。所得检验结果见表6。

表6：各实施例产品的性能指标

由表6可以看出，本发明生产的规格为Φ50mm～Φ80mm的汽车变速箱齿轮用钢带状组织≤2.5级，硬度170-200HBW，同批次圆钢硬度最大离散值不大于15HBW，淬透性J9=32-38HRC、J15=26-33HRC，且同一炉钢淬透性最大离散值不大于4HRC。本发明所述的汽车变速箱齿轮用钢具有高均质化、窄淬透性特点，完全满足汽车变速箱齿轮加工使用要求。

Claims

1. 一种汽车变速箱齿轮用钢，其特征在于：该齿轮用钢化学成分的重量百分含量分别为：C 0.18％～0.20％、Si 0.20％～0.28％、Mn 0.90％～1.00％、Cr 1.05％～1.15％、Ti0.05％～0.07％、S≤0.012％、P≤0.020％、Als 0.015％～0.030％、Ca 0.0015％～0.0030％、Ni≤0.03％、Mo≤0.03％、B≤0.0006％、O≤0.0015％、N≤0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述汽车变速箱齿轮用钢由下述工艺生产：包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、轧制和冷却工序：

所述LF精炼工序白渣保持时间15～30分钟；采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用低碳保护渣，采用低过热度浇铸；连浇包钢水温度1525～1540℃；拉速控制在1.10±0.05m/min；二冷比水量控制在0.48±0.03L/kg；开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.3Hz；开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.3Hz，铸坯下线避风堆冷不少于24小时；

所述铸坯加热工序加热段温度控制在1140～1180℃，均热段温度控制在1150～1180℃；同一根铸坯温差不大于30℃，在炉总时间不低于150min，铸坯出炉间隔时间100-120支/S；

所述铸坯轧制工序开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在935～950℃。

2.如权利要求1所述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、轧制和冷却工序，其特征在于：

3.如权利要求2所述的一种汽车变速箱齿轮用钢生产工艺，其特征在于：所述冷却工序圆钢下线温度不低于450℃，圆钢下线后采用下铺上盖热钢避风堆冷不低于24小时。