CN114196872A - 一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:C:0.17~0.20%、Si:0.17~0.25%、Mn:0.8~0.85%、Cr:1~1.1%、Al:0.02~0.03%、Ti:0.04~0.05%、N:0.009~0.014%、V:0.01~0.03%、Mo≤0.02%、Ni≤0.03%、Cu≤0.05%、Nb≤0.02%、Ca≤0.004%、B≤0.0003%。此外,本发明还公开了一种由上述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得的棒材。另外,本发明还公开了上述棒材的制造方法,其包括步骤:(1)冶炼和浇铸;(2)加热;(3)锻造或轧制;(4)淬火+回火:其中淬火的奥氏体化温度为840~1050℃,奥氏体化后采用油淬;回火温度为180~220℃,回火后空冷或水冷。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材、棒材及其制造方法,尤其涉及一种20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法。
背景技术
齿轮是汽车、工程机械及机械制造业中非常重要的传动零件。在传递动力和改变速度的运行过程中,齿轮的啮合齿面之间既存在滚动,又存在滑动,且轮齿根部还会受到交变弯曲应力的作用。
近年来,随着齿轮钢应用领域朝着高速、重载、精密和低噪音的方向发展,市场要求齿轮不仅需要具有良好的强韧性、耐磨性,能良好地承受冲击、弯曲和接触应力,还需要具有热处理变形小、尺寸精度高等优异性能。这就对于齿轮钢材的质量提出了更高的要求,市场普遍要求齿轮钢的洁净度高(氧含量≤15ppm)、淬透性窄、组织均匀、晶粒匀细、夹杂物细小弥散、表面质量好等特性。
淬透性是齿轮用钢的最重要技术指标之一,其能够直接影响齿轮的强韧性和齿轮加工过程中的热处理变形性能,进而影响齿轮产品的疲劳寿命及齿轮工作过程中的平稳性能。
相应地,齿轮钢末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后的变形量影响很大,渗碳齿轮钢要求淬透性带宽必须很窄,淬透性带宽愈窄,离散度愈小,愈有利于齿轮的加工及提高其啮合精度,且要求批量之间的波动性很小,以使批量生产的齿轮的热处理质量稳定,配对啮合性能提高,延长使用寿命。另外,当钢材的淬透性带宽控制不严时,很容易出现心部硬度超差的现象,为避免齿轮因心部硬度过高或过低出现早期失效(脆断或过载断裂),汽车用齿轮往往要求钢材具有特定范围的淬透性带宽。
然而,目前我国GB/T5216中对20CrMnTiH下2/3带的淬透性要求为J5=36-44HRC,J9=30-38HRC,J15=22-31HRC,相当于淬透性带宽超过8HRC,汽车行业对淬透性带宽的要求比国标严格,但也仅限于带宽≤7HRC。
近年来,国外广泛使用特定范围的窄淬透性齿轮钢,生产高精度、高性能齿轮,以减轻汽车自重、提高承载能力和运行的安全稳定性。缩小齿轮钢的淬透性带宽成为近年来国内外齿轮钢研究的热点。
20CrMnTiH作为我国用量最大的齿轮钢,在国内的汽车生产企业得到了广泛应用。由于该钢种主要元素价格低廉、晶粒长大倾向小、大家对其工艺比较熟悉等,在我国齿轮行业中的统治地位难以动摇,故应继续提高和稳定主体钢种20CrMnTiH的实物质量,其中非常重要的一点是需要根据用户不同使用需求,提供特定范围的窄淬透性带宽钢种,但由于20CrMnTiH钢具有自身的特殊钢种特性,其淬透性带宽的控制相对于其他齿轮钢难度更大。
基于此,为了克服以上缺陷,期望获得一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,该钢材满足了用户对20CrMnTiH低窄带宽特性的需求,其具有较好的强韧性,可以用来替代20CrMoH齿轮钢,从而达到降低成本的目的。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,该高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢通过合理的化学成分设计,可以满足用户对20CrMnTiH钢在J5、J9和J15这三个点最窄4HRC带宽的需求,其具有较好的强韧性,可以用于替代20CrMoH齿轮钢,以达到降低成本的目的。
该20CrMnTiH齿轮钢在具有良好淬透性的同时,还具有低窄的淬透性带,同时保持有优异的力学性能,其强韧性较高且适用性广泛,具有良好的使用前景和价值。
为了实现上述目的,本发明提出了一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:
C:0.17~0.20%、Si:0.17~0.25%、Mn:0.8~0.85%、Cr:1~1.1%、Al:0.02~0.03%、Ti:0.04~0.05%、N:0.009~0.014%、V:0.01~0.03%、0<Co≤0.10%、Mo≤0.02%、Ni≤0.03%、Cu≤0.05%、Nb≤0.02%、Ca≤0.004%、B≤0.0003%。
进一步地,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,其各化学元素质量百分含量为:
C:0.17~0.20%、Si:0.17~0.25%、Mn:0.8~0.85%、Cr:1~1.1%、Al:0.02~0.03%、Ti:0.04~0.05%、N:0.009~0.014%、V:0.01~0.03%、0<Co≤0.10%;余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,各化学元素的设计原理具体如下所述:
C:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,随着奥氏体中C元素含量的增加,可以显著降低钢的临界冷却速度,使钢的临界直径增大,从而提高钢的淬透性值。需要说明的是,若钢中C元素含量太低,则会导致低温相变组织如马氏体和下贝氏体的含量降低,无法使钢获得较高的抗拉强度。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将C元素的质量百分比控制在0.17~0.20%之间。
Si:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,Si是强化铁素体的元素,其可以在一定程度内提高钢的淬透性。同时,Si元素可以在钢中以置换方式替代Fe原子,从而阻碍位错运动,有益于钢材强度提升。因此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将Si元素的质量百分比控制在0.17~0.25%之间。
Mn:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,Mn元素能够提高珠光体的形核功和转变激活能,降低珠光体的形核率和长大速度。同时,Mn元素及其碳化物可以有效溶于奥氏体中,从而使奥氏体等温转变曲线右移,增大过冷奥氏体稳定性,以抑制珠光体转变,提高钢的淬透性。因此,为了保证钢的淬透性,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将Mn元素的质量百分比控制在0.8~0.85%之间。
Cr:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,Cr元素在钢中所起到的作用与上述Mn元素类似,Cr元素同样能够提高珠光体的形核功和转变激活能,降低珠光体的形核率和长大速度,增加过冷奥氏体的稳定性,提高钢的淬透性。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将Cr元素的质量百分比控制在1~1.1%之间。
Al:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,Al元素可以在炼钢过程中形成细小的AlN析出,其能够在后续的冷却过程中抑制奥氏体晶粒长大,细化奥氏体晶粒,从而降低钢的淬透性。需要注意的是,钢中Al元素含量不宜过高,钢中Al元素含量过高会导致较大的Al的氧化物形成,粗大的氧化铝硬质夹杂会恶化钢的疲劳性能。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将Al元素的质量百分比控制在0.02~0.03%之间。
Ti:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,Ti元素的作用较为复杂,其对淬透性的影响可以从两个方面来看。一方面,Ti可以固溶于基体中,从而能够有效提高钢的淬透性;另一方面,Ti可以形成较难溶的粒子,以控制晶粒度,从而在淬火时可以为新相的形成提供了有利的形核质点的位置,降低了钢的淬透性。同时,Ti元素还会与C元素结合形成TiC,降低钢中C元素含量,从而降低了钢的淬透性。因此,综合Ti元素的有益效果和不利影响,需要严格控制钢中Ti含量。当钢中Ti元素含量低于0.04%,则固溶钛量会降低,从而使钢的淬透性降低;而若钢中Ti元素含量高于0.05%时,则固溶钛量达到了饱和,Ti会同氮和碳结合,从而形成大量的TiC,Ti(CN),TiN,不仅会降低淬透性,还会对钢的疲劳性能产生不利影响。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将Ti元素的质量百分比控制在0.04~0.05%之间。
N:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,N元素可以在钢中与Al元素或Ti元素结合形成AlN或TiN,以起到细化奥氏体晶粒的作用,降低钢的淬透性。同时,N元素还可以与B元素结合生成氮化硼,从而降低钢中固溶硼的含量,导致钢的淬透性降低,但钢中N元素含量增加会导致其在缺陷处富集量增加,形成粗大的氮化物析出颗粒,影响钢低温冲击功。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将N元素的质量百分比控制在0.009~0.014%之间。
V:在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,V元素可以与C元素形成VC,细小的VC会对位错起到一定的阻碍作用,从而提高钢的强度。需要注意的是,在较高温度回火的条件下,若钢中C元素含量和V元素含量均较高时,会形成粗大的VC颗粒,降低钢的冲击性能。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,将V元素的质量百分比控制在0.01~0.03%之间。
Co:Co降低了过冷奥氏体的稳定性,使马氏体开始转变温度Ms点升高,溶入基体中使基体强度提高,但过多会引起钢塑性和冲击韧性的下降。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,控制Co元素的质量百分比为0<Co≤0.10%。
另外需要说明的是,在本技术方案中,为了保证钢的淬透性效果,需要控制Mo、Ni、Cu、Nb和Ca元素这些元素的上限。因此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中将上述元素的质量百分比控制为:Mo≤0.02%、Ni≤0.03%、Cu≤0.05%、Nb≤0.02%、Ca≤0.004%。
此外,对于本技术方案来说,B元素可以进一步提高钢的淬透性。B元素在化学元素周期表中位于第2周期,是ⅢA族的第1个元素,原子序数为5,介于金属与非金属之间。因此,B不仅能与S、C等非金属化合,而且与N、O有很强的亲和力,同时极易与Ti等金属反应生成极硬的硼化物TiB2。由于钢中O、N与B的结合力很强,因此,应尽量降低钢中O、N元素质量分数,而通过向钢中加入适量Al进行脱氧和Ti进行固氮是一种常见而且有效的手段。B提高淬透性的机理目前比较认可的解释是奥氏体晶界能降低机理,该机理认为:在奥氏体转化过程中,新相(指铁素体)成核最容易在晶界处发生。由于B吸附在晶界上,填充了缺陷,这样就降低了晶界能位,使新相成核困难,从而使奥氏体稳定性增加。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,控制B元素的质量百分比为B≤0.0003%。
在某些实施方式下,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢还可以含有下述各化学元素的至少其中之一:0<Pb≤0.10%、0<Sn≤0.10%、0<Bi≤0.10%、0<Te≤0.10%
Pb、Sn、Bi、Te元素均是常见的易切削元素,在钢中含有一定数量的一种或几种这些元素可以改善钢的易切削性能,减少切削抗力,提高加工表面光洁度,延长刀具使用寿命,但过多会对基体的连续性产生不利影响,影响韧性。基于此,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,在添加这些可选元素的情况下,控制这些元素的质量百分比为Pb≤0.10%、Sn≤0.10%、Bi≤0.10%、Te≤0.10%。
但需要注意的是,上述元素的加入会增加材料的成本,综合考虑到性能与成本控制,在本发明所述的技术方案中,可以优选地添加上述元素的至少其中之一。
进一步地,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,在其他不可避免的杂质中,各杂质元素含量满足下述各项的至少其中之一:P≤0.015%、S≤0.005%、H≤0.0002%、O≤0.002%。
在上述技术方案中,P、S、H和O均为钢中的杂质元素,在技术条件允许情况下,为了获得性能更好且质量更优的钢材,应尽可能降低钢中杂质元素的含量。
其中,杂质元素P可以固溶于奥氏体当中,增加钢的淬透性,钢中P元素的化学元素质量百分比不宜过高,需要控制为P≤0.015%。此外,杂质元素S能够在钢中和Mn结合生成MnS,减弱Mn的强化作用,导致钢的淬透性下降,因此,在本发明中控制S元素含量为S≤0.005%。
相应地,O元素可以与钢种的Al和Ti形成Al2O3、TiO等,为了保证钢组织均匀性和低温冲击功,钢中O元素含量需要控制为O≤0.002%。另外,H元素受到钢中刃型位错静水压力场的作用,会在缺陷处聚集,形成氢脆。在抗拉强度级别高的钢中,位错、亚晶界等密度高,若钢中H元素含量过高,则会在钢淬火和回火热处理后,缺陷处富集较多的H原子,H原子聚集会形成H分子,导致钢发生延迟断裂。因此,在本发明中H元素含量控制为H≤0.0002%。
进一步地,在本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢中,其微观组织为回火马氏体+回火贝氏体+残余奥氏体。
相应地,本发明的另一目的在于提供一种棒材,该棒材不仅具有优异的力学性能还具有低窄的淬透性带,其屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J;在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽均≤4HRC。
为了实现上述目的,本发明提出了一种棒材,其采用上述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得。
进一步地,在本发明所述的棒材中,其性能满足下述各项的至少其中之一:屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J;在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽≤4HRC。
在上述技术方案中,需要解释的是,在本发明中,关于本发明所述淬透性的表达,其中J5表示距离端部5mm处的硬度,J9表示距离端部9mm处的硬度,相应地,J15表示距离端部15mm处的硬度。
此外,本发明的又一目的在于提供上述的棒材的制造方法,该制造方法生产简单,所获得的棒材不仅具有优异的力学性能,还具有低窄的淬透性带,具有良好的使用前景和应用价值。
为了实现上述目的,本发明提出了上述的棒材的制造方法,其包括步骤:
(1)冶炼和浇铸;
(2)加热;
(3)锻造或轧制;
(4)淬火+回火:其中淬火的奥氏体化温度为840~1050℃,奥氏体化后采用油淬;回火温度为180~220℃,回火后空冷或水冷。
在本发明的上述技术方案中,本发明所述的制造方法通过采用淬火+低温回火热处理工艺,从而可以形成回火马氏体+回火贝氏体+残余奥氏体的基体组织,以消除钢材的内应力,使所获得的棒材具有良好的组织均匀性。
在本发明所述的步骤(4)中,钢材经锻造或轧制后可以加热到840-1050℃保温后淬火。在上述加热过程中,碳化物形成元素Ti、Mn和Cr的碳氮化物能够全部或部分溶解,未溶解的碳氮化物钉轧奥氏体晶界,从而避免奥氏体晶粒过于粗大,以实现淬火后晶粒细化的目的,提高钢的强韧性。在淬火冷却过程中,固溶在奥氏体中的合金元素可以提高钢的淬透性,使得最终马氏体更加细小,此类组织具有良好的强韧性。
需要说明的是,在上述步骤(4)中,淬火后的钢可以在180~220℃的回火温度下做低温回火热处理,使在淬火过程中,由于形成残余奥氏体和缺陷密度较大的贝氏体和马氏体组织导致的内应力分布不均现象得以较大程度改善,以保证钢材具有良好的强韧性。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(2)中,控制加热温度为1050~1250℃。
在上述技术方案中,在步骤(2)中,可以控制加热温度为1050~1250℃加热奥氏体化。在加热过程中,钢中Ti的碳氮化物、Mn、Cr的碳化物可以部分或全部溶解于奥氏体中。在随后的锻造或轧制以及冷却过程中,Al、Ti能够形成细小的碳氮化物,从而起到钉轧奥氏体晶界,细化钢轧态组织的作用。此外固溶在奥氏体中的Mn和Cr元素,能够有效提高钢的淬透性。在后续的步骤(4)中,固溶在奥氏体中的Mn和Cr元素可以在淬火时提高马氏体淬硬性。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(3)中,控制终轧或终锻温度≥800℃。
在上述技术方案中,在步骤(3)中,控制终轧或终锻温度≥800℃,可以使钢材发生再结晶和应变诱导析出,从而形成铁素体与珠光体的基体组织,且有细小的碳氮化物析出。
本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果:
本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,通过合理的化学成分设计并结合优化工艺,可以开发出具有低窄淬透性带的20CrMnTiH,其不仅具有较好的强韧性,还可以满足用户对20CrMnTiH在J5、J9和J15这三个点最窄4HRC带宽的需求。同时,由于其淬透性带宽窄,采用该钢材批量生产的齿轮的热处理质量稳定,配对啮合性能高,使用寿命长,具有良好的推广前景和实用价值。
此外,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢可以满足用户对20CrMnTiH在J5、J9和J15三点处最窄4HRC带宽的需求,其可以用于替代20CrMoH齿轮钢,达到降低成本的目的。
另外,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢可以在棒材产线上实现批量商业化生产。
采用本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,在保证优异的力学性能的同时,还具有低窄淬透性带,其屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J;在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽均≤4HRC。
相应地,本发明所述的制造方法的生产工艺简单,采用该制造方法所获得的棒材具有优异的力学性能和低窄的淬透性带,其适用性广泛,可以带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为实施例1的棒材的轧态微观组织形貌照片。
图2为实施例1的棒材经热处理后的微观组织形貌照片。
具体实施方式
下面将结合说明书附图以及具体的实施例对本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6和对比例1
实施例1-6的棒材均采用以下步骤制得:
(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼:采用电炉或转炉进行冶炼,并浇铸成连铸坯或钢锭;在浇铸过程中,可采用模铸或连铸。
(2)加热:控制加热温度为1050~1250℃。
(3)锻造或轧制:控制终轧或终锻温度≥800℃。其中,若进行锻造,则在锻造过程中,可以直接锻造等最终尺寸。若进行轧制,则在轧制过程中,可以采用钢坯直接轧制到最终规格,或者采用钢坯轧制到指定的中间坯尺寸,再进行加热和轧制到最终成品尺寸。
(4)淬火+回火:其中淬火的奥氏体化温度为840~1050℃,奥氏体化后采用油淬;回火温度为180~220℃,回火后空冷或水冷。
本发明所述的实施例1-6的棒材均采用以上步骤制得,且其化学成分及相关工艺参数均满足本发明设计规范控制要求。而对比例1的对比棒材同样采用:冶炼和浇铸、加热、锻造或轧制、淬火+回火的工艺制得。但其中对比例1的化学元素成分存在未能满足本发明设计要求的参数。
需要说明的是,实施例1-6的棒材均采用本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得,对比例1的对比棒材采用对比钢制得。表1列出了实施例1-6的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢和对比例1的对比钢的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt.%,余量为Fe和除了P、S、H以及O以外的其他不可避免杂质)
表2列出了实施例1-6和对比例1的棒材的具体工艺参数。
表2.
将得到的实施例1-6的棒材和对比例1的对比棒材取样并进行各项相关性能测试,将所得的性能测试结果分别列于表3-1、表3-2和表3-3中,各实施例和对比例棒材均采用GB/T225-2006《钢淬透性的末端淬火试验方法》进行测试,以检测得到各实施例和对比例棒材的淬透性;采用GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》的方式进行测试,以检测得到各实施例和对比例棒材的抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率;采用GB/T229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》的方式进行测试,以检测得到各实施例和对比例棒材的纵向冲击功。
表3-1列出了实施例1-6和对比例1的棒材的力学性能测试结果。
表3-1.
表3-2列出了实施例1-6和对比例1的棒材的淬透性测试结果。
表3-2.
注:上表中,关于钢的淬透性的表达,J5表示距离端部5mm处的硬度,J9表示距离端部9mm处的硬度,J15表示距离端部15mm处的硬度。
表3-3列出了采施例1-6和对比例1的棒材的切削性能。
表3-3.
需要说明的是,表3-2中的实施例1-6和对比例1的在J5、J9和J15三点处的淬透性之所以是一段范围值,是因为:各实施例和对比例代表经冶炼后得到的不同炉次的钢,各实施例和对比例对应的每一炉钢可以制得多个批次的棒材,同一实施例(或对比例)得到的多个批次的棒材在J5、J9和J15三点处的淬透性并非是完全相同的,表现为表3-2中所示的一段范围值。
从表3-2还可以看出,相较于对比例1,采用本技术方案制得的实施例1-6的棒材,其淬透性带宽(表征淬透性波动)很窄,能够达到≤4HRC,具有优异的技术效果,可以满足本案对窄淬透性带宽的要求。
从表3-3可以看出,相较于实施例6与对比例1,本技术方案的优选实施例通过添加易切削元素,较大程度提高了刀具的使用寿命,降低了高强钢的加工成本。
由表3-1可以看出,实施例1-6棒材的屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J,具有优异的力学性能。
由表3-2可以看出,实施例1-6所述的棒材在具有良好淬透性的同时,均具有低窄的淬透性带,其在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽均≤4HRC,具有良好的推广前景和应用价值。
图1为实施例1的棒材的轧态微观组织形貌照片。
如图1所示,实施例1中的轧态钢棒的微观组织是铁素体加片状珠光体组织,经观察,实施例1中片状珠光体比例约占40%。
图2为实施例1的棒材热处理后的微观组织形貌照片。
由图2可知,实施例1中的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得的棒材,经过热处理后的微观组织为:回火马氏体+回火贝氏体+残余奥氏体组织。
综上所述可以看出,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,通过合理的化学成分设计并结合优化工艺,可以开发出具有低窄淬透性带的20CrMnTiH,其不仅具有较好的强韧性,还可以满足用户对20CrMnTiH在J5、J9和J15这三个点最窄4HRC带宽的需求。同时,由于其淬透性带宽窄,采用该钢材批量生产的齿轮的热处理质量稳定,配对啮合性能高,使用寿命长,具有良好的推广前景和实用价值。
此外,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢可以满足用户对20CrMnTiH在J5、J9和J15三点处最窄4HRC带宽的需求,其可以用于替代20CrMoH齿轮钢,达到降低成本的目的。
另外,本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢可以在棒材产线上实现批量商业化生产。
采用本发明所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得的棒材,在保证优异的力学性能的同时,还具有低窄的淬透性带,其屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J;在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽均≤4HRC。
相应地,本发明所述的制造方法的生产工艺简单,采用该制造方法所获得的棒材具有优异的力学性能和低窄的淬透性带,其适用性广泛,可以带来巨大的经济效益。
此外,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其特征在于,其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:
C:0.17~0.20%、Si:0.17~0.25%、Mn:0.8~0.85%、Cr:1~1.1%、Al:0.02~0.03%、Ti:0.04~0.05%、N:0.009~0.014%、V:0.01~0.03%、0<Co≤0.10%、Mo≤0.02%、Ni≤0.03%、Cu≤0.05%、Nb≤0.02%、Ca≤0.004%、B≤0.0003%。
2.如权利要求1所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其特征在于,其各化学元素质量百分含量为:
C:0.17~0.20%、Si:0.17~0.25%、Mn:0.8~0.85%、Cr:1~1.1%、Al:0.02~0.03%、Ti:0.04~0.05%、N:0.009~0.014%、V:0.01~0.03%、0<Co≤0.10%;Mo≤0.02%、Ni:≤0.03%、Cu≤0.05%、Nb≤0.02%、Ca≤0.004%、B≤0.0003%;余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其特征在于,在其他不可避免的杂质中,各杂质元素含量满足下述各项的至少其中之一:P≤0.015%、S≤0.005%、H≤0.0002%、O≤0.002%。
4.如权利要求1或2所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其特征在于,其还含有下述各化学元素的至少其中之一:0<Pb≤0.10%、0<Sn≤0.10%、0<Bi≤0.10%、0<Te≤0.10%。
5.如权利要求1或2所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢,其特征在于,其微观组织为回火马氏体+回火贝氏体+残余奥氏体。
6.一种棒材,其采用如权利要求1-5中任意一项所述的高强韧窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得。
7.如权利要求6所述的棒材,其特征在于,其性能满足下述各项的至少其中之一:屈服强度≥950MPa;抗拉强度≥1100MPa;延伸率≥12%;断面收缩率≥50%;冲击功KU2≥55J;在J5、J9和J15三点处的淬透性带宽均≤4HRC。
8.如权利要求6或7所述的棒材的制造方法,其特征在于,其包括步骤:
(1)冶炼和浇铸;
(2)加热;
(3)锻造或轧制;
(4)淬火+回火:其中淬火的奥氏体化温度为840~1050℃,奥氏体化后采用油淬;回火温度为180~220℃,回火后空冷或水冷。
9.如权利要求8所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,控制加热温度为1050~1250℃。
10.如权利要求8所述的制造方法,其特征在于,在步骤(3)中,控制终轧或终锻温度≥800℃。
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