CN114990439A - 一种汽车用高淬透性齿轮钢及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用高淬透性齿轮钢及制造方法，转炉冶炼、LF精炼处理、VD炉真空处理、连铸、钢坯缓冷和轧制；且本发明在钢坯缓冷过程中，温度>600℃入坑缓冷，缓冷时间>48h，且保证<200℃出缓冷坑；另外本方法还通过微合金元素的添加能够提高齿轮钢的高淬透性。

Description

一种汽车用高淬透性齿轮钢及制造方法
技术领域
本发明属于特殊钢制造技术领域，尤其是一种汽车用高淬透性齿轮钢及制造方法。
背景技术
齿轮是机械设备及汽车中的重要零件，齿轮在传递力和改变速度的运动过程中，啮合齿面之间既有滚动又有滑动。齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称，20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢都可以被称为齿轮钢。齿轮钢在汽车、铁路、船舶和工程机械领域应用广泛，常被用作保证安全的核心部件的制造材料，是使用量较大和要求较高的关键材料。
目前齿轮钢正朝向高洁净、高性能、低成本、易加工的方向发展，其中淬透性能是个非常重要的性能指标，淬透性是指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的淬透能力和临界淬火冷速的大小。在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂；因此需要提高齿轮钢的淬透性至关重要。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种汽车用高淬透性齿轮钢及制造方法，能有效提升齿轮钢的淬透性，进而使得齿轮钢获得均匀一致的力学性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.155％-0.195％，Si：0.14％-0.21％，Mn：0.65％-0.79％，Cr：0.81％-0.95％，S≤0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.40-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0080-0.012％，Al：0.015％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。进一步，C：0.155％-0.161％，Si：0.165％-0.21％，Mn：0.65％-0.70％，Cr：0.88％-0.95％，S≤0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.47％-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0095-0.012％，Al：0.021％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
进一步，C：0.161％-0.195％，Si：0.14％-0.165％，Mn：0.70％-0.79％，Cr：0.81％-0.88％，S：0.020％，Cu≤0.20％，Ni：0.52％-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0095-0.010％，Al：0.032％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。进一步，C：0.161％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.88％，S：0.025％，Cu：0.20％，Ni：0.42％，Mo：0.15％，N：0.0098％，Al：0.038％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
进一步，C：0.195％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.81％，S：0.0150％，Cu：0.15％，Ni：0.56％，Mo：0.15％，N：0.011％，Al：0.040％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，包括：转炉冶炼、LF精炼处理、VD炉真空处理、连铸、钢坯缓冷和轧制；
其中，在钢坯缓冷中，温度>600℃入坑缓冷，缓冷时间>48h，且保证<200℃出缓冷坑。
进一步，转炉冶炼中控制转炉终点C:0.06％-0.12％，出钢温度1620-1650℃；
进一步，LF精炼处理中，加入造渣材料和脱氧剂，所述造渣材料选择石灰以及促净剂；所述脱氧剂选择纯铝粒、高纯碳化硅或硅铝复合脱氧剂。
进一步，LF精炼处理中保持吹入氩气流量在150-180L/Min。
本发明的有益效果：
本申请通过优化C、Mn、Cr、Ni、Mo的质量百分数，其中，C、Mn元素是用于确保钢材料的强度以及用来提高钢材料淬透性所需要的元素，Cr、Mo用于强碳化物形成元素可以强烈地阻碍碳化物的形核和长大，同时还可以有效提高淬透性；Ni具有提高钢材料疲劳强度的效果，另外本发明还通过添加Al、N细化晶粒元素；在获得较好的淬透性，所生产的齿轮钢整个截面获得均匀一致的力学性能，以减少变形和开裂。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.155％，Si：0.21％，Mn：0.79％，Cr：0.81％，S：0.030％，Cu：0.20％，Ni：0.40％，Mo：0.03％，N：0.0080％，Al：0.015％其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
实施例2
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.195％，Si：0.14％，Mn：0.65％，Cr：0.95％，S：0.0150％，Cu：0.20％，Ni：0.47％，Mo：0.03％，N：0.0095％，Al：0.032％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
实施例3
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.161％，Si：0.21％，Mn：0.65％，Cr：0.88％，S≤0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.52％，Mo≤0.03％，N：0.010％，Al：0.038％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
实施例4
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.161％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.81％，S：0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.42％，Mo≤0.03％，N：0.0098％，Al：0.040％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
实施例5
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.161％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.88％，S：0.020％，Cu：0.20％，Ni：0.56％，Mo：0.15％，N：0.011％，Al：0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
实施例6
一种汽车用高淬透性齿轮钢，按质量百分比的组成成分为：
C：0.195％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.81％，S：0.025％，Cu：0.15％，Ni：0.45％，Mo：0.15％，N：0.0090％，Al：0.021％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，包括如下步骤：
(1)转炉冶炼；控制转炉终点C:0.06％-0.12％，出钢温度1620-1650℃；
(2)LF精炼处理：加入造渣材料，并逐步加入脱氧剂进行渣面扩散脱氧，精炼过程中不断吹入氩气并充分搅拌，促进钢渣反应令脱氧产物上浮，精炼过程逐步微调各个微合金元素，进VD炉。
其中，造渣材料可以选择石灰以及促净剂；脱氧剂可以选择纯铝粒、高纯碳化硅或硅铝复合脱氧剂。
其中，LF精炼处理中保持吹入氩气流量在150-180L/Min。
LF出站温度控制在：1600-1620℃；
(3)VD炉真空处理；
(4)连铸；
(5)钢坯缓冷：温度>600℃入坑缓冷，缓冷时间>48h，且保证<200℃出缓冷坑，最后制得齿轮钢。
(6)轧制：对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，控制加热炉均热温度在1020-1120℃，加热时间≥3h，终轧温度≥900℃；
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种汽车用高淬透性齿轮钢，其特征在于，按质量百分比的组成成分为：
C：0.155％-0.195％，Si：0.14％-0.21％，Mn：0.65％-0.79％，Cr：0.81％-0.95％，S≤0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.40-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0080-0.012％，Al：0.015％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢，其特征在于，C：0.155％-0.161％，Si：0.165％-0.21％，Mn：0.65％-0.70％，Cr：0.88％-0.95％，S≤0.030％，Cu≤0.20％，Ni：0.47％-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0095-0.012％，Al：0.021％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢，其特征在于，C：0.161％-0.195％，Si：0.14％-0.165％，Mn：0.70％-0.79％，Cr：0.81％-0.88％，S：0.020％，Cu≤0.20％，Ni：0.52％-0.65％，Mo≤0.03％，N：0.0095-0.010％，Al：0.032％-0.045％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢，其特征在于，C：0.161％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.88％，S：0.025％，Cu：0.20％，Ni：0.42％，Mo：0.15％，N：0.0098％，Al：0.038％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求1所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢，其特征在于，C：0.195％，Si：0.165％，Mn：0.70％，Cr：0.81％，S：0.0150％，Cu：0.15％，Ni：0.56％，Mo：0.15％，N：0.011％，Al：0.040％，其余为铁元素和不可避免的杂质元素。
6.一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，且特征在于，包括：转炉冶炼、LF精炼处理、VD炉真空处理、连铸、钢坯缓冷和轧制；
其中，在钢坯缓冷中，温度>600℃入坑缓冷，缓冷时间>48h，且保证<200℃出缓冷坑。
7.根据权利要求6所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，且特征在于，转炉冶炼中控制转炉终点C:0.06％-0.12％，出钢温度1620-1650℃。
8.根据权利要求6所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，且特征在于，LF精炼处理中，加入造渣材料和脱氧剂，所述造渣材料选择石灰以及促净剂；所述脱氧剂选择纯铝粒、高纯碳化硅或硅铝复合脱氧剂。
9.根据权利要求6所述的一种汽车用高淬透性齿轮钢制造方法，且特征在于，LF精炼处理中保持吹入氩气流量在150-180L/Min。
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