[發明專利]一種重型卡車變速器齒輪用21MnCrMoS鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201710697654.8
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107604250B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 曹紅福;黃鎮;許曉紅;孫鴻平;盧明霞;竇勝濤;楊高成;張學誠
• 申請（專利權）人: 江陰興澄特種鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/60;C22C38/44;C22C38/42;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/20;C21C7/10;C22C33/04;C21C7/06;C21D8/00
• 代理公司: 11429 北京中濟緯天專利代理有限公司
• 代理人: 趙海波<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種21MnCrMoS齒輪用鋼，化學成分為C：0.17～0.25%，Si：0.10～0.35%，Mn：0.95～1.35%，Cr：0.25～0.65%，S：0.020?0.050%，P：≤0.025%，Mo：0.08～0.15%，Ni：≤0.10%，Cu：≤0.20%，Al：0.010～0.050%，Ca：≤0.0005%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。鋼的末端淬透性滿足：J5=38～43HRC、J8=30～35HRC、J13=22～28HRC，屬于低成本滲碳齒輪鋼種及生產方法。制造流程為電爐—爐外精煉—VD真空脫氣—連鑄—連軋—鋸切—堆冷—精整—表面及內部探傷—包裝。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，尤其是合金鋼類，具體涉及采用連鑄-連軋生產的21MnCrMoS齒輪鋼。

背景技術

齒輪為重要的傳動零件，傳遞動力，在傳動過程中齒根要受到反復的彎曲、接觸應力，易產生彎曲疲勞斷裂、磨損、劃痕擦傷、齒形剝落變形等失效現象。重型卡車因載重量大，變速器齒輪需要承受較大扭矩，所以重卡變速器齒輪常選用SAE8620H、SCM420H等具有良好淬透性，能承受較大沖擊載荷、高的彎曲疲勞應力的鋼鐵材料。而這些鋼材的合金和制造成本非常高，產品市場競爭力不強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種滿足重載卡車變速器用高性能、低成本的齒輪鋼新材料。與重型卡車變帶器齒輪普遍采用的SAE標準中的SAE8620H、JIS標準中的SCM420H鋼相比，本發明的21MnCrMoS鋼取消了貴重合金Ni的添加、降低Cr、Mo含量，在降低成本的同時，通過改進冶煉方法，使代表強度指標的淬透性仍能滿足用于重型卡車變速器齒輪的要求。

區別于現有技術，本發明齒輪鋼熱軋材的金相組織為均勻的鐵素體與珠光體，具有的突出性能即鋼的末端淬透性滿足：J5=38-43HRC、J8=30-35HRC、J13=22-28HRC。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：一種重型卡車變速器齒輪用21MnCrMoS鋼，化學成分按質量百分比計為，C：0.17～0.25%，Si：0.10～0.35%，Mn：0.95～1.35%，Cr：0.25～0.65%，S：0.020-0.050%，P：≤0.025%，Mo：0.08～0.15%，Ni：≤0.10%，Cu：≤0.20%， Al：0.010～0.050%，Ca：≤0.0005%，余量為Fe 及不可避免的雜質元素。

熱軋鋼材的金相組織為均勻的鐵素體與珠光體，鋼的末端淬透性滿足：J5=38～43HRC、J8=30～35HRC、J13=22～28HRC。

本發明齒輪鋼化學成分各元素對應的主要作用和設計依據是：

C是鋼中最基本的元素，也是最經濟的強化元素。在所有元素中，碳提高鋼強度的能力最大，碳對淬火回火鋼的強化大約為鉻的9倍和錳的18倍，所以為保證齒輪滲碳及淬火回火后心部有良好的的強韌性，鋼中需有合適的碳含量，本發明碳含量范圍確定為0.17～0.25%，屬于表面滲碳鋼。

Si可以作為脫氧元素，也是基本的固溶強化元素、提高淬透性，同時Si在鋼滲碳時會造成滲層內氧化并影響殘余奧氏體量，因此Si含量的范圍確定為0.10～0.35%。

Mn對鋼起固溶強化作用，并強烈提高鋼的淬透性，本成分區別于常規CrMo或CrNiMo滲碳鋼中的Mn含量控制范圍，利用Mn的特點確定為0.95～1.35%。

Cr對鋼起固溶強化作用，提高鋼的淬透性。另外Cr降低C的活度，能減小鋼的過熱傾向和表面脫碳速度，但過高的Cr會明顯降低淬火回火鋼材的韌性，綜上考慮，本發明將Cr含量的范圍確定為0.10～0.65%。