[發明專利]一種保淬透性齒輪鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110208677.4
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN113005366B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 陳豐;冉富;包石磊;劉和家;陳中明;金鑫;楊子江;院文強;許明杰;王慶軍;程吉東
• 申請（專利權）人: 天津榮程聯合鋼鐵集團有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/28;C22C38/32;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/50;C22C38/54;B22D11/111;B22D11/115;C21C7/
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本申請公開了一種保淬透性齒輪鋼及其制備方法，包含以下質量百分比組分：C:0.18?0.21%，Si:0.20?0.28%，Mn:0.75?1.05%，Cr:0.95?1.25%，Ti:0.035?0.055%，Al:0.020?0.035%，B:0.0008?0.0030%，P≤0.020%，S≤0.010%，T[O]≤20ppm，T[N]≤80ppm，Ni≤0.10%，Cu≤0.20%，Mo≤0.10%，其余為Fe。本申請采用轉爐、雙精煉和連鑄工藝，通過控制初煉和強化精煉，大包水口吹氬、結晶器保護渣過程全保護、等離子中包加熱恒溫恒拉速澆注、復合電磁攪拌制得窄淬透帶、疲勞壽命優異的齒輪鋼。

技術領域

本申請涉及冶金制造技術領域，特別涉及一種保淬透性齒輪鋼及其制備方法。

背景技術

齒輪產品是機械工業的關鍵基礎件，絕大部分機械成套設備的主要傳動部件都是齒輪傳動。我國齒輪行業以市場為導向，按照市場規律形成了車輛齒輪與工業齒輪兩大體系。隨著汽車工業的發展，車輛齒輪市場需求日益增加。

車輛齒輪在服役條件下不但要承受巨大的交變載荷，還要承受巨大的沖擊載荷，因此要求齒輪不僅具有良好的強韌性、耐磨性，還要具備變形小、精度高、噪音低等特點，這就對齒輪用鋼提出了很高的要求。

20CrMnTiH是目前國內齒輪鋼中的主導產品，占我國齒輪鋼總量的60％左右，其性能良好，淬透性較高，經滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。但20CrMnTiH齒輪鋼在生產過程中存在淬透性控制不理想，末端淬透性波動大、離散度大等問題，產品質量不穩定，疲勞壽命較差。所以，申請人認為，現有的20CrMnTiH化學成分及生產工藝有進一步改進的空間，以期獲得窄淬透性，疲勞壽命優異的產品。

發明內容

針對現有的20CrMnTiH齒輪鋼淬透性控制不理想的問題，本申請提供了一種保淬透性齒輪鋼及其制備方法。

第一方面，本申請提出了一種保淬透性齒輪鋼，是通過以下技術方案得以實現的：

一種保淬透性齒輪鋼，包含以下質量百分比的組分：C:0.18-0.21％，Si:0.20-0.28％，Mn:0.75-1.05％，Cr:0.95-1.25％，Ti:0.035-0.055％，Al:0.020-0.035％，B:0.0008-0.0030％，P≤0.020％，S≤0.010％，T[O]≤20ppm，T[N]≤80ppm，Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，Mo≤0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質。

通過采用上述技術方案，本申請在20CrMnTiH齒輪鋼原有化學成分的基礎上進行成分調整和優化，并在制備過程中進行精確控制，最終得到的齒輪鋼末端淬透性穩定，淬透帶窄，晶粒細小均勻、帶狀組織級別低，純潔度高，提高了齒輪的純凈度和疲勞壽命。

具體的，本申請在國標規定的20CrMnTiH鋼種的各化學成分的基礎上，補充添加了B元素，同時降低了Mn和Cr合金含量。B的含量增加，可以提高齒輪鋼的淬透性，而且用B來部分替代Mn和Cr，可以降低Mn合金和Cr合金的加入量，從而降低齒輪鋼的生產成本。

另外，本申請進一步采用Al來部分替代Ti，Ti元素可以起到細化晶粒的作用，但Ti在鋼中會與N、C形成硬度較大且具有尖、棱角的化合物，軋制時不會變形，其與基體之間會形成裂紋，對齒輪的疲勞壽命影響較大。所以，本申請降低了Ti含量的同時，提高Al的含量，能夠細化晶?；蚍乐够炀?，降低齒輪鋼的脆性，提高機械強度，防止裂紋的形成，提高了齒輪的疲勞壽命。

綜上所述，本申請在國標規定的20CrMnTiH鋼種的各化學成分的基礎上進行調整優化，適當采用B來部分替代Mn和Cr，并且適當采用Al來部分替代Ti元素，利用多種元素復合，從而使獲得的齒輪鋼晶粒細小均勻，具有穩定的末端淬透性，離散度小，減少齒輪熱處理后的變形量，提高了齒輪的嚙合精度和使用壽命。