[發明專利]一種高淬透性高強度細晶粒齒輪用21NiCrMo5H鋼及生產方法

在審

• 申請號: 202210300036.6
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114645212A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李超群;趙千水;盧秉軍;張秀香;曹羽
• 申請（專利權）人: 本鋼板材股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C21C7/072;C21C7/10;C22C33/04;C21C7/06;C21C7/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 徐喆

本發明涉及一種高淬透性高強度細晶粒齒輪用21NiCrMo5H鋼及生產方法，化學成分按重量百分比計包括：C：0.19％～0.22％，Si：0.20％～0.35％，Mn：0.65％～0.71％，P≤0.030％，S：0.015％～0.040％，Cr：0.74％～0.80％，Ni：1.29％～1.35％，Mo：0.15％～0.25％，Cu≤0.15％，Alt：0.025％～0.035％，N：0.007％～0.011％，其余為Fe及不可避免的雜質。優點是：滿足了細晶粒、高淬透性或高強度的要求，鋼材屈服強度1000MPa以上，抗拉強度1300MPa以上。

技術領域

本發明屬于齒輪用鋼生產領域，尤其涉及一種高淬透性高強度細晶粒齒輪用21NiCrMo5H鋼及生產方法。

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。需要承受較大扭矩變速器齒輪選用傳統的SAE8620H、20CrNiMoH材料已經不能滿足齒輪鋼的高淬透性和強度要求。21NiCrMo5H鋼是CrNiMo系齒輪鋼，其具有細小的晶粒、更高的淬透性、更高的強度以及良好的切削性、避免了含Ni鋼軋制過程中表面裂紋的大量產生，滿足齒輪生產需求。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種高淬透性高強度細晶粒齒輪用21NiCrMo5H鋼及生產方法，滿足了細晶粒、高淬透性或高強度的要求；鋼材屈服強度可達1000MPa以上，抗拉強度可達1300MPa以上；鋼的末端淬透性滿足：J9＝36-41HRC、J13＝29-34HRC；鋼的奧氏體晶粒度大于等于8級。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種高淬透性高強度細晶粒齒輪用21NiCrMo5H鋼，化學成分按重量百分比計包括：

C：0.19％～0.22％，Si：0.20％～0.35％，Mn：0.65％～0.71％，P≤0.030％，S：0.015％～0.040％，Cr：0.74％～0.80％，Ni：1.29％～1.35％，Mo：0.15％～0.25％，Cu≤0.15％，Alt：0.025％～0.035％，N：0.007％～0.011％，其余為Fe及不可避免的雜質。

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約為鉻的9倍、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0.19％～0.22％。

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0.20％～0.35％。

Mn對鋼起固溶強化作用，并強烈提高鋼的淬透性，利用Mn的特點確定為0.65％～0.71％。

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，本成分區別于常規CrNiMo系齒輪鋼中的Cr含量控制范圍，本發明將Cr含量的范圍確定為0.74％～0.80％。

Ni在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，總的效果是提高強度，同時不降低鋼的塑性、韌性。另外Ni對鋼的淬透性也有一定的提高作用。本成分區別于常規CrNiMo系齒輪鋼中的Ni含量控制范圍，本發明Ni含量的范圍確定為1.29～1.35％。

Mo是碳化物形成元素，可以提高鋼的淬透性，細化晶粒，提高韌性，改善碳化物不均勻性，其碳化物穩定，高溫也很難向固溶體轉移，提高鋼的熱強性。對熱處理的合金結構鋼，能夠降低鋼的回火脆性，提高沖擊韌性。本發明將Mo含量的范圍確定為0.15～0.25％。

S的加入可以提高鋼的切削性能，但會使鋼產生熱脆性，降低鋼的塑韌性，因此確定S含量范圍為0.015～0.040％。