[發明專利]一種少殘奧高硬度控制的齒輪鋼及滲碳工藝

在審

• 申請號: 202210823820.5
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115627413A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 何肖飛;王毛球;時捷;尉文超;徐樂;李曉源;閆永明;孫挺
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/48;C23C8/22;C23C8/80;C21D1/18;C21D6/00;C21D6/04;C21D9/32
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種少殘奧高硬度控制的齒輪鋼及滲碳工藝，屬于齒輪鋼技術領域。齒輪鋼成分為：C：0.16～0.22％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.50～0.90％，Cr：1.5～1.8％，Ni：1.4～1.7％，Mo：0.25～0.55％，Nb：0.025～0.08％，Al：0.02～0.035％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，N：0.009～0.015％，Cu：≤0.2％，余量為Fe及不可避免的雜質。通過電爐或轉爐+LF+VD/RH+連鑄或模鑄+軋制的工藝生產得到目標成分的齒輪鋼棒材，在其加工成齒輪工件后進行強滲+擴散+次強滲+再擴散的多步驟滲碳處理和淬火處理，以及低溫+回火處理。優點在于，可獲得少殘奧高硬度控制的齒輪工件，工件滲層殘奧含量在3～14％，工件表面硬度在760Hv以上。

技術領域

本發明屬于齒輪鋼技術領域，特別是提供了一種少殘奧高硬度控制的齒輪鋼及滲碳工藝；適用于汽車、軌道交通機車的齒輪箱用主、從動齒輪的生產及滲碳熱處理，以及工程機械、風電齒輪等的生產及熱處理，獲得少殘奧高表面硬度控制的齒輪工件。

背景技術

齒輪工件在常規滲碳后由于滲碳層碳含量偏高，在普通淬回火處理后其滲碳層殘余奧氏體含量會比較高，達到20％左右或更高，而殘余奧氏體是一種軟相組織，導致滲碳層整體硬度偏低，無法滿足齒輪高性能服役要求。

為了提高工件表面硬度，進行滲氮或碳氮共滲是一種可行的工藝。中國專利202210000400.7公開了一種拖拉機車橋用行星軸表面碳氮共滲處理方法，淬火后表面硬度可達59～63HRC。中國專利02157722.6公開了一種復合化學熱處理工藝，將滲氮和滲碳結合，使工件表面層奧氏體的氮濃度提高到奧氏體滲氮層的水平，再進行直接淬火并在200～300℃范圍內的時效處理或直接進行200～300℃溫度區間中的等溫淬火，可使工件硬度達到900Hv以上。

但滲氮或碳氮共滲時，由于加入了氮的氣氛使熱處理受到一定限制，該處理必須在具備滲氮的裝備中進行，而普通的滲碳爐不具備基本條件，很難完成處理。

本發明通過利用現有的滲碳爐設備，通過特定滲碳工藝設置以及后續熱處理條件設置，可以獲得滲碳后少殘奧和高表面硬度的齒輪工件。

發明內容

本發明的目的是提供一種少殘奧高硬度控制的齒輪鋼及滲碳工藝，一種鈮微合金化齒輪鋼并經過成分控制保證滲碳后殘余奧氏體分布及含量控制，另外，結合滲碳及熱處理實現齒輪工件少殘奧、高表面硬度控制。

本發明的少殘奧高硬度控制的齒輪鋼的成分為：C：0.16～0.22％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.50～0.90％，Cr：1.5～1.8％，Ni：1.4～1.7％，Mo：0.25～0.55％，Nb：0.025～0.08％，Al：0.02～0.035％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，N：0.009～0.015％，Cu：≤0.2％，余量為Fe及不可避免的雜質；其中Au＝0.5C+Mn+Ni+30N+2Cu，Mu＝Cr+Mo+Si，且滿足Au在2.2～3.2％范圍，Mu在1.95～2.60％之間。

所述齒輪鋼優選成分如下：C：0.19～0.22％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.50～0.70％，Cr：1.6～1.8％，Ni：1.4～1.6％，Mo：0.25～0.55％，Nb：0.03～0.06％，Al：0.02～0.035％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，N：0.009～0.012％，Cu：≤0.05％，余量為Fe及不可避免的雜質，其中Au＝0.5C+Mn+Ni+30N+2Cu，Mu＝Cr+Mo+Si，且滿足Au在2.25～2.85％范圍，Mu在2.16～2.60％之間。

利用電爐或轉爐+LF+VD/RH+連鑄或模鑄+軋制的工藝生產得到的齒輪鋼棒材。

本發明鋼中元素的主要作用如下：

C：作為鋼中最基本合金元素，能夠起到強化作用，為保證滲碳后工件心部硬度和韌性，C含量控制為0.16～0.22％。