專利名稱：一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料及加工技術領域，特別涉及一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法，此鋼管可用于直接切削加工轎車變速箱同步器齒套。
背景技術：
齒套是轎車變速箱同步器中一個重要的零件，國內的主要汽車廠對于這樣的薄壁、環形滲碳零件，采用28MnCr5H齒輪鋼棒材，沿用傳統的工藝來制造、生產，其工藝步驟是將齒輪鋼棒料加熱、鐓粗、沖孔、輾擴、冷卻、正火、機械加工、表面滲碳淬火、熱后加工。
此工藝存在以下缺點1)坯料反復加熱、冷卻，且經大量的熱加工、機械加工，生產周期長、工序繁多、材料利用率低、能源浪費大2)用28MnCr5制造齒套，因碳含量較高，齒套心部硬度高，影響齒套的疲勞壽命3)正火組織中常存在貝氏體、魏氏組織等非平衡組織，局部硬度偏高，存在高硬度質點，硬度不均勻，不利于自動化程度很高的切削加工生產線進行自動加工，常發生打刀現象，降低生產效率，浪費昂貴的刀具材料4)因正火組織中存在貝氏體、魏氏組織等非平衡組織，組織不均勻，在后來的表面滲碳淬火后，因組織具有遺傳性，齒套表面滲碳淬火加熱時，奧氏體晶粒度大小不均勻，造成齒套淬火變形大且無規律性發明內容針對現有齒輪鋼存在的問題，本發明提供一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法。
本發明的含硫易切削齒輪鋼化學成分重量配比為C0.20～0.25％，Si≤0.30％，Mn0.60～0.85％，P＜0.035％，S0.03～0.05％，Cr0.8～1.10％，Al0.02～0.055％，[O]≤20PPm，余量為Fe。管坯加熱溫度為1200～1250℃，熱軋穿孔變形溫度1100～1150℃，變形奧氏體在高溫區發生動態再結晶。軋管變形溫度1000～1050℃，變形奧氏體在未再結晶區發生加工硬化。補償加熱溫度為980～1020℃，奧氏體發生靜態再結晶。定、減徑工序，變形溫度為900～950℃，由于道次變形量小，變形溫度低，變形速度快，道次間隙時間短，變形奧氏體發生累積加工硬化。切斷后收集堆冷，冷卻速度為0.5～1℃/s。
本發明的含硫易切削齒輪鋼降低了C含量，提高了S含量。C量從原來的0.25～0.3％控制為0.20～0.25％，這樣不僅解決了齒套心硬度高問題，而且降低了奧氏體的穩定性，使軋后奧氏體易于分解成先共析鐵素體和珠光體組織。S含量從原來的0.02～0.035％控制為0.03～0.05％，這樣，一方面提高了鋼管的切削性能，另一方面MnS夾雜物可以作為鐵素體的形核點而促進鐵素體相變，相應地也促進了珠光體相變。以上2種成份變化均提高了鋼管在線獲得鐵素體加珠光體組織的冷卻速度，放寬了生產工藝條件。
在鋼管生產工藝方面，合理設計工藝制度，充分利用控軋控冷技術。利用高溫區熱軋穿孔這個再結晶窗口，使粗大的加熱態奧氏體晶粒通過動態再結晶而細化。在穿孔與軋管工序之間，由于間隙時間較長，再結晶后較細小的奧氏體晶粒很容易發生靜態再結晶而使奧氏體組織得到進一步的細化。在軋管工序這個未再結晶區域，細小的奧氏體晶粒發生加工硬化。在補償加熱中，通過控制補償加熱溫度而使此加工硬化的奧氏體組織發生靜態再結晶，這樣就得到均勻細小的靜態再結晶組織。因此，隨著工序的進行，奧氏體會反復地發生動、靜態再結晶，從而使奧氏體晶粒逐步地得到充分地細化。在最后的定、減徑工序中，由于道次變形量小，變形溫度低，變形速度快，道次間隙時間短，奧氏體基本上沒有發生動、靜態再結晶而是處于完全加工硬化狀態，存在變形的累積效果。通過控制變形量而增加奧氏體的加工硬化程度以及上述的2種成份調整，充分細小的奧氏體經較大的加工硬化后就很容易在連續冷卻過程中在線地分解成完全的先共析鐵素體加珠光體組織，因此能夠使鋼管具有適合于切削加工的硬度范圍。
由于本發明齒輪鋼具有的成份特性并配合控軋控冷工藝，使本發明的齒輪鋼無縫鋼管的組織、性能達到了使用要求HB163～195，組織完全為先共析鐵素體加珠光體，沒有貝氏體等非平衡組織，切削及淬火變形性能良好，成品齒套心部硬度合格。
本發明的含硫易切削齒輪鋼鋼管真正具有良好切削、淬火變形性能以及低的成品齒套心部硬度，汽車生產廠家可以用直接切削齒輪鋼無縫鋼管方法替代熱加工及正火工藝來生產轎車變速箱同步器齒套，簡化了工藝，節約能源，降低了成本，而且生產效率、齒套質量及材料的利用率都得到了提高。


圖1為本發明熱軋態齒輪鋼管的金相組織；圖2為本發明與28MnCr5H二種材料的切屑形態對比，其中(a)為本發明材料，(b)為28MnCr5H；圖3為用本發明與用28MnCr5H制成的齒套硬度分布曲線；圖4為原齒套材料28MnCr5H熱處理變形結果，其中(a)為熱處理前尺寸實測值，(b)為熱處理后尺寸公差實測值，(c)為熱處理變形規律；圖5為本發明材料熱處理變形結果，其中(a)為熱處理前尺寸公差實測值，(b)為熱處理后尺寸公差實測值，(c)為熱處理變形規律。
具體實施例方式
本發明涉及的含硫易切削齒輪鋼是用UHP(超高功率電爐)+LF(爐外精煉)+VD(真空脫氣)工藝冶煉，澆注3噸錠，八五零軋機開管坯，經加熱、穿孔、軋管、補償加熱、定減徑等工序生產齒輪鋼管。
以φ115×17mm這一規格的生產工藝來具體說明本發明是如何實施的。表1是實施例齒輪鋼化學成分，表2是加熱及變形溫度，表3是各工序變形量。
此熱軋態齒輪鋼管的硬度為HB163～190，其金相組織如圖1所示，切屑形態如圖2所示，滲碳淬火后齒套硬度分布曲線如圖3所示(心部硬度標準要求值為320～480VH)，滲碳淬火后外齒跨棒距尺寸變化結果如圖4、5所示(尺寸公差范圍113.255±0.048mm)。因此，本發明齒套材料的組織、硬度達到要求，切削、淬火變形性能良好，成品齒套心部硬度合格，能夠滿足使用要求。
表1含硫易切削齒輪鋼實施例化學成分(重量，％)

表2加熱及變形溫度(℃)

表3各工序變形量

權利要求
1.一種含硫易切削齒輪鋼，其特征在于其組成按重量百分數為C0.20～0.25，Si≤0.30，Mn0.60～0.85，P＜0.035，S0.03～0.05，Cr0.8～1.10，Al0.02～0.055，[O]≤20PPm，余量為Fe。
2.權利要求1所述的含硫易切削齒輪鋼鋼管的制造方法，包括冶煉、注錠、開坯、熱軋穿孔、軋管、減徑工藝步驟，其特征在于管坯加熱溫度為1200～1250℃，熱軋穿孔變形溫度1100～1150℃，變形奧氏體在高溫區發生動態再結晶；軋管變形溫度為1000～1050℃，變形奧氏體在未再結晶區發生加工硬化；補償加熱溫度為980～1020℃，奧氏體發生靜態再結晶；定、減徑變形溫度為900～950℃，變形奧氏體發生累積加工硬化；切斷后收集堆冷，冷卻速度為0.5～1℃/s。
全文摘要
本發明涉及一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法,其化學成分重量配比為C0.20～0.25％,Si≤0.30％，Mn0.60～0.85％，P＜0.035％，S0.03～0.05％，Cr0.8～1.10％，Al0.02～0.055％，[O]≤20ppm，余量為Fe。按此成分進行冶煉，模注鋼錠，鋼錠開坯。管坯加熱溫度為1200～1250℃，熱軋穿孔變形溫度1100～1150℃，變形奧氏體在高溫區發生動態再結晶。軋管變形溫度1000～1050℃，變形奧氏體在未再結晶區發生加工硬化。補償加熱溫度為980～1020℃，奧氏體發生靜態再結晶。定、減徑工序，變形溫度為900～950℃，變形奧氏體發生累積加工硬化。切斷后收集堆冷，冷卻速度為0.5～1℃/s。此鋼管熱軋態組織完全由鐵素體加珠光體構成，硬度HB163～195，切削及淬火變形性能良好，成品齒套心部硬度滿足要求。
文檔編號C21D7/00GK1664150SQ20051004602
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者劉相華, 王國棟, 徐香秋, 王秉新, 徐力, 楊冬, 劉雙山, 宋廣勝, 趙宏壯 申請人:東北大學