專利名稱：一種MnCr滲碳齒輪鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合金結構鋼技術領域，具體涉及一種MnCr滲碳齒輪鋼及其制造技術。
背景技術：
滲碳齒輪鋼作為汽車用主要結構鋼之一，其材料技術的發(fā)展直接影響著我國汽車制造的整體技術水平，長期以來，中國的滲碳齒輪鋼多用20CrMnTi，改革開放后，伴隨著國外先進汽車產(chǎn)品和制造技術的引進，許多國外牌號的高強度滲碳齒輪鋼也隨之進入。MnCr 齒輪鋼是我國在引進德國轎車生產(chǎn)線的同時，引進的高標準轎車齒輪用鋼，全部按德國大眾企業(yè)標準生產(chǎn)，是目前引進鋼號中技術要求最高，生產(chǎn)難度最大的一類齒輪鋼系列，主要用于奧迪、捷達、桑塔那及富康轎車齒輪，依維柯中巴車及部分引進的重型卡車齒輪。中國專利CN101250666A公開了一種風電用齒輪鋼，其化學成分為C 0. 40-0. 46%, Si 0. 15-0. 38%, Mn :0. 60-1. 00%, Cr :0. 90-1. 20%, Mo :0. 15-0. 35%, P ^ 0. 02%, S ^ 0. 02%, Nb 0. 01-0. 10%、
彡 25ppm、[H] ( 2. lppm,其余為 Fe 和不可避免的雜質。中國專利CN101096742A公開了一種高強度汽車用齒輪鋼，其化學成分為 C 0. 20-0. 40%, Si 0. 20-0. 50%, Mn :0. 50-1. 00%, Cr :0. 80-1. 30%, Mo :0. 15-0. 55%, Nb 0. 015-0. 080 %、V :0. 030-0. 090%, Al :0. 015-0. 050%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。中國專利CN101603151A公開了一種NbTi復合微合金化易切削齒輪鋼，其化學成分為 C 0. 20-0. 25%, Si 0. 15-0. 35%, Mn :1. 00-1. 30%, Cr :1. 10-1. 40%, P 彡 0. 035%, S 0. 01-0. 035%, Nb 0. 02-0. 04%, Ti 0. 02-0. 05%,
( 20ppm，其余為 Fe。CN1664150公開了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 C 0. 20 0. 25%，Si ^ 0. 30%, Mn :0. 60 0. 85%，P < 0. 035%，S :0. 03 0. 05%, Cr 0. 8 1. 10%, Al 0. 02 0. 055%,
彡 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°C，熱軋穿孔變形溫度1100 1150°C，變形奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生動態(tài)再結晶。軋管變形溫度1000 1050°C，變形奧氏體在未再結晶區(qū)發(fā)生加工硬化。補償加熱溫度為980 1020°C，奧氏體發(fā)生靜態(tài)再結晶。定、 減徑工序，變形溫度為900 950°C，變形奧氏體發(fā)生累積加工硬化。切斷后收集堆冷，冷卻速度為0.5 1°C /s。CN101319294公開了一種細晶粒滲碳齒輪用鋼及其制造方法。該鋼的化學成分 (重量 ％)為C0. 15-0. 25%,Si ^ 0. 35%,Mn 0. 60-0. 90%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 010%, Cr 0. 80-1. 20%, Mo 0. 15-0. 35%, Nb 0. 02-0. 08%, B 0. 0005-0. 0035%, Al 0. 02-0. 06%, Ti 0.01-0. 04%，[N]彡0.015%，
彡0.0015%，其余為！^及不可避免的雜質。同時要求Ti彡2[N]，B彡([N]-Ti/3. 4)/1. 4+0. 001。并采用終軋溫度低于900°C的軋制生產(chǎn)工藝。本發(fā)明鋼與現(xiàn)有滲碳齒輪鋼20CrMoH相比，滲碳淬火后晶粒度大于10級，彎曲疲勞強度(oj提高15%以上，接觸疲勞壽命(Lltl)提高30%以上。CN102162069A公開了一種飛剪主傳動大齒輪鋼及其制造方法，包含元素的質量百分比為:C0. 10 0. 20% ；Cr 2. 00 3. 00% ；Ni 2. 50 3. 50% ；Mo 0. 4 1. 00% ；Si0. 10 0. 40% ；Mn 0. 40 1. 00% ；Cu ( 0. 25% ；Al ^ 0. 1% ;P ^ 0. 020% ；S ( 0. 015% ； 0 ( 30ppm ；N ( IOOppm ；H ( 2ppm ；制造步驟為1)按質量百分配比進行冶煉，得到鍛坯；2) 鍛造；幻正火熱處理；4)滾齒力)表面滲碳淬火熱處理；6)磨齒加工。本發(fā)明提高了大齒輪的承載能力和可靠性，滿足高碳、高合金鋼種及規(guī)格提高的生產(chǎn)需要，因而具備良好的推廣及應用前景。目前現(xiàn)有專利大都采用Nb、V、Ti單一或復合微合金化來細化晶粒，有的甚至加入了 Ni、Mo元素來改善鋼材性能，隨著原材料價格的日益增加，鋼材的生產(chǎn)成本大幅度增加。

發(fā)明內容
針對用戶高強度、高壽命、高性能穩(wěn)定性的要求，本發(fā)明提供一種MnCr系滲碳齒輪鋼及其制造方法，通過控制材料的化學成分和合理的生產(chǎn)工藝來細化晶粒、優(yōu)化材料的組織和性能，提高材料的強度和疲勞壽命，使材料具有良好的綜合性能，提高齒輪廠的生產(chǎn)效率。本專利通過合理的成分設計和生產(chǎn)工藝，用Al來細化晶粒，此外無需添加任何微合金元素，即可獲得綜合性能優(yōu)良的滲碳齒輪鋼。本發(fā)明的技術方案如下一種MnCr系滲碳齒輪鋼，其化學成分質量百分比為C :0. 25-0. 30 %、Si 彡 0. 12 %、Mn 0. 60-0. 80 %, Cr :0. 80-1. 10 %, P ^ 0. 035 %, S 0. 020-0. 050 Al 0. 020-0. 055、
彡20ppm，其余為！^和不可避免的雜質。采用MruCr合金化，低硅的成分設計，來提高材料的強度和疲勞壽命；窄成分設計以保證良好的質量穩(wěn)定性；加入適量的 S，改善材料的易切削性；以Al來細化晶粒，最終使材料獲得良好的綜合性能。本發(fā)明的技術特點之一在于合理的成分設計，采用MruCr合金化、低硅、適量Al和 S的窄成分設計。采用Mn、Cr搭配合金化，提高鋼的淬透性，設計Mn :0. 60-0. 80 %, Cr 0.80-1. 10% ；低硅的成分設計，為提高材料的疲勞強度和抗點蝕能力，Si ( 0. 12% ；為細化晶粒，提高鋼的綜合性能，Al 0. 020-0. 055% ；為提高鋼的切削性能，S :0. 020-0. 050% ； 窄成分設計保證材料的質量穩(wěn)定性。在上述優(yōu)化設計基礎上，為保證鋼的性能穩(wěn)定一致，優(yōu)選的，鋼的組成按質量百分數(shù)為C :0. 26-0. 30%, Si 彡 0. 12%, Mn :0. 70-0. 80%, Cr :0. 95-1. 10%, P 彡 0. 020%, S 0. 020-0. 035%,Al :0. 020-0. 055、
( 20ppm，其余為 Fe 和不可避免的雜質。本發(fā)明的技術特點之二在于合理的生產(chǎn)工藝，提高鋼的純凈度，保證鋼的性能質量，使鋼具有良好的綜合性能。本發(fā)明MnCr滲碳齒輪鋼的制備方法，鋼的化學成分設計要求如上所述，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，電爐冶煉全過程造泡沫渣操作，終點[C] = 0. 10-0. 15 %、 [P]彡0.015%、[Si]彡0.05%，殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度 1630-1680°C。鋼包內預脫氧嚴禁加入硅質脫氧劑，加鋁量1.5-2. 5kg/t鋼，出鋼嚴禁加入含Si材料。LF精煉，采用碳粉調渣，喂入Al線2-4m/t鋼。精煉渣堿度3. 0-3. 5，全程保持白渣，喂入鈣線2-4m/t鋼、硫線1. 5-2m/t鋼，出鋼前控制鋼中鋁含量在0. 035-0. 055%。精煉后真空處理，真空度小于67 ，保持時間12-18分鐘，VD后軟吹氬時間10-15分鐘。所述硅質脫氧劑為硅鐵、碳化硅等。所述含Si材料為螢石等。(2)澆注采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中應采用電磁攪拌。控制中間包溫度1520-1M0°C，拉速 260mmX 300mm 坯型按照 0. 60 0. 85m/min, 180mmX 220mm 坯型按照 0. 90 1. 25m/min 控制，以保證鑄坯質量。(3)車L制 控制加熱爐均熱溫度1130-1200 °C，加熱時間2. 5-3. 5小時，開軋溫度 1080-1120°C，終軋溫度850-1000°C。制得熱軋圓鋼。優(yōu)選的，MnCr滲碳齒輪鋼的制備方法，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，電爐冶煉全過程造泡沫渣操作，終點[C]= 0. 12-0. 15%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0. 03-0. 04%，殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度1650-1680°C，加鋁量1. 5-2. 5kg/t鋼。LF精煉，加鋁線3_4m/t鋼，精煉渣堿度 3. 0-3. 5，全程保持白渣，加入鈣線2-3m/t鋼，硫線1. 5_2m/t鋼，出鋼前控制鋼中鋁含量在 0. 035-0. 055% ；精煉后真空處理，真空度40-60Pa，保持時間12-15分鐘，VD后軟吹氬時間 12-15分鐘。(2)澆注采用連鑄澆注，連鑄中應采用電磁攪拌。控制中間包溫度1520_1535°C， 拉速 260mmX 300mm 坯型按照 0. 60 0. 70m/min, 180mmX 220mm 坯型按照 0. 90 1. 05m/ min控制，鑄坯質量良好。(3)軋制控制加熱爐均熱溫度1150-1200°C，加熱時間2. 5-3小時，開軋溫度 1080-1120°C，終軋溫度 850-950°C。以上制備方法中未加限定的工藝條件均可參照本領域常規(guī)技術。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案的優(yōu)良效果如下1、本發(fā)明MnCr滲碳齒輪鋼采用窄成分、低硅生產(chǎn)技術，提高鋼的疲勞強度和點蝕抗力，以Al細化晶粒，獲得了良好的綜合性能。2、本發(fā)明在生產(chǎn)工程中，通過制造工藝優(yōu)化及對過程的嚴格控制，大大的提高了鋼的純凈度和性能的穩(wěn)定性。3、通過增硫工藝及硫化物夾雜的控制，大大的提高了該鋼的易切削性，提高齒輪生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工效。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1-4 一種MnCr滲碳齒輪鋼。采用UHP超高功率電爐、LF精煉、VD真空脫氣處理工藝冶煉，連鑄澆注鑄坯、軋制成材工藝生產(chǎn)鋼材。實施例1-2是以Φ50mm規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來具體說明本發(fā)明是如何實施的。實施例3-4是以Φ80πιπι規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來具體說明本發(fā)明是如何實施的。鋼的組成按質量百分數(shù)為C 0. 25-0. 30 Si 彡 0. 12 Mn 0. 60-0. 80 Cr 0. 80-1. 10 P ^ 0. 035%,S 0. 020-0. 050%、Al :0. 020-0. 055、
^ 20ppm，其余為 Fe 和不可避免的雜質。生產(chǎn)工藝如下(1)冶煉采用電爐冶煉，電爐冶煉全過程造泡沫渣操作，終點[C]= 0. 15-0. 20%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0. 03-0. 04%，殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度1650-1680°C，加鋁量1. 5-2. 5kg/t鋼。LF精煉，加鋁線3_4m/t鋼，精煉渣堿度 3. 0-3. 5，全程保持白渣，加入鈣線2-3m/t鋼，硫線1. 5_2m/t鋼，出鋼前控制鋼中鋁含量在 0. 035-0. 055% ；精煉后真空處理，真空度40-60Pa，保持時間12-15分鐘，VD后軟吹氬時間 12-15分鐘。(2)澆注采用連鑄澆注，連鑄中采用電磁攪拌。實施例1-2連鑄坯規(guī)格 180mmX 220mm,拉速 0. 90-1. 05m/min ；實施例 3-4 連鑄坯規(guī)格 260mmX 300mm,拉速 0. 60-0. 70m/min。控制中間包溫度1520_1535°C，鑄坯質量良好。(3)軋制控制加熱爐均熱溫度1150-1200°C，加熱時間2. 5-3小時，開軋溫度 1080-1120°C，終軋溫度 850-950°C。具體的工藝參數(shù)見表1和表2所示。表1是1-4實施例MnCr滲碳齒輪鋼的化學成分，表2是連鑄中間包鋼水溫度、拉坯速度、鋼坯加熱溫度、時間及軋制溫度。表IMnCr滲碳齒輪鋼實施例化學成分(重量，％ )
實施例CSiMnCrPSAlOXlCT4Fe10. 280. 080. 740. 970. 0140. 0280. 03116. 4余量20. 270. 100. 751. 000. 0150. 0340. 03416. 4余量30. 280. 090. 750. 960. 0130. 0260. 03115. 9余量40. 280. 090. 730. 980. 0140. 0300. 04015. 5余量表2連鑄中間包鋼水溫度、拉坯速度、鋼坯加熱溫度、時間及軋制溫度
實施例中間包鋼水溫度，°c拉坯速度， m/min鋼坯均熱溫度，°c均熱時間，h開軋溫度，°c終軋溫度， "C115320.9011603.01100880215240.9211802.51105900315350.6011803.51110920415260.6512003.01115940實施例1-4每爐鋼材成品的性能檢驗結果如表3、表4所示。表3低倍、非金屬夾雜物檢驗結果
權利要求
1.一種MnCr滲碳齒輪鋼，其組成按質量百分數(shù)為C 0. 25-0. 30%, Si ^ 0. 12%,Mn :0. 60-0. 80%, Cr :0. 80-1. 10%, P ^ 0. 035%, S 0. 020-0. 050%,Al 0. 020-0. 055、
( 20ppm，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的滲碳齒輪鋼，鋼的組成按質量百分數(shù)為C 0. 26-0. 30%, Si 彡 0. 12%,Mn :0. 70-0. 80%, Cr :0. 95-1. 10%, P 彡 0. 020%, S 0. 020-0. 035%,Al :0. 020-0. 055、
( 20ppm，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
3.如權利要求1或2所述的滲碳齒輪鋼的制備方法，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，電爐冶煉全過程造泡沫渣操作，終點[C] = 0. 10-0. 15 [P]彡0.015%、[Si]彡0.05%，殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度 1630-16800C ；鋼包內預脫氧嚴禁加入硅質脫氧劑，加鋁量1. 5-2. 5kg/t鋼，出鋼嚴禁加入含Si材料；LF精煉，采用碳粉調渣，喂入Al線2-4m/t鋼；精煉渣堿度3. 0-3. 5，全程保持白渣，喂入鈣線2-4m/t鋼、硫線1. 5-2m/t鋼，出鋼前控制鋼中鋁含量在0. 035-0. 055% ；精煉后真空處理，真空度小于671 ，保持時間12-18分鐘，VD后軟吹氬時間10-15分鐘；(2)澆注采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中應采用電磁攪拌。控制中間包溫度1520-1540°C，拉速 260mmX 300mm 坯型按照 0. 60 0. 85m/min, 180mmX 220mm 坯型按照 0. 90 1. 25m/min 控制，以保證鑄坯質量；(3)軋制控制加熱爐均熱溫度1130-1200°C，加熱時間2. 5-3. 5小時，開軋溫度1080-1120°C，終軋溫度850-1000°C ；制得熱軋圓鋼。
4.如權利要求3所述的滲碳齒輪鋼的制備方法，其特征在于，所述硅質脫氧劑為硅鐵或碳化硅；所述含Si材料為螢石。
5.如權利要求3或4所述的滲碳齒輪鋼的制備方法，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，電爐冶煉全過程造泡沫渣操作，終點[C]= 0. 12-0. 15%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0.03-0. 04%，殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度 1650-1680°C，加鋁量1. 5-2. 5kg/1鋼。LF精煉，加鋁線3_4m/t鋼，精煉渣堿度3. 0-3. 5， 全程保持白渣，加入鈣線2-3m/t鋼，硫線1.5-2m/t鋼，出鋼前控制鋼中鋁含量在 0. 035-0. 055% ；精煉后真空處理，真空度40-60Pa，保持時間12-15分鐘，VD后軟吹氬時間 12-15分鐘。(2)澆注采用連鑄澆注，連鑄中應采用電磁攪拌。控制中間包溫度1520-1535 ，拉速 260mmX 300mm 坯型按照 0. 60 0. 70m/min, 180mmX 220mm 坯型按照 0. 90 1. 05m/min 控制，鑄坯質量良好。(3)軋制控制加熱爐均熱溫度1150-1200°C，加熱時間2. 5-3小時，開軋溫度 1080-1120°C，終軋溫度 850-950°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MnCr滲碳齒輪鋼及其制造方法，其組成按質量百分數(shù)為C0.25-0.30％、Si≤0.12％、Mn0.60-0.80％、Cr0.80-1.10％、P≤0.035％、S0.020-0.050％、Al0.020-0.055、[O]≤20ppm，其余為Fe和不可避免的雜質。采用電爐冶煉，終點[C]＝0.10-0.15％、[P]≤0.015％、[Si]≤0.05％，出鋼溫度1630-1680℃。LF精煉，采用碳粉調渣，喂入鋁線、鈣線、硫線。真空處理，軟吹氬。連鑄澆注鑄坯，控制中間包溫度1520-1540℃，根據(jù)不同坯型嚴格控制拉速。軋制過程嚴格控制均熱溫度、加熱時間、開軋溫度、終軋溫度，制得熱軋圓鋼。
文檔編號C22C38/18GK102517521SQ20111042998
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月20日
發(fā)明者盧乃雙, 吳德發(fā), 孫永喜, 張利平, 張海霞, 梁娜, 范黎明, 鄭艷 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司