专利名称：一种MnCr渗碳齿轮钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种MnCr渗碳齿轮钢及其制造技术。
背景技术：
渗碳齿轮钢作为汽车用主要结构钢之一，其材料技术的发展直接影响着我国汽车制造的整体技术水平，长期以来，中国的渗碳齿轮钢多用20CrMnTi，改革开放后，伴随着国外先进汽车产品和制造技术的引进，许多国外牌号的高强度渗碳齿轮钢也随之进入。MnCr 齿轮钢是我国在引进德国轿车生产线的同时，引进的高标准轿车齿轮用钢，全部按德国大众企业标准生产，是目前引进钢号中技术要求最高，生产难度最大的一类齿轮钢系列，主要用于奥迪、捷达、桑塔那及富康轿车齿轮，依维柯中巴车及部分引进的重型卡车齿轮。中国专利CN101250666A公开了一种风电用齿轮钢，其化学成分为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,其余为 Fe 和不可避免的杂质。中国专利CN101096742A公开了一种高强度汽车用齿轮钢，其化学成分为 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%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。中国专利CN101603151A公开了一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，其化学成分为 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，其余为 Fe。CN1664150公开了一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法，其化学成分重量配比为 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，余量为 Fe。按此成分进行冶炼，模注钢锭，钢锭开坯。管坯加热温度为1200 1250°C，热轧穿孔变形温度1100 1150°C，变形奥氏体在高温区发生动态再结晶。轧管变形温度1000 1050°C，变形奥氏体在未再结晶区发生加工硬化。补偿加热温度为980 1020°C，奥氏体发生静态再结晶。定、 减径工序，变形温度为900 950°C，变形奥氏体发生累积加工硬化。切断后收集堆冷，冷却速度为0.5 1°C /s。CN101319294公开了一种细晶粒渗碳齿轮用钢及其制造方法。该钢的化学成分 (重量 ％)为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%，其余为！^及不可避免的杂质。同时要求Ti彡2[N]，B彡([N]-Ti/3. 4)/1. 4+0. 001。并采用终轧温度低于900°C的轧制生产工艺。本发明钢与现有渗碳齿轮钢20CrMoH相比，渗碳淬火后晶粒度大于10级，弯曲疲劳强度(oj提高15%以上，接触疲劳寿命(Lltl)提高30%以上。CN102162069A公开了一种飞剪主传动大齿轮钢及其制造方法，包含元素的质量百分比为: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 ；制造步骤为1)按质量百分配比进行冶炼，得到锻坯；2) 锻造；幻正火热处理；4)滚齿力)表面渗碳淬火热处理；6)磨齿加工。本发明提高了大齿轮的承载能力和可靠性，满足高碳、高合金钢种及规格提高的生产需要，因而具备良好的推广及应用前景。目前现有专利大都采用Nb、V、Ti单一或复合微合金化来细化晶粒，有的甚至加入了 Ni、Mo元素来改善钢材性能，随着原材料价格的日益增加，钢材的生产成本大幅度增加。
发明内容
针对用户高强度、高寿命、高性能稳定性的要求，本发明提供一种MnCr系渗碳齿轮钢及其制造方法，通过控制材料的化学成分和合理的生产工艺来细化晶粒、优化材料的组织和性能，提高材料的强度和疲劳寿命，使材料具有良好的综合性能，提高齿轮厂的生产效率。本专利通过合理的成分设计和生产工艺，用Al来细化晶粒，此外无需添加任何微合金元素，即可获得综合性能优良的渗碳齿轮钢。本发明的技术方案如下一种MnCr系渗碳齿轮钢，其化学成分质量百分比为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，其余为！^和不可避免的杂质。采用MruCr合金化，低硅的成分设计，来提高材料的强度和疲劳寿命；窄成分设计以保证良好的质量稳定性；加入适量的 S，改善材料的易切削性；以Al来细化晶粒，最终使材料获得良好的综合性能。本发明的技术特点之一在于合理的成分设计，采用MruCr合金化、低硅、适量Al和 S的窄成分设计。采用Mn、Cr搭配合金化，提高钢的淬透性，设计Mn :0. 60-0. 80 %, Cr 0.80-1. 10% ；低硅的成分设计，为提高材料的疲劳强度和抗点蚀能力，Si ( 0. 12% ；为细化晶粒，提高钢的综合性能，Al 0. 020-0. 055% ；为提高钢的切削性能，S :0. 020-0. 050% ； 窄成分设计保证材料的质量稳定性。在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，优选的，钢的组成按质量百分数为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，其余为 Fe 和不可避免的杂质。本发明的技术特点之二在于合理的生产工艺，提高钢的纯净度，保证钢的性能质量，使钢具有良好的综合性能。本发明MnCr渗碳齿轮钢的制备方法，钢的化学成分设计要求如上所述，包括以下步骤(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，终点[C] = 0. 10-0. 15 %、 [P]彡0.015%、[Si]彡0.05%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度 1630-1680°C。钢包内预脱氧严禁加入硅质脱氧剂，加铝量1.5-2. 5kg/t钢，出钢严禁加入含Si材料。LF精炼，采用碳粉调渣，喂入Al线2-4m/t钢。精炼渣碱度3. 0-3. 5，全程保持白渣，喂入钙线2-4m/t钢、硫线1. 5-2m/t钢，出钢前控制钢中铝含量在0. 035-0. 055%。精炼后真空处理，真空度小于67 ，保持时间12-18分钟，VD后软吹氩时间10-15分钟。所述硅质脱氧剂为硅铁、碳化硅等。所述含Si材料为萤石等。(2)浇注采用连铸浇注铸坯，连铸中应采用电磁搅拌。控制中间包温度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，以保证铸坯质量。(3)车L制 控制加热炉均热温度1130-1200 °C，加热时间2. 5-3. 5小时，开轧温度 1080-1120°C，终轧温度850-1000°C。制得热轧圆钢。优选的，MnCr渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，终点[C]= 0. 12-0. 15%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0. 03-0. 04%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度1650-1680°C，加铝量1. 5-2. 5kg/t钢。LF精炼，加铝线3_4m/t钢，精炼渣碱度 3. 0-3. 5，全程保持白渣，加入钙线2-3m/t钢，硫线1. 5_2m/t钢，出钢前控制钢中铝含量在 0. 035-0. 055% ；精炼后真空处理，真空度40-60Pa，保持时间12-15分钟，VD后软吹氩时间 12-15分钟。(2)浇注采用连铸浇注，连铸中应采用电磁搅拌。控制中间包温度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，铸坯质量良好。(3)轧制控制加热炉均热温度1150-1200°C，加热时间2. 5-3小时，开轧温度 1080-1120°C，终轧温度 850-950°C。以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下1、本发明MnCr渗碳齿轮钢采用窄成分、低硅生产技术，提高钢的疲劳强度和点蚀抗力，以Al细化晶粒，获得了良好的综合性能。2、本发明在生产工程中，通过制造工艺优化及对过程的严格控制，大大的提高了钢的纯净度和性能的稳定性。3、通过增硫工艺及硫化物夹杂的控制，大大的提高了该钢的易切削性，提高齿轮生产厂的生产工效。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1-4 一种MnCr渗碳齿轮钢。采用UHP超高功率电炉、LF精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯、轧制成材工艺生产钢材。实施例1-2是以Φ50mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。实施例3-4是以Φ80πιπι规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。钢的组成按质量百分数为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，其余为 Fe 和不可避免的杂质。生产工艺如下(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，终点[C]= 0. 15-0. 20%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0. 03-0. 04%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度1650-1680°C，加铝量1. 5-2. 5kg/t钢。LF精炼，加铝线3_4m/t钢，精炼渣碱度 3. 0-3. 5，全程保持白渣，加入钙线2-3m/t钢，硫线1. 5_2m/t钢，出钢前控制钢中铝含量在 0. 035-0. 055% ；精炼后真空处理，真空度40-60Pa，保持时间12-15分钟，VD后软吹氩时间 12-15分钟。(2)浇注采用连铸浇注，连铸中采用电磁搅拌。实施例1-2连铸坯规格 180mmX 220mm,拉速 0. 90-1. 05m/min ；实施例 3-4 连铸坯规格 260mmX 300mm,拉速 0. 60-0. 70m/min。控制中间包温度1520_1535°C，铸坯质量良好。(3)轧制控制加热炉均热温度1150-1200°C，加热时间2. 5-3小时，开轧温度 1080-1120°C，终轧温度 850-950°C。具体的工艺参数见表1和表2所示。表1是1-4实施例MnCr渗碳齿轮钢的化学成分，表2是连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度。表IMnCr渗碳齿轮钢实施例化学成分(重量，％ )
实施例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连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度
实施例中间包钢水温度，°c拉坯速度， m/min钢坯均热温度，°c均热时间，h开轧温度，°c终轧温度， "C115320.9011603.01100880215240.9211802.51105900315350.6011803.51110920415260.6512003.01115940实施例1-4每炉钢材成品的性能检验结果如表3、表4所示。表3低倍、非金属夹杂物检验结果
权利要求
1.一种MnCr渗碳齿轮钢，其组成按质量百分数为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，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的渗碳齿轮钢，钢的组成按质量百分数为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，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，终点[C] = 0. 10-0. 15 [P]彡0.015%、[Si]彡0.05%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度 1630-16800C ；钢包内预脱氧严禁加入硅质脱氧剂，加铝量1. 5-2. 5kg/t钢，出钢严禁加入含Si材料；LF精炼，采用碳粉调渣，喂入Al线2-4m/t钢；精炼渣碱度3. 0-3. 5，全程保持白渣，喂入钙线2-4m/t钢、硫线1. 5-2m/t钢，出钢前控制钢中铝含量在0. 035-0. 055% ；精炼后真空处理，真空度小于671 ，保持时间12-18分钟，VD后软吹氩时间10-15分钟；(2)浇注采用连铸浇注铸坯，连铸中应采用电磁搅拌。控制中间包温度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，以保证铸坯质量；(3)轧制控制加热炉均热温度1130-1200°C，加热时间2. 5-3. 5小时，开轧温度1080-1120°C，终轧温度850-1000°C ；制得热轧圆钢。
4.如权利要求3所述的渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述硅质脱氧剂为硅铁或碳化硅；所述含Si材料为萤石。
5.如权利要求3或4所述的渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，终点[C]= 0. 12-0. 15%, [P] ^ 0.015%, [Si] = 0.03-0. 04%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度 1650-1680°C，加铝量1. 5-2. 5kg/1钢。LF精炼，加铝线3_4m/t钢，精炼渣碱度3. 0-3. 5， 全程保持白渣，加入钙线2-3m/t钢，硫线1.5-2m/t钢，出钢前控制钢中铝含量在 0. 035-0. 055% ；精炼后真空处理，真空度40-60Pa，保持时间12-15分钟，VD后软吹氩时间 12-15分钟。(2)浇注采用连铸浇注，连铸中应采用电磁搅拌。控制中间包温度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，铸坯质量良好。(3)轧制控制加热炉均热温度1150-1200°C，加热时间2. 5-3小时，开轧温度 1080-1120°C，终轧温度 850-950°C。
全文摘要
本发明涉及一种MnCr渗碳齿轮钢及其制造方法，其组成按质量百分数为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，其余为Fe和不可避免的杂质。采用电炉冶炼，终点[C]＝0.10-0.15％、[P]≤0.015％、[Si]≤0.05％，出钢温度1630-1680℃。LF精炼，采用碳粉调渣，喂入铝线、钙线、硫线。真空处理，软吹氩。连铸浇注铸坯，控制中间包温度1520-1540℃，根据不同坯型严格控制拉速。轧制过程严格控制均热温度、加热时间、开轧温度、终轧温度，制得热轧圆钢。
文档编号C22C38/18GK102517521SQ20111042998
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者卢乃双, 吴德发, 孙永喜, 张利平, 张海霞, 梁娜, 范黎明, 郑艳 申请人:莱芜钢铁集团有限公司