一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢及制造方法与流程

1.本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢及制造方法。


背景技术：

2.我国中载重汽车齿轮用钢牌号较多，主要是为适应引进当时国外先进汽车技术的要求。
3.重型载重车后桥减速箱主被动齿轮因需承受高速、重载及较大冲击载荷等原因常采用具有很高强度和韧性的cr-ni或cr-ni-mo系列渗碳钢，cr、ni和mo有利于提高齿轮心部淬透性，并提高抗蚀能力、渗层韧度。国内生产企业为降低成本采用提高20crmnti 钢mn、cr的成分方法提高强度制造后桥齿轮，但20crmnti钢渗碳淬火后变形大，配对较为困难，同时因该钢种含有较高的ti，易与钢中n结合生产不易变形的tin夹杂，其疲劳寿命远低于cr-ni或cr-ni-mo。
4.根据国内重型汽车的使用技术现状分析，超载使用和路况较差这两个问题较为严重，这就使齿轮经常承受较大的过载冲击载荷。过载冲击载荷介于疲劳和断裂应力之间，它对齿轮使用寿命有很大影响，往往造成齿轮早期失效。从这一点来说，大模数重负荷汽车齿轮应选择cr-ni或cr-ni-mo系钢，如德国的18crnimo7-6钢最好，还有国产 20crni3h、20crni2moh钢。大功率发动机的问世促进了新型cr-ni-mo系列齿轮钢的开发和应用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢及制造方法，通过提高si、cr含量，取消ni含量，在降低生产成本的同时，其重要性能指标淬透性能及耐磨性够满足重型卡车后桥齿轮传动系统用钢大扭力的要求。钢中加入适量的nb进一步细化晶粒并大幅提高齿轮的渗碳温度，不但节省渗碳时间，co2排放比常规渗碳温度减少2/3以上。因为晶粒细化轮齿心部韧性提高，能承受较高冲击载荷或较大过载。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢，所述齿轮钢的化学成分按重量百分比为c：0.17～0.23％，si： 0.40～0.80％，mn：0.40～0.80％，cr：2.00～2.50％，mo：0.35～0.45％，ni:≤0.20％， nb:0.03-0.05％，s≤0.015％，p≤0.020％，cu≤0.20％，al:0.010-0.030％，余量为fe及不可避免的杂质。
7.本发明钢化学成分各元素对应的主要作用及设计依据是：
8.c是钢中最基本的元素，也是最经济的强化元素。为保证用该钢生产的齿轮零件经淬火回火后具有较高的表面硬度，同时齿根心部还应有良好的的强韧性，确定了本发明钢碳含量范围在0.17-0.23％。
50％的铁水
→
100t电炉初炼
→
lf炉精炼
→
vd真空脱气
→
连铸300
×
340mm连铸坯
→
铸坯高温入坑缓冷24小时
→
轧钢加热炉铸坯加热
→
高压水除鳞
→
轧制
→
棒材高温下线缓冷
→
精整及检测-入库。
24.具体工艺步骤如下：
25.电炉冶炼
26.1)入炉原料中铁水占30-50％，其余为精选优质废钢；
27.2)初炼及出钢过程的控制关键点：终点出钢碳控制0.05％-0.15％，[p]≤0.012％；电炉出钢1/3时钢包加入fesi、simn、fecr、femo部分合金化，并定量加入造渣材料及其它脱氧剂，出钢后钢包扒渣处理。
[0028]
lf炉精炼
[0029]
1)精炼炉加渣总量800kg～1500kg、电极加热、喂铝线沉淀脱氧，前期按目标值加入fenb利于熔化。精炼渣面加入sic粉进行扩散脱氧，为保证脱硫效果造较高碱度炉渣，控制前、中、末期炉渣四元碱度保持在2.5-4.0左右，同时要保持炉渣具有良好的流动性；
[0030]
2)精炼取成分样后，调整所有成分进入目标值，精炼时间不小于40分钟。出钢温度 1580℃～1650℃。
[0031]
vd真空脱气及软吹氩
[0032]
1)控制真空度在100pa下保持时间10分钟-20分钟；
[0033]
2)解除真空后取样分析，钢包吊至吹氩位继续软吹氩时间≥20分钟。
[0034]
连铸
[0035]
1)钢包到中间包、中间包本身及中间包到结晶器全程充氩气保护，采用结晶器、二冷段电磁搅拌；浸入式水口采用5孔型。
[0036]
2)连铸钢水过热度目标控制在10～25℃，第一炉过热度允许高出连浇炉10℃，拉速控制在0.55～0.70m/min；
[0037]
3)连铸坯在650℃以上及时下保温坑缓冷24小时以上。
[0038]
轧制
[0039]
1)连铸坯在低氧化性气氛的加热炉内加热，预热段温度控制在500-820℃，预热段加热时间不小于90分钟，加热段及均热段温度均控制在1200～1280℃，保温150～180分钟；
[0040]
2)开轧温度1020-1120℃，终轧温度≥900℃，轧制过程中轧辊冷却水量按常规钢种轧制时的50％控制。
[0041]
3)轧材在冷床上采用保温罩，确保钢材冷却速度控制在≤25℃/min；
[0042]
4)钢材冷却工艺：钢材快速下冷床，在650℃以上温度入坑缓冷至200℃以下。
[0043]
本发明钢各实施例中的检测结果
[0044]
1)本发明各实施例与对比例18crnimo7-6化学成分(wt％)见表1。
[0045]
表1
[0046][0047]
2)各实施例与对比例18crnimo7-6钢材淬透性检验结果,见表2。
[0048]
表2
[0049][0050]
3)各实施例与对比例18crnimo7-6钢材奥氏体晶粒度检验结果,见表3。
[0051]
表3
[0052][0053]
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢，其特征在于：所述齿轮钢的化学成分按重量百分比为c：0.17～0.23％，si：0.40～0.80％，mn：0.40～0.80％，cr：2.00～2.50％，mo：0.35～0.45％，ni:≤0.20％，nb:0.03-0.05％，s≤0.015％，p≤0.020％，cu≤0.20％，al:0.010-0.030％，余量为fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢，其特征在于所述齿轮钢满足淬透性j5＝45-51hrc、j15＝42-48hrc。3.根据权利要求1所述的一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢，其特征在于所述齿轮钢在960℃
×
4小时淬火后奥氏体晶粒度≥7级。4.一种如权利要求1所述的载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于所述方法的工艺流程为按该钢的化学元素成分组成配置冶炼原料，依次加入50-70％的优质废钢及30-50％的铁水
→
100t电炉初炼
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lf炉精炼
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vd真空脱气
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连铸300
×
340mm连铸坯
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铸坯高温入坑缓冷24小时
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轧钢加热炉铸坯加热
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高压水除鳞
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轧制
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棒材高温下线缓冷
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精整及检测-入库。5.根据权利要求4所述的一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于所述方法主要包括以下步骤：步骤一、电炉冶炼1)入炉原料中铁水占30-50％，其余为精选优质废钢；2)电炉出钢1/3时钢包加入fesi、simn、fecr、femo部分合金化，并定量加入造渣材料及其它脱氧剂，出钢后钢包扒渣处理；步骤二、lf炉精炼1)精炼炉加渣总量800kg～1500kg、电极加热、喂铝线沉淀脱氧，前期按目标值加入fenb利于熔化；精炼渣面加入sic粉进行扩散脱氧；2)精炼取成分样后，调整所有成分进入目标值，精炼时间不小于40分钟，出钢温度1580℃～1650℃；步骤三、vd真空脱气及软吹氩1)控制真空度在100pa下保持时间10分钟-20分钟；2)解除真空后取样分析，钢包吊至吹氩位继续软吹氩时间≥20分钟；步骤四、连铸1)钢包到中间包、中间包本身及中间包到结晶器全程充氩气保护，采用结晶器、二冷段端电磁搅拌；2)连铸钢水过热度目标控制在10～25℃，拉速控制在0.55～0.70m/min；3)连铸坯在650℃以上及时下线保温坑缓冷24小时以上；步骤五、轧制1)连铸坯在均热段残氧≤2.0％的低氧化性气氛的加热炉内加热；2)开轧温度1020-1120℃，终轧温度≥900℃；3)轧材在冷床上采用保温罩，确保钢材冷却速度控制在≤25℃/min；4)钢材快速下冷床，在650℃以上温度入坑缓冷至200℃以下。6.根据权利要求5所述的一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于步骤一中初炼及出钢过程的控制关键点：终点出钢碳控制0.05％-0.15％，
[p]≤0.012％。7.根据权利要求5所述的一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于步骤二中，为保证脱硫目标达到≤0.010％的效果，精炼过程造较高碱度炉渣，控制前、中、末期炉渣四元碱度保持在2.5-4.0左右，同时要保持炉渣具有良好的流动性。8.根据权利要求5所述一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于步骤四中的浸入式水口采用5孔水口，以保证钢流在结晶器内的流场分布更合理。9.根据权利要求5所述一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于步骤五的轧制过程中轧辊冷却水量按常规钢种轧制时的50％控制，即冷却水控制在5～7kg/t钢。10.根据权利要求5所述一种载重汽车后桥减速箱用抗磨损高淬透性齿轮钢的制造方法，其特征在于，步骤五中加热过程具体为：预热段温度控制在500-820℃，预热段加热时间不小于90分钟，加热段及均热段温度均控制在1200～1280℃，保温150～180分钟。

技术总结
本发明涉及一种载重汽车后桥减速箱箱用抗磨损高淬透性CrSiMoNb齿轮钢及其制造方法，所述齿轮钢的化学成分按重量百分比为C：0.17～0.23％，Si：0.40～0.80％，Mn：0.40～0.80％，Cr：2.00～2.60％，Mo：0.35～0.45％，Ni:≤0.20％，Nb:0.03-0.05％，S≤0.015％，P≤0.020％，Cu≤0.20％，Al:0.010-0.030％，余量为Fe及不可避免的杂质。按该钢的化学元素成分组成配置冶炼原料，依次加入50-70％的优质废钢及30-50％的铁水


技术研发人员：吴小林 罗元东 白云 曹红福
受保护的技术使用者：江阴兴澄特种钢铁有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/10