專利名稱：：一種Cr-Mn-Ti齒輪鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，屬于合金鋼類。涉及一種制造齒輪的新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼。
背景技術(shù)：
：CrMnTi齒輪鋼作為我國(guó)齒輪鋼傳統(tǒng)老產(chǎn)品，50年代由前蘇聯(lián)推薦使用，靠Ti元素細(xì)化晶粒，在冶金、齒輪加工和熱處理等方面國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工藝成熟、穩(wěn)定。CrMnTi齒輪鋼極易形成鈦的夾雜物，由于該鋼的粘度較大，鋼錠凝固時(shí)出現(xiàn)的TiN上浮困難，于是常以?shī)A雜物的形式存在于鋼中；粒子粗大的TiN會(huì)導(dǎo)致鋼錠在鍛軋過(guò)程中產(chǎn)生縱裂，在以后加工及使用時(shí)也易造成淬火裂紋，降低鋼的疲勞壽命；同時(shí)鋼中加入Ti后極易與C形成高熔點(diǎn)的TiC，而在鋼淬火加熱時(shí)，TiC非常穩(wěn)定，不易熔解到奧氏體中，阻止奧氏體晶粒粗化。另一方面TiN和TiC數(shù)量愈多，固溶體中的碳量減少愈多，在引起鋼的強(qiáng)度降低的同時(shí)，由于這些碳、氮化物顆?？勺鳛閵W氏體分解時(shí)新相晶核，從而加速奧氏體的轉(zhuǎn)變，增加鋼的臨界冷卻速度，部分地抵消了元素Mn、Cr提高淬透性的作用，導(dǎo)致CrMnTi齒輪鋼在一定奧氏體化溫度下淬透性降低。之所以在CrMnT潮中用Ti合金化，主要是為了滲碳時(shí)奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，以保持材料的韌性，同時(shí)也避免鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。因此，在滿足對(duì)淬透性的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，保證CrMnTi齒輪鋼在滲碳溫度下晶粒不長(zhǎng)大的最低含鈦量是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。CN1046353公開(kāi)了齒輪鋼熱處理工藝方法，屬于金屬材料熱處理工藝
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。該發(fā)明改變了齒輪鋼，主要是20CrMnTi鋼的碳氮共滲溫度和時(shí)間。CN1554791公開(kāi)了一種提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法，其特征是在電爐冶煉過(guò)程中，控制鋼水中的P含量，電爐出鋼時(shí)，鋼水中的P^).017X,在鋼包精煉爐精煉過(guò)程中加入磷鐵合金調(diào)整鋼水中P的含量，使成品鋼中P的含量在0.018-0.026%，在鋼包精煉爐精煉的齒輪鋼成品鋼中，合金元素的含量為齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)的中下限。提高齒輪鋼的淬透性與熱加工性能的方法有效地提高了齒輪鋼的淬透性，離開(kāi)淬火端9mm處的HRC可提高1-10;有效地提高了齒輪鋼的熱加工性能，把齒輪鋼在鍛造、熱處理、熱加工過(guò)程中的開(kāi)裂比例減少20-40%。目前，GB/T5216-200420CrMnTiH的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%標(biāo)準(zhǔn):<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>注殘余元素S、P、Ni、Cu含量按GB/T5216-2004標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼要求。目前國(guó)內(nèi)20CrMnTiH主要存在的問(wèn)題是由于過(guò)量Ti的存在，導(dǎo)致鋼液澆注困難、鋼錠表面缺陷增多，在液態(tài)時(shí)形成的大顆粒TiN夾雜物，使齒輪在使用過(guò)程中出現(xiàn)小的麻坑，或是在它的棱角處或它與基體的界面處萌生疲勞裂紋而促使工件過(guò)早失效。20CrMnTi鋼中均勾分布有一定數(shù)量的大顆粒的金黃色氮化鈦夾雜。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Cr-Mn-Ti齒輪鋼的制備方法。本發(fā)明鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%為C0.170.23，Si0.170.37，Mn0.81.15，Crl.01.35，S、P50.035'Ti0.010.038，520PPM,30PPM^[N]^120PPM,余量為Fe和其它雜質(zhì)。鋼種成分的確定20CTMnTi是亞共析合金結(jié)構(gòu)鋼，C是影響淬透性和淬硬性的最有效元素，隨著C含量提高，J9、J15提高；Mn、Cr能提高珠光體的形核功和轉(zhuǎn)變激活能，降低珠光體的形核率和長(zhǎng)大速度，兩種元素及其碳化物溶于奧氏體中，使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，增大過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，抑制珠光體轉(zhuǎn)變，提高淬透性；Ti往往和C結(jié)合形成高熔點(diǎn)的細(xì)小TiC質(zhì)點(diǎn)存在于鋼中，TiC難溶于奧氏體中，未溶碳化物不但降低奧氏體中有效碳含量，而且淬火時(shí)促使奧氏體分解，TiC未溶質(zhì)點(diǎn)為珠光體形核提供核心，降低過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，但是能改善鋼的機(jī)械性能；Si是強(qiáng)化鐵素體的元素，一定程度提高淬透性。20CrMnTi隨著鋼中鈦含量的增多，極易形成鈦的夾雜物。由于該鋼的粘度較大，鋼液凝固時(shí)出現(xiàn)的TiN上浮困難，于是常以?shī)A雜物的形式存在于鋼中。粒子粗大的TiN會(huì)導(dǎo)致鋼錠在鍛軋過(guò)程中產(chǎn)生縱裂，在以后加工及使用時(shí)也易造成淬火裂紋，降低鋼的疲勞壽命；同時(shí)鋼中加Ti后極易與C形成高熔點(diǎn)的TiC，阻止奧氏體晶粒粗化。另一方面TiN和TiC數(shù)量愈多，固溶體中的碳量減少愈多，在引起鋼的強(qiáng)度降低的同時(shí)，由于這些碳、氮化物顆?？勺鳛閵W氏體分解時(shí)新相晶核，從而加速奧氏體的轉(zhuǎn)變，增加鋼的臨界冷卻速度，部分地抵消了元素Mn、Cr提高淬透性的作用，導(dǎo)致20CrMnTi鋼在一定奧氏體化溫度下淬透性降低。之所以在20CrMnTi鋼中用Ti合金化，主要是為了滲碳時(shí)奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，以保持材料的韌性，同時(shí)也避免鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。因此，在滿足對(duì)淬透性的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)保證20CrMnTi鋼在滲碳溫度下晶粒不長(zhǎng)大的最低含鈦量。本發(fā)明還提供低Ti齒輪鋼的生產(chǎn)方法，包括一種新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)方法，其特征是采用電爐或轉(zhuǎn)爐初煉一LF精煉一真空爐對(duì)精煉鋼液處理一全保護(hù)連鑄一軋制成材的生產(chǎn)工藝流程；其特征在于初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，在162(TC1670'C范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，降低鋼液中[O]、[S]、夾雜物含量，控制溫度在152(TC163(TC、冶煉時(shí)間在3050min以出鋼；然后在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，真空度小于140Pa，真空時(shí)間為1530min，鋼包底部吹入氬氣；最后在全保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)澆鑄；鋼錠或鋼坯在加熱爐的均熱溫度為11301250。C，加熱和高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為1.53.5h，開(kāi)軋溫度11501220'C，終軋溫度》850。C。進(jìn)一步優(yōu)選的，新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼的制備方法可考慮以下工藝條件進(jìn)行操作1)初煉初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，初煉爐采用電爐或轉(zhuǎn)爐；初煉爐得溫度控制在1655170(TC;在1600。C1650。C范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；2)LF精煉在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，降低鋼液中[O]、[S]、夾雜物含量，控制Sl5PPm、[S]^).030%、夾雜物^3.0;控制溫度在1520。C1620。C、冶煉時(shí)間在3050min出鋼；3)真空爐對(duì)精煉鋼液處理在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，真空度小于140Pa，真空時(shí)間為1530min，鋼包底部吹入氬氣；4)全保護(hù)連鑄鋼包至中間包長(zhǎng)水口保護(hù)澆注；中間包液面的覆蓋劑保護(hù)；中間包至結(jié)晶器注流的浸入式水口保護(hù)澆注；結(jié)晶器液面的保護(hù)渣。5)軋制成材鋼錠或鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130125(TC，加熱和高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為1.53.5h，開(kāi)軋溫度11501220。C，終軋溫度^850。C。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于低Ti的成分設(shè)計(jì)依然可以保證在滲碳過(guò)程中得到細(xì)晶粒組織，同時(shí)降低20CrMnTi鋼的液析氮化鈦，提高齒輪的疲勞壽命。本發(fā)明從保證CrMnTi齒輪鋼的強(qiáng)度和疲勞極限的角度考慮，將CrMnTi齒輪鋼中的Ti含量控制在0.01%0.038%,這樣即能達(dá)到控制CrMnTi齒輪鋼在滲碳溫度下晶粒不長(zhǎng)大，減少夾雜，提高鋼質(zhì)的目的，同時(shí)有利于提高齒輪的疲勞壽命。具體實(shí)施方式-實(shí)施例l:新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)；1)初煉初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，初煉爐采用電爐或轉(zhuǎn)爐；初煉爐得溫度控制在1620167(TC;在160(TC1650'C范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；2)LF精煉在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，降低鋼液中[O]、[S]、夾雜物含量，控制Sl5PPm、[S]￡0.030%、夾雜物^3.0;控制溫度在1520。C162(TC、冶煉時(shí)間在3050min出鋼；3)真空爐對(duì)精煉鋼液處理在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，真空度小于140Pa，真空時(shí)間為1530min，鋼包底部吹入氬氣；4)全保護(hù)連鑄鋼包至中間包長(zhǎng)水口保護(hù)澆注；中間包液面的覆蓋劑保護(hù)；中間包至結(jié)晶器注流的浸入式水口保護(hù)澆注；結(jié)晶器液面的保護(hù)渣。5)軋制成材鋼錠或鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130125(TC，加熱和高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為1.53.5h，開(kāi)軋溫度11501220。C，終軋溫度^850。C。具體參數(shù)見(jiàn)表1和表2。表l齒輪鋼實(shí)施例化學(xué)成分(重量，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)得工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2:鋼的物理特性對(duì)實(shí)施例1的齒輪鋼的物理特性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)GB/T225方法測(cè)定Cr-Mn-Ti齒輪鋼的淬透和機(jī)械性能，根據(jù)GB/T13299方法進(jìn)行Cr-Mn-Ti齒輪鋼的高倍檢驗(yàn)；測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。表3鋼的物理特性<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種Cr-Mn-Ti齒輪鋼，其特征是鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/％為C0.17～0.23，Si0.17～0.37，Mn0.8～1.15，Cr1.0～1.35，S、P≤0.035，Ti0.01～0.038，[O]≤20PPM，30PPM≤[N]≤120PPM，余量為Fe和其它雜質(zhì)。2、一種Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)方法，其特征是采用電爐或轉(zhuǎn)爐初煉一LF精煉一真空爐對(duì)精煉鋼液處理一全保護(hù)連鑄一軋制成材的生產(chǎn)工藝流程；其特征在于初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，在162(TC1670'C范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，降低鋼液中[O]、[S]、夾雜物含量，控制溫度在152(TC163(TC、冶煉時(shí)間在3050min以出鋼；然后在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，真空度小于140Pa，真空時(shí)間為1530min，鋼包底部吹入氬氣；最后在全保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)澆鑄；鋼錠或鋼坯在加熱爐的均熱溫度為11301250。C，加熱和高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為1.53.5h，開(kāi)軋溫度11501220。C,終軋溫度^850°C。3、一種如權(quán)利要求2所述的Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)方法，包括下列步驟1)初煉初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，初煉爐采用電爐或轉(zhuǎn)爐；初煉爐得溫度控制在16201670°C;在1600°C1650°C范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；2)LF精煉在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，降低鋼液中[O]、[S]、夾雜物含量，控制S15PPm、[S]^0.030%、夾雜物^3.0;控制溫度在1520。C162(TC、冶煉時(shí)間在3050min出鋼；3)真空爐對(duì)精煉鋼液處理在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，真空度小于140Pa，真空時(shí)間為1530min，鋼包底部吹入氬氣；4)全保護(hù)連鑄鋼包至中間包長(zhǎng)水口保護(hù)澆注；中間包液面的覆蓋劑保護(hù)；中間包至結(jié)晶器注流的浸入式水口保護(hù)澆注；結(jié)晶器液面的保護(hù)渣。5)軋制成材鋼錠或鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130125(TC，加熱和高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為1.53.5h，開(kāi)軋溫度11501220。C，終軋溫度》850。C。全文摘要本發(fā)明提供一種新型Cr-Mn-Ti齒輪鋼的生產(chǎn)方法，其特征是采用電爐或轉(zhuǎn)爐初煉—LF精煉—真空爐對(duì)精煉鋼液處理—全保護(hù)連鑄—軋制成材的生產(chǎn)工藝流程；初煉爐進(jìn)行初煉鋼液的熔化，在1620℃～1670℃范圍內(nèi)出鋼并添加合成渣；在鋼包精煉爐進(jìn)行鋼液的精煉，控制溫度在1520℃～1630℃、冶煉時(shí)間在30～50min出鋼；然后在真空爐上對(duì)精煉鋼液進(jìn)行真空處理，鋼包底部吹入氬氣；最后在全保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)澆鑄。本發(fā)明從保證CrMnTi齒輪鋼的強(qiáng)度和疲勞極限的角度考慮，將CrMnTi齒輪鋼中的Ti含量控制在0.01％～0.038％，這樣即能達(dá)到控制CrMnTi齒輪鋼在滲碳溫度下晶粒不長(zhǎng)大，減少夾雜，提高鋼質(zhì)的目的，同時(shí)有利于提高齒輪的疲勞壽命。文檔編號(hào)B21B37/74GK101275204SQ20081001487公開(kāi)日2008年10月1日申請(qǐng)日期2008年3月26日優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日發(fā)明者孫新軍,張利平,李艷青,杜顯彬,翟正龍,范黎明,董杰吉,艷鄭,雍歧龍申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵股份有限公司