專利名稱：一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其制造方法
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CrNiMo系易切削齒輪鋼及其 制造方法。
背景技術(shù)：
20CrNiMoH是常見的CiNiMo系齒輪鋼，各國均有類似牌號，例如SAE (SAE8620H)、 JIS(SNCM220H) ,DIN(2NiCrMo2)、BS(805M20)、NF(20NCD2)等。其 CrNiMo 合金含量低，強韌 性配合好，具有良好的淬透性，能很好地承受沖擊、彎曲疲勞應(yīng)力，使用用途較為廣泛，除用 于汽車變速箱齒輪、后橋主動錐齒輪外，還廣泛應(yīng)用于工程機械、精密機械的傳動齒輪與齒 輪軸。隨著齒輪加工工藝的進步，國內(nèi)許多先進的齒輪生產(chǎn)企業(yè)已裝備了高速數(shù)控機 床，進行高速切削加工齒形。對齒輪材料的易切削加工性能提出了更高的要求。在保證鍛 造加工塑性變形性能良好的同時，還要兼顧切削加工性能。與用國內(nèi)用量最大的20CrMnTiH低合金齒輪鋼品種相比，CiNiMo系齒輪鋼具有較 高的抗彎強度、疲勞強度、承載能力，但齒形加工過程中，切削性能明顯下降，增加了齒輪刀 具磨損。目前，國內(nèi)尚未對CrMMo系齒輪鋼切削性能進行相關(guān)試驗研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對CrNiMo系齒輪鋼切削性能差的問題，提供了一種CrNiMo系易切 削齒輪鋼及其制造方法。本發(fā)明的CrMMo系齒輪鋼具有良好淬透性、強韌性的同時，明顯 改善了切削性能，屬于合金結(jié)構(gòu)鋼。本發(fā)明提供一種CrNiMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質(zhì)量百分比為C 0. 17 0. 23，Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75,Mo 0. 15 0. 25, P ^ 0. 030, SO. 010 0. 040, A10. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；
余為!^e和微量雜質(zhì)。進一步優(yōu)選的，本發(fā)明鋼的化學成分(質(zhì)量百分比)為C 0. 18 0. 23，Si 0. 17 0. 25，Mn 0. 70 0. 80，Cr 0. 40 0. 50，Ni 0. 40 0. 50，Mo 0. 18 0. 22，P 彡 0. 030，S 0. 020 0. 040，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0.6 ；余為！^和微量雜質(zhì)。本發(fā)明還提供一種CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，包括初煉爐冶煉、爐外精 煉、鋼坯連鑄、軋制，其特征在于，所述CrNiMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質(zhì)量百分比為C 0. 17 0. 23， Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75，Mo 0. 15 0. 25， P^O. 030, S 0. 010 0. 040，Al 0. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為 Fe 和微量雜質(zhì)。 或鋼的化學成分按質(zhì)量百分比為C 0. 18 0. 23，Si 0. 17 0. 25，Mn 0. 70 0. 80，Cr 0. 40 0. 50，Ni 0. 40 0. 50，Mo 0. 18 0. 22，P 彡 0. 030，S 0. 020 0. 030，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0.6 ；余為！^和微量雜質(zhì)。在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15X10_6 ；鑄坯在加熱爐的加熱 溫度為1180 1260°C，加熱時間為1.5 處，開軋溫度1050 1180°C，終軋溫度850 1120°C，軋后緩冷；軋制規(guī)格Φ30 160mm的圓鋼。所述初煉爐為電爐或轉(zhuǎn)爐。上述的CrNiMo系易切削齒輪鋼的制備方法，優(yōu)選的工藝條件如下1)入爐原料中鐵水的重量占原料總重量的30 80%，其余為廢鋼；2)初煉爐冶煉初煉爐熔清成分目標熔清碳0. 50 1. 1%，熔清磷< 0. 020%, 殘余元素含量符合標準要求；全熔分析溫度> 1540°C。3)初煉爐冶煉終點控制[C] = 0. 10 0. 15%,P^ 0. 012%，殘余元素含量符合 標準要求。4)初煉爐出鋼時，采用包內(nèi)合金化及預(yù)脫氧；鋼包內(nèi)預(yù)脫氧加鋁塊量1.5 2. 5Kg/t鋼。出鋼過程及出鋼后保持鋼包連續(xù)吹A(chǔ)r。5)在LF鋼包精煉爐進行精煉，精煉過程中，喂入鋁線1.5 2. 5m/噸鋼，精煉過 程保持白渣。取一次樣全分析，根據(jù)一次樣分析結(jié)果，按內(nèi)控要求調(diào)整C、Si、Mn、Cr、Ni、M0 化學成分。出鋼前按2. 0 6m/t鋼，喂入硅鈣線# 13mm?？刂艭a/S = 0. 3 0. 6 ；控制鋼 中酸溶鋁含量在0.010 0.050%。出鋼前控制鋼中酸溶鋁含量在0.010 0.040%。噸 鋼喂硅鈣線4 6m。扒除部分還原渣，適度降低爐渣堿度R，控制在1. 0 2. 5，再喂硫線， 控制 S 0. 02 0. 04%。6)鋼水入真空脫氣精煉爐前扒渣，鋼水入真空脫氣精煉爐后，真空度67 以下保 持時間15 30分鐘。軟吹A(chǔ)r時間15 40分鐘。7)連鑄全保護澆注，中間包液面700士50mm，結(jié)晶器液面波動彡士2mm。中包過熱 度按15 25°C控制，拉速控制0. 6-1. 2m/min。8)軋制加熱溫度1180 1260°C，允許溫差彡30°C，加熱時間1. 5 4小時，既要保證鋼 坯加熱均勻，又要防止脫碳和粘爐；開軋溫度1050°C 1180°C ；終軋溫度850°C 1020°C ； 軋后及時收集成品并緩冷。步驟1)中所述的廢鋼是指鋼鐵廠生產(chǎn)過程中不成為產(chǎn)品的鋼鐵廢料(如切邊、切 頭等)以及使用后報廢的設(shè)備、構(gòu)件中的鋼鐵材料，一般可用作煉鋼原料，或用于鑄造、煉 鐵和再生鋼材。一般要求其含碳量一般小于2. 0%，硫磷含量均不大于0. 05%。優(yōu)選的，步驟1)中，配料時不允許加渣鋼、罐幫鐵等高磷、硫廢鋼。所述初煉爐為電爐或轉(zhuǎn)爐。本發(fā)明未詳述的步驟均可采用現(xiàn)有技術(shù)。同目前CrNiMo齒輪鋼生產(chǎn)比較，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點在于(1)硫、鈣是最廉價的改善切削性能的元素。本發(fā)明鋼通過合理控制微量元素S、 Ca的含量，大大改善了鋼的切削性能。是一種低成本、高效CrMMo系齒輪鋼。(2)為了改善含齒輪鋼的切削性能，用Ca處理控制鋼中S化物的尺寸及形態(tài)(圖 1)，即以在鋼液中固溶的Ca固定溶解的S，使之生成近球形的CaS或(Ca，Mn) S復(fù)合硫化物 (圖2)，消除了 MnS條帶狀分布對鋼橫向性能的不利影響。
齒輪鋼的切削性能對比試驗(圖4 圖6)表明添加0. 02% S的SNCM220H齒輪 鋼的切削性能明顯好于常規(guī)20CrMnTiH齒輪鋼(通常為低硫S = 0. 05%、且硬度較低)。 同樣切削條件下(切削速度、進給量、背吃刀量相同)，SNCM220H易切削齒輪鋼的刀具磨損 壽命較20CrMnTiH齒輪鋼的刀具磨損壽命提高30%以上；SNCM220H易切削齒輪鋼的加工表 面粗糙度優(yōu)于20CrMnTiH齒輪鋼；SNCM220H易切削齒輪鋼的斷屑性能好于20CrMnTiH齒輪 鋼。本發(fā)明的CrNiMo系易切削齒輪鋼，廣泛用于汽車及機械行業(yè)。


圖1為齒輪鋼中球狀硫化物(CaS)的電鏡照片，(標尺為100 μ m)圖2為齒輪鋼中復(fù)合夾雜物(MnS粘附、包裹著A1203)的電鏡照片，(標尺為 100 μ m)圖3為齒輪鋼中金相組織(100 X)的電鏡照片，(標尺為100 μ m)圖4為20CrMnTiH齒輪鋼和SNCM220H易切削齒輪鋼的斷屑情況。
具體實施例方式實施例1 CrNiMo系易切削齒輪鋼的生產(chǎn)；首先在初煉爐進行初煉鋼液的熔化，在1600°C 1650°C范圍內(nèi)出鋼并添加合成 渣、預(yù)脫氧劑；其次在鋼包精煉爐進行鋼液的精煉，降低鋼液中
及夾雜物含量，控制溫 度在1550°C 1650°C、冶煉時間在60min以內(nèi)出鋼；然后在真空爐上對精煉鋼液進行真空 處理，真空度小于76Pa，真空保持時間為15 35min，鋼包底部吹入氬氣；最后在全保護狀 態(tài)下進行連續(xù)澆鑄，經(jīng)1. 5 4小時加熱，1180 1260°C鑄坯熱軋成Φ30 160mm圓鋼。具體參數(shù)見表1 表5。編號1-3對應(yīng)實施例1-3的鋼種，表1齒輪鋼實施例化學成分(質(zhì)量，％ )
權(quán)利要求
1.一種CrNiMo系易切削齒輪鋼，其鋼的化學成分質(zhì)量百分比為C 0. 17 0. 23,Si 0. 15 0. 37,Mn 0. 60 0. 95,Cr 0. 35 0. 65,Ni 0. 35 0. 75、 Mo 0. 15 0. 25,P 彡 0. 030,S 0. 010 0. 040,Al 0. 005 0. 050、Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為狗和微量雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的CrMMo系易切削齒輪鋼，其特征在于，鋼的化學成分重量百分 比為C 0. 18 0. 23,Si 0. 17 0. 25,Mn 0. 70 0. 80,Cr 0. 40 0. 50,Ni 0. 40 0. 50、 Mo 0. 18 0. 22,P 彡 0. 020,S 0. 020 0. 040,Al 0. 010 0. 040、Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為狗和微量雜質(zhì)。
3.—種CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，包括初煉爐冶煉、爐外精煉、鋼坯連鑄、 軋制，其特征在于，所述CrMMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質(zhì)量百分比為C 0. 17 0. 23，Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75，Mo 0. 15 0. 25，P 彡 0. 030，S 0. 010 0. 040，Al 0. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為 Fe 和微 量雜質(zhì)。或鋼的化學成分按質(zhì)量百分比為C 0. 18 0. 23, Si 0. 17 0. 25,Mn 0. 70 0. 80, Cr 0. 40 0. 50,Ni 0. 40 0. 50， Mo 0. 18 0. 22, P ^ 0. 030，S 0. 020 0. 030，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余 為Fe和微量雜質(zhì)。在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15X10—6 ；鑄坯在加熱爐的加熱溫度 為1180 1260°C，加熱時間為1. 5 4h，開軋溫度1050 1180°C，終軋溫度850 1020°C， 軋后緩冷；軋制規(guī)格Φ 30 160mm的圓鋼。
4.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于冶煉前入爐原 料中鐵水重量占原料30 80%。
5.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，初煉爐出鋼 時，采用包內(nèi)合金化及預(yù)脫氧；鋼包內(nèi)預(yù)脫氧加鋁塊1. 5 2. 5kg/t鋼；出鋼過程及出鋼后 保持鋼包連續(xù)吹A(chǔ)r。
6.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，在LF鋼包精 煉爐進行精煉，精煉過程中，喂入鋁線1. 5 2. 5m/噸鋼，精煉過程保持白渣。取一次樣全分 析，根據(jù)一次樣分析結(jié)果，按內(nèi)控要求調(diào)整C、Si、Mn、Cr、Ni、M0化學成分。出鋼前按2. 0 6m/t鋼，喂入硅鈣線# 13mm，控制Ca/S = 0. 3 0. 6 ；控制鋼中酸溶鋁含量在0. 010 0.050%。出鋼前控制鋼中酸溶鋁含量在0.010 0.040%。噸鋼喂硅鈣線4 6m。扒除 部分還原渣，適度降低爐渣堿度R，控制在1. 0 2. 5，再喂硫線，控制S 0. 02 0. 04%。
7.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于鋼水入真空脫 氣精煉爐前扒渣，鋼水入真空脫氣精煉爐后，真空度小于67 保持時間15 30分鐘。軟 吹A(chǔ)r時間15 40分鐘。
8.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，鋼坯連鑄采 用全保護澆注，中間包液面700士50mm，結(jié)晶器液面波動< 士2mm。中包過熱度按15 25°C 控制，拉速控制0. 6-1. 2m/min。
9.如權(quán)利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，軋制時加熱 溫度1180 1260°C，允許溫差彡30°C，加熱時間1. 5 4小時，開軋溫度1050°C -1180°C，終軋溫度850°C -1020°C，軋后及時收集成品并緩冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其制備方法，鋼的化學成分重量百分比％為C0.17～0.23 Si0.15～0.37 Mn0.60～0.95 Cr0.35～0.65 Ni0.35～0.75 Mo0.15～0.25 P≤0.030S0.010～0.040 Al0.005～0.050 Ca/S0.3～0.6；余為Fe和微量雜質(zhì)。制備方法，包括初煉爐(電爐或轉(zhuǎn)爐)冶煉、LF+VD(或RH)爐外精煉、連鑄、軋制，其特征在于，采用爐外精煉及真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15×10-6；控制微量元素S的含量，改善CrNiMo系齒輪鋼的切削性能，使得該鋼適于高速切削加工、重要精密零件。
文檔編號C21C7/10GK102080188SQ20101060396
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者張偉, 李廣艷, 李法興, 李猛, 王廣連, 申景霞, 竇圣朋, 翟正龍, 鞠艷美 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司