專利名稱：汽車同步器用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步器用鋼技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種超薄壁汽車同步器用鋼及其制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
汽車同步器是為了解決汽車在換擋操作中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速箱轉(zhuǎn)速不一致的機(jī)械裝置，主要部件為兩個(gè)部分，即，齒套和齒座。汽車同步器以其截面薄、形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高著稱，在熱處理上存在一定的技術(shù)難度。在加工同步器的齒套時(shí)，經(jīng)常因淬火而發(fā)生變形，影響了與同步器齒轂的裝配，是汽車變速器總成裝配線上的一個(gè)難點(diǎn)，也影響了汽車變速器換檔的平穩(wěn)性。隨著汽車的普及，汽車變速器壽命及其換檔性能已經(jīng)越來(lái)越受到關(guān)注。同步器的齒套是汽車變速器關(guān)鍵零部件。變速器換檔通過(guò)齒套的滑動(dòng)與結(jié)合齒嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)同步器齒轂轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變速換檔。因此，齒套的設(shè)計(jì)與加工精度將直接影響變速器的壽命及換檔性能。汽車同步器的齒套在滲碳淬火后，發(fā)生變形。齒輪在滲碳淬火中會(huì)產(chǎn)生變形，直接影響齒輪的精度， 增大噪音，甚至造成偏載。超薄壁的汽車同步器對(duì)材料的加工性和熱處理變形提出了嚴(yán)格要求。中國(guó)專利CN1548571A公開(kāi)了一種同步器齒輪用鋼，其中所含的主要化學(xué)成分的百分含量為C 0. 25-0. 30 Si ^ 0. 37 Mn :0. 30-0. 50 %, Cr :0. 5-0. 85 %、 Mo 彡 0. 05%, P 彡 0. 03%, S 0. 02-0. 06%, Ni 彡 0. 10%, Ti :0. 04-0. 10%, W 彡 0. 05%,
余量為!^e和雜質(zhì)。中國(guó)專利CN1664150A公開(kāi)了一種含硫易切削齒輪鋼及其鋼管的制造方法， 其各組分含量按重量百分比為c :0. 20-0. 25 %、Si ^ 0. 30 %, Mn :0. 60-0. 85 Cr 0. 80-1. 10%,P < 0. 035%, S :0. 03-0. 05%, Al :0. 02-0. 055%，余量為 Fe 和雜質(zhì)。上述兩種方法制造的鋼的碳含量較高，硬度和強(qiáng)度較大，塑性和韌性較低，冷加工性能較差。熱處理變形較大，容易造成同步器質(zhì)量問(wèn)題。因此，應(yīng)該采取更加合理的方法來(lái)提高材料的加工性，控制材料的熱處理變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過(guò)微合金化的方法對(duì)鋼成分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的汽車同步器用鋼及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種汽車同步器用鋼的制備方法，所述方法包括冶煉、LF爐外精煉、澆鑄和軋制工序，其中，1)在冶煉工序中，電爐冶煉全過(guò)程造泡沫渣操作， 控制終點(diǎn)[C]、[P]，鋼水的出鋼溫度1620-1670°C，鋼包合金化；2)在LF爐外精煉工序中， 精煉渣堿度為3. 0-3. 5，白渣保持時(shí)間大于20分鐘，喂硫線，真空度小于67Pa，保持時(shí)間大于12分鐘，VD后軟吹氬時(shí)間為10-15分鐘；3)在澆鑄工序中，采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中采用電磁攪拌，控制中間包溫度為1530-1545°C，拉速為0.9 1.3m/min ；4)在軋制工序中，控制加熱爐均熱溫度為1180-1240°C，加熱時(shí)間為2-3小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080-1120°C， 終軋溫度為850-1000°C，其中，制得的汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括 C 0. 16-0. 22 Si 0. 10-0. 40 %, Mn :0. 50-1. 20 %、Cr :1. 0-1. 15 %, Mo ^ 0. 05 %, W 0. 003-0. 010%,Ni 彡 0. 25%,P 彡 0. 030%,S :0. 020% -0. 075%,Al :0. 005—0. 070%,Ti 0. 04-0. 10%,
^ 15ppm，余為！^e和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，在1)在冶煉工序中，采用高溫快速脫碳，控制終點(diǎn)[C]為0.10 0. 15wt%, [P] ^ 0.015wt%，鋼包合金化，加入高錳合金、鉬鎢合金、硅錳合金、鉻鐵。優(yōu)選地，在幻在LF爐外精煉工序中，精煉渣堿度為3. 0-3. 5，根據(jù)成分分析加入硅鐵、鉻鐵、鈦線、硅錳合金，微調(diào)成分。此外，在2)在LF爐外精煉工序中，硫線的加入量為為 0. 55kg/t 0. 78kg/t 鋼。優(yōu)選地，在幻在澆鑄工序中，采用低過(guò)熱度澆鑄。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種汽車同步器用鋼，其中，所述汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括C :0. 16-0. 22%, Si 0. 10-0. 40%, Mn :0. 50-1. 20%, Cr 1. 0-1. 15 MO ^ 0. 05 W 0. 003-0. 010 Ni ^ 0. 25 P ^ 0. 030 S 0. 020% -0. 075%, Al 0. 005-0. 070%, Ti 0. 04-0. 10%,
( 15ppm，余為 Fe 和不可避
免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，所述汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括C :0. 17-0.21%, Si 0. 17-0. 35 %, Mn 0. 60-0. 90 Cr 1. 0-1. 12 %, Mo ^ 0. 05 %, W 0. 003-0. 008
Ni ^ 0. 25%, P ^ 0. 030%, S :0. 020% -0. 075%, Al :0. 005-0. 070%, Ti :0. 04-0. 10%,
^ 15ppm，余為！^和不可避免的雜質(zhì)。
具體實(shí)施例方式針對(duì)用戶對(duì)材料加工性、熱處理變形越來(lái)越高的要求，以及現(xiàn)有材料存在的問(wèn)題， 本發(fā)明提供一種超薄壁汽車同步器用鋼，并根據(jù)微合金化的方法通過(guò)添加適量的合金元素 Mn、Ti、Al來(lái)細(xì)化晶粒、優(yōu)化材料的組織和改善性能，穩(wěn)定鋼的淬透性。此外，本發(fā)明還提供了該鋼的制造方法，采用該方法制造的鋼用于制造僅2mm厚超薄壁汽車同步器時(shí)具有熱處理變形小的特點(diǎn)。在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車同步器用鋼及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在實(shí)施多元合金化的基礎(chǔ)上，根據(jù)微合金化原理，首先，加入適量的合金元素Mn、Ti、Al來(lái)細(xì)化晶粒、優(yōu)化材料的組織和改善性能，穩(wěn)定鋼的淬透性； 其次，降低C含量，降低硬度，提高材料的加工性。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車同步器用鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C :0. 16-0. 22%, Si :0. 10-0. 40 %, Mn :0. 50-1. 20 %、Cr :1. 0-1. 15 %, Mo ^ 0. 05 %, W :0. 003-0. 010
Ni 彡 0. 25%, P 彡 0. 030%, S :0. 020% -0. 075%, Al :0. 005-0. 070%, Ti :0. 04-0. 10%,
^ 15ppm，余為！^和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車同步器用鋼的優(yōu)勢(shì)之一在于采用多元合金化成分設(shè)計(jì)和添加W元素，提高了滲碳滲氮性能，保證了熱處理變形小。具體地講，采用Mn、Ti、Al合金化，在穩(wěn)定鋼的淬透性的同時(shí)可以改善鋼的回火穩(wěn)定性，減小熱處理變形。即，設(shè)計(jì)Mn 0. 50-1. 20wt Ti :0.04-0. IOwtAl :0. 005-0. 070wt%。此外，W元素的加入提高了材料的滲碳滲氮性能，S卩，設(shè)計(jì)W: 0. 003-0. OlOwt%。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了提高汽車同步器用鋼的切削性能(即，加工性能)，將S含量控制為0. 020wt % -0. 075wt %。在上述優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，為保證鋼的性能穩(wěn)定一致，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車同步器用鋼的組成按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為c:0. 17-0.21%, Si :0. 17-0. 35%, Mn 0. 60-0. 90%,Cr :1. 0-1. 12%,Mo^O. 05%,W :0. 003-0. 008%,Ni ^ 0. 25%,P^O. 030%, S 0. 020% -0. 075%, Al 0. 005-0. 070%, Ti 0. 04-0. 10%,
( 15ppm，余為 Fe 和不可
避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車同步器用鋼的優(yōu)勢(shì)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(zhì)量，降低C含量，解決了材料硬度高的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的汽車同步器用鋼的制備方法包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，為有效降低鋼中雜質(zhì)含量，電爐冶煉兌入鐵水，入爐原料必須經(jīng)過(guò)優(yōu)選不允許配入渣鐵、罐幫鐵等高磷高硫廢鋼，電爐冶煉全過(guò)程造泡沫渣操作，保證良好的氧化沸騰，促進(jìn)夾雜物和氣體上浮；采用高溫快速脫碳控制終點(diǎn)[c]0. 10 0. 15wt%, [P] ^ 0.015wt%，殘余元素含量符合設(shè)計(jì)要求，鋼水的出鋼溫度1620-1670°C，鋼包合金化，加入高錳合金、鉬鎢合金、硅錳合金、鉻鐵。出鋼終點(diǎn)碳越低，氧含量越高，則脫氧劑加入量越大，相應(yīng)的產(chǎn)生夾雜物總量越多，對(duì)鋼的潔凈度不利，而且增加了后期夾雜物去除的負(fù)擔(dān)。(2) LF爐外精煉精煉渣堿度為3. 0-3. 5，根據(jù)成分分析加入硅鐵、鉻鐵、鈦線、硅錳合金，微調(diào)成分。 白渣保持時(shí)間大于20分鐘，喂硫線，硫線的加入量為0. 55kg/t 0. 78kg/t鋼。精煉后在VD爐中進(jìn)行真空處理，真空度小于67 ，保持時(shí)間大于12分鐘，VD后軟吹氬的時(shí)間為10-15分鐘。(3)澆鑄采用低過(guò)熱度澆鑄的連鑄澆注鑄坯，連鑄中應(yīng)采用電磁攪拌，控制中間包溫度為 1530-1M5°C，拉速為0. 9 1. 3m/min,以保證鑄坯質(zhì)量。中間包溫度和拉速過(guò)低會(huì)導(dǎo)致水口套眼，過(guò)高則容易漏鋼。(4)車L制控制加熱爐均熱溫度為1180-1240 °C，加熱時(shí)間為2_3小時(shí)，開(kāi)軋溫度為 1080-1120°C，終軋溫度為850-1000°C，制得熱軋圓鋼。以上制備方法中未加限定的工藝條件均可參照本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)。下面將給出具體的實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明。一種超薄壁汽車同步器用鋼，其商業(yè)牌號(hào)為20CrMnTiSHl。采用UHP超高功率電爐、LF爐外精煉、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(shí)施例是以Φ70πιπι規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。生產(chǎn)工藝如下(1)冶煉采用電爐冶煉，兌入優(yōu)選的鐵水，終點(diǎn)[C]0. 10 0. 15wt %、 [P]彡0.015wt%，殘余元素含量符合設(shè)計(jì)要求，鋼水的出鋼溫度1620-1670°c。鋼包合金化，加入高錳合金、鉬鎢合金、硅錳合金、鉻鐵。(2) LF爐外精煉精煉渣堿度3. 5，根據(jù)成分分析加入硅鐵、鉻鐵、鈦線、硅錳合金， 微調(diào)成分。白渣保持時(shí)間20分鐘，喂硫線，硫線的加入量為0. 55kg/t 0. 78kg/t鋼；精煉后真空處理，真空度小于67 ，保持時(shí)間15分鐘，VD后軟吹氬時(shí)間為12分鐘。(3)澆鑄采用連鑄澆注，連鑄中應(yīng)采用電磁攪拌，控制中間包溫度為 1530-1545°C，拉速為1. 0 1. 3m/min，鑄坯質(zhì)量良好。(4)軋制控制加熱爐均熱溫度為1180-1240°C，加熱時(shí)間為2-3小時(shí)，開(kāi)軋溫度為 1080-1120°C，終軋溫度為 850-1000°C。具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1和表2。表1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超薄壁汽車同步器用保淬透性結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)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(shí)間及軋制溫度。表1鋼的化學(xué)成分(重量，％ )
權(quán)利要求
1.一種汽車同步器用鋼的制備方法，所述方法包括冶煉、LF爐外精煉、澆鑄和軋制工序，其特征在于1)在冶煉工序中，電爐冶煉全過(guò)程造泡沫渣操作，控制終點(diǎn)[C]、[P]，鋼水的出鋼溫度 1620-1670°C，鋼包合金化；2)在LF爐外精煉工序中，精煉渣堿度為3.0-3. 5，白渣保持時(shí)間大于20分鐘，喂硫線， 真空度小于67Pa，保持時(shí)間大于12分鐘，VD后軟吹氬時(shí)間為10-15分鐘；3)在澆鑄工序中，采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中采用電磁攪拌，控制中間包溫度為 1530-1545°C，拉速為 0. 9 1. 3m/min ；4)在軋制工序中，控制加熱爐均熱溫度為1180-1240°C，加熱時(shí)間為2_3小時(shí)，開(kāi)軋溫度為 1080-1120°C，終軋溫度為 850-1000°C，其中，制得的汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括C :0. 16-0. 22%, Si 0. 10-0. 40 %, Mn 0. 50-1. 20 Cr 1. 0-1. 15 %, Mo ^ 0. 05 %, W 0. 003-0. 010 Ni ^ 0. 25%, P ^ 0. 030%, S :0. 020% -0. 075%, Al :0. 005-0. 070%, Ti :0. 04-0. 10%,
^ 15ppm，余為！^和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于在步驟1)中，采用高溫快速脫碳，控制終點(diǎn)[C]0. 10 0. 15wt%, [P] ( 0. 015wt%o
3.如權(quán)利要求1所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于在步驟1)中，鋼包合金化，加入高錳合金、鉬鎢合金、硅錳合金、鉻鐵。
4.如權(quán)利要求3所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于在步驟2)中，精煉渣堿度為3. 0-3. 5，根據(jù)成分分析加入硅鐵、鉻鐵、鈦線、硅錳合金，微調(diào)成分。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于在步驟2)中，硫線的加入量為0. 55kg/t 0. 78kg/t鋼。
6.如權(quán)利要求1所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于在步驟3)中，采用低過(guò)熱度澆鑄。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的汽車同步器用鋼的制造方法，其特征在于制得的汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括C :0. 17-0. 21%, Si 0. 17-0. 35%,Mn 0. 60-0. 90%,Cr :1. 0-1. 12%,Mo^O. 05%,W :0. 003-0. 008%,Ni ^ 0. 25%,P^O. 030%, S 0. 020% -0. 075%, Al 0. 005-0. 070%, Ti 0. 04-0. 10%,
( 15ppm，余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
8.一種汽車同步器用鋼，其特征在于所述汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括 C 0. 16-0. 22%, Si 0. 10-0. 40%, Mn :0. 50-1. 20%, Cr :1. 0-1. 15%, Mo 彡 0. 05%, W 0. 003-0. 010%, Ni 彡 0. 25%, P ^ 0. 030%, S :0. 020% -0. 075%, Al :0. 005-0. 070%, Ti 0. 04-0. 10%,
彡15ppm，余為！^e和不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽車同步器用鋼，其特征在于所述汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括 C 0. 17-0. 21 Si 0. 17-0. 35 %, Mn :0. 60-0. 90 %、 Cr 1. 0-1. 12 Mo ^ 0. 05 W 0. 003-0. 008 Ni ^ 0. 25 P ^ 0. 030 S 0. 020% -0. 075%, Al 0. 005-0. 070%, Ti 0. 04-0. 10%,
( 15ppm，余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車同步器用鋼及其制造方法。一種汽車同步器用鋼的制備方法包括冶煉、LF爐外精煉、澆鑄和軋制工序，其中，在冶煉中，控制終點(diǎn)[C]、[P]，鋼水的出鋼溫度1620-1670℃，鋼包合金化；在LF爐外精煉中，精煉渣堿度為3.0-3.5，白渣保持時(shí)間大于20分鐘，喂硫線，真空度小于67Pa，VD后軟吹氬時(shí)間為10-15分鐘；在澆鑄中，連鑄中采用電磁攪拌，控制中間包溫度為1530-1545℃，拉速為0.9～1.3m/min；在軋制中，控制加熱爐均熱溫度為1180-1240℃，加熱時(shí)間為2-3小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080-1120℃，終軋溫度為850-1000℃，其中，制得的汽車同步器用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括C0.16-0.22％、Si0.10-0.40％、Mn0.50-1.20％、Cr1.0-1.15％、Mo≤0.05％、W0.003-0.010％、Ni≤0.25％、P≤0.030％、0.020％≤S≤0.075％、Al0.005-0.070％、Ti0.04-0.10％、[O]≤15ppm，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102409268SQ201110440770
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉建路, 戈文英, 李泰 , 杜國(guó)強(qiáng), 歐陽(yáng)崢容, 翟正龍 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司