一种齿轮钢钢棒用钢及其制备方法和钢棒的制备方法

摘要

本发明公开了一种齿轮钢钢棒用钢及其制备方法和钢棒的制备方法。所述齿轮钢钢棒用钢的组成包括以下质量百分比的化学成分：C：0.17％～0.24％；Mn：0.85％～1.07％；Si：0.19％～0.30％；Cr：0.98％～1.10％；Mo：0.05％～0.10％；Ni：0.15％～0.25％；Al：0.01％～0.05％；P：小于0.02％；S：小于0.02％；余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢Mn与Si的质量比为3.5至4.0之间。本发明所提供的齿轮钢钢棒用钢有较好的末端淬透性。同时生产工艺简单，成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮钢钢棒用钢领域，尤其涉及一种齿轮钢钢棒用钢、该齿轮钢钢棒用钢的制备方法和利用所述齿轮钢钢棒用钢制成钢棒。

技术背景

汽车工业是衡量一个国家经济发展水平的重要标志汽车工业是衡量一个国家经济发展水平的重要标志，汽车齿轮是汽车上重要的传动零件，它担负着传递动力的任务，齿轮质量的高低决定着汽车性能的好坏。汽车齿轮加工商、汽车生产厂商及汽车使用者都希望汽车齿轮应具有：高抗能力、高咬能力、小变形能力、高齿轮精度能力、高抗齿根弯曲疲劳能力、高的使用寿命，良好的工艺性能稳定性。通常，高质量的齿轮钢应具有四个方面的质量指标，即窄的末端淬透性宽；洁净度高；细小均匀的晶粒度和优良的表面质量。

齿轮钢的末端淬透性反映了齿轮钢的心部硬度，钢的末端淬透性越好，则齿轮的淬硬层深度越深，齿轮钢经过热处理后齿轮的变形量越小，齿轮修磨量越小，咬合精度越高，越有利于齿轮的加工和性能的稳定。影响齿轮钢末端淬透性的因素很多，归结起来主要有三个方面的因素：一是钢的化学成分；二是奥氏体晶粒度；三是奥氏体化程度。在诸多影响因素中，钢的化学成分和化学成分的均匀性的影响最为重要，化学成分中C、Ni、Mn、Cr和Mo均有利于提高钢的末端淬透性。通常，用末端淬透性带宽来代表钢的末端淬透性能，淬透性带宽越小，钢的淬透性能越好。

因此，如何使得齿轮钢获得较好末端淬透性成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对当前技术中存在的不足，提供一种齿轮钢钢棒用钢、该齿轮钢钢棒用钢的制备方法。该齿轮钢钢棒用钢在普通C-Si-Mn低碳钢的基础上，添加适量的微合金元素如Mo、Ni，以及限定了钢种硅猛比，达到最优化的合金元素比例。通过复合合金化在充分发挥各合金元素作用的基础上，各合金元素交互协同作用达到材料强韧性和表面耐磨性的配合。制备方法中用低成本普通钢生产工艺设备(电弧炉-LF-(VD-)-连铸-连轧)生产高质量特殊钢品种，再经过特殊热处理工艺实现钢材的特殊性能。本发明得到的齿轮钢钢棒用钢具有较好的末端淬透性。

本发明的技术方法为：

一种齿轮钢钢棒用钢，其中，所述齿轮钢钢棒用钢包括以下质量百分比的化学成分：

C：0.17％～0.24％；Mn：0.85％～1.07％；Si：0.19％～0.30％；Cr：0.98％～1.10％； Mo：0.05％～0.10％；Ni：0.15％～0.25％；Al：0.01％～0.05％；P：小于0.02％；S：小于0.02％；余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢种Mn与Si的质量比为3.5至 4.0之间。锰硅比在3.5以上能够提高钢水的流动性，提高可浇注性。低于3.5 会产生二氧化硅高熔点的化合物，不利于浇注，尤其是在浇注温度较低时会造成钢液过早凝固，降低了钢水收得率。

所述齿轮钢钢棒用钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照所述的齿轮钢钢棒用钢的组成配比，将高炉铁水兑入电弧炉熔炼，得到初始钢水，加入铁合金到钢包中进行合金化，再对所述合金化后的钢水进行 LF和VD精炼，以获得所述待铸钢水；

所述的铁合金为硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、镍铁合金和钼铁合金；

(2)将待铸钢水进行连铸，得到钢坯，即钢棒用钢。

一种钢棒，由上述的齿轮钢钢棒用钢制成。

所述的钢棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钢坯进行全连续轧制，轧制成所需规格的钢棒。其中，开轧温度为 1050-1100℃，终轧温度为950℃至1000℃；然后将轧后产物空冷至室温；

(2)将冷却后的轧制产物加热至900℃，保温时间为30mins；然后水冷至 300℃，冷却时间为10mins；再将冷却后的产物进行回火处理，回火温度为400℃，保温时间为80mins，最后得到所需钢棒。

本发明中，通过添加适量微合金元素改善钢种的相应性能。其中添加Mo提高钢的回火稳定性，提高塑性，增加开裂和磨损的抗力；Mn与Si的质量比在 3.5至4.0之间的设计，由于Mn作用起固溶强化作用，Si以稳定奥氏体为主； Ni对钢的淬透性的影响较弱，Ni也是奥氏体形成元素，可以推迟奥氏体的相变，提高钢的淬透性；Cr的主要作用是提高淬透性，淬火时得到低碳板条状马氏体组织，为获得良好的使用性能做好组织准备。本发明得到的齿轮钢钢棒用钢的末端淬透性宽带值小于4HRC。

因此，本发明所提供的齿轮钢钢棒用钢具有较好的末端淬透性。同时成产工艺简单，成本较低。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中的所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

作为本发明的第一个方面，提供一种齿轮钢钢棒用钢，其中，所述齿轮钢钢棒用钢包括以下质量百分比的化学成分：

C：0.17％～0.24％；

Mn：0.85％～1.07％；

Si：0.19％～0.30％；

Cr：0.98％～1.10％；

Mo：0.05％～0.10％；

Ni：0.15％～0.25％；

Al：0.01％～0.05％；

P：小于0.02％；

S：小于0.02％；

余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢种Mn与Si的质量比为3.5至4.0之间。

本发明所提供的齿轮钢钢棒用钢属于低碳低合金微合金钢。之所以称之为齿轮钢钢棒用钢是因为本发明所提供的钢需要加工成棒材。

钢中C含量的增加，能够降低钢的临界冷却速度，从而增大钢材的淬透性，但是C含量超过了发生共析反应的C含量时，则随着C含量的增加，钢材的淬透性则会降低。

增加钢中Mn的含量，会推迟钢的奥氏体转变，使钢的淬透性增加，但Mn在钢中生成Mn S时会降低淬透性。

Ni是奥氏体形成元素，可以推迟奥氏体的相变，提高钢的淬透性。限定Ni 的质量分数为0.15％～0.25％，为了保持钢的低温任性和强度指标。

Mo可以推迟奥氏体相变产物珠光体的转变，从而提高钢的淬透性。

Cr可以提高钢的淬透性，在钢中形成高强度的马氏体组织。经过不同温度回火后可获得不同强韧性组合，满足不同服役条件需求。此外，Cr还能与碳化物起到细化晶粒和弥散强化的作用。本发明中，Cr的质量比为0.98％～1.10％，从而在提高钢的强度的同时保持钢的焊接性能。

作为本发明的第二个方面，提供一种钢棒，其中，所述钢棒由本发明所提供的上述齿轮钢钢棒用钢制成。

由于所述齿轮钢钢棒用钢具有良好的末端淬透性，因此，所述钢棒具有良好的末端淬透性。

作为本发明的第三个方面，提供一种齿轮钢钢棒用钢的制备方法，其中所述齿轮钢钢棒为本发明所提供的上述齿轮钢钢棒用钢，所述制备方法包括：

利用所述齿轮钢钢棒用钢的原料进行冶炼，以获得待铸钢水；

对所述待铸钢水进行连铸，以获得钢坯；

对所述钢坯进行全连续轧制，其中，开轧温度为1050-1100℃，终轧温度为 950℃-1000℃；

将轧后产物空冷为室温；

连铸过程中，需要全程保护浇铸。在本领域中，保护浇铸是指对裸露于空气中的钢液采取保护，以避免钢液被空气二次氧化的一种重要的技术措施。

优选地，所述制备方法包括对轧制产物冷却方式为空冷。采用空冷对轧制产物进行冷却还可以降低制造所述齿轮钢钢棒用钢的成本；

为了提高所述齿轮钢钢棒用钢的性能，优选地，所述制备方法还包括：

对冷却后的轧制产物进行热处理，包括：

将冷却后的轧制产物加热至900℃，保温时间为30mins(分钟)；

然后水冷至300℃，冷却时间为10mins(分钟)；

再将冷却后的产物进行回火处理，回火温度为400℃，保温时间为80mins，最后得到所需钢棒。

实施例1

本发明中，采用100吨电弧炉进行原料的冶炼，利用100吨LF及VD进行精炼。利用以下方法制备齿轮钢钢棒用钢：

S1、对铁矿石进行高炉冶炼获得高炉铁水，高炉铁水重量为40吨；

S2、将高炉铁水兑入电弧炉熔炼，得到初始钢水，加入铁合金到钢包中进行合金化，再对所述合金化后的钢水进行LF及VD精炼，其中，采用100吨电弧炉对高炉钢水和铁合金进行熔炼，铁合金为硅铁合金(FeSi75)、锰铁合金 (FeMn68C4.0)、铬铁合金(FeCr50C1.0)、镍铁合金(FeNi50)和钼铁合金 (FeMo70)，纯度均为99.7％，重量分别为1500Kg，3500Kg，3500Kg，800Kg， 400Kg，其余为铁水和废钢；

S3、利用100吨LF及VD对熔炼后的钢水进行精炼；

S4、连铸获得165x165mm²的方坯，及齿轮钢钢棒用钢；

S5、开轧温度为1050℃，终轧温度为950℃；全连续轧制成所需规格的钢棒，然后空冷至室温；

S6、加热的温度为900℃，保温30mins；

S7、水冷温度为300℃，水冷时间为10mins；

S8、回火处理的温度为400℃，保温时间为80mins，得到最终的产品；

S9、经过直读光谱的检测，其化学成为以及质量百分比为：C：0.22％；Mn： 0.98％；Si：0.25％；Cr：0.98％；Mo：0.09％；Ni：0.23％；Al：0.02％；P：小于0.02％；S：小于0.02％；余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢种Mn与Si的质量比为3.92。

S10、经检测，本发明所提供的方法制得的齿轮钢钢棒用钢末端淬透性宽带值为4HRC。

实施例2

本发明中，采用100吨电弧炉进行原料的冶炼，利用100吨LF及VD进行精炼。利用以下方法制备齿轮钢钢棒用钢：

S1、对铁矿石进行高炉冶炼获得高炉铁水，高炉铁水重量为42吨；

S2、将高炉铁水兑入电弧炉熔炼，得到初始钢水，加入铁合金到钢包中进行合金化，再对所述合金化后的钢水进行LF及VD精炼，其中，采用100吨电弧炉对高炉钢水和铁合金进行熔炼，铁合金为硅铁合金(FeSi75)、锰铁合金(FeMn68C4.0)、铬铁合金(FeCr50C1.0)、镍铁合金(FeNi50)和钼铁合金 (FeMo70)，纯度均为99.7％，重量分别为1500Kg，3500Kg，3500Kg，800Kg， 400Kg，其余为铁水和废钢；

S3、利用100吨LF及VD对熔炼后的钢水进行精炼；

S4、连铸获得165x165mm²的方坯，及齿轮钢钢棒用钢；

S5、开轧温度为1060℃，终轧温度为960℃；全连续轧制成所需规格的钢棒，然后空冷至室温；

S6、加热的温度为900℃，保温30mins；

S7、水冷温度为300℃，水冷时间为10mins；

S8、回火处理的温度为400℃，保温时间为80mins，得到最终的产品；

S9、经过直读光谱的检测，其化学成为以及质量百分比为：C：0.18％；Mn： 1.01％；Si：0.28％；Cr：1.05％；Mo：0.08％；Ni：0.20％；Al：0.03％；P：小于0.02％；S：小于0.02％；余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢种Mn与Si的质量比为3.61。

S10、经检测，本发明所提供的方法制得的齿轮钢钢棒用钢末端淬透性宽带值为3.5HRC。

实施例3

本发明中，采用100吨电弧炉进行原料的冶炼，利用100吨LF及VD进行精炼。利用以下方法制备齿轮钢钢棒用钢：

S1、对铁矿石进行高炉冶炼获得高炉铁水，高炉铁水重量为50吨；

S2、将高炉铁水兑入电弧炉熔炼，得到初始钢水，加入铁合金到钢包中进行合金化，再对所述合金化后的钢水进行LF及VD精炼，其中，采用100吨电弧炉对高炉钢水和铁合金进行熔炼，铁合金为硅铁合金(FeSi75)、锰铁合金 (FeMn68C4.0)、铬铁合金(FeCr50C1.0)、镍铁合金(FeNi50)和钼铁合金 (FeMo70)，纯度均为99.7％，重量分别为1500Kg，3500Kg，3500Kg，800Kg， 400Kg(重量可根据实际情况进行调整)，其余为铁水和废钢；

S3、利用100吨LF及VD对熔炼后的钢水进行精炼；

S4、连铸获得165x165mm²的方坯，及齿轮钢钢棒用钢；

S5、开轧温度为1080℃，终轧温度为990℃；全连续轧制成所需规格的钢棒，然后空冷至室温；

S6、加热的温度为900℃，保温30mins；

S7、水冷温度为300℃，水冷时间为10mins；

S8、回火处理的温度为400℃，保温时间为80mins，得到最终的产品；

S9、经过直读光谱的检测，其化学成为以及质量百分比为：C：0.20％；Mn： 1.05％；Si：0.28％；Cr：1.0％；Mo：0.07％；Ni：0.21％；Al：0.035％；P：小于0.02％；S：小于0.02％；余量为Fe，且所述齿轮钢钢棒用钢种Mn与Si的质量比为3.75。

S10、经检测，本发明所提供的方法制得的齿轮钢钢棒用钢末端淬透性宽带值为3.0HRC。

以上所述仅为本发明的部分实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方法采取的任何等效的变化，均为本发明的权利要求所涵盖。

本发明未尽事宜为公知技术。