CN102409268B

CN102409268B - 汽车同步器用钢及其制造方法

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Publication number: CN102409268B
Application number: CN201110440770.4A
Authority: CN
Inventors: 翟正龙; 李泰�; 戈文英; 杜国强; 欧阳峥容; 刘建路
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN102409268A

Abstract

本发明公开了一种汽车同步器用钢及其制造方法。一种汽车同步器用钢的制备方法包括冶炼、LF炉外精炼、浇铸和轧制工序，其中，在冶炼中，控制终点[C]、[P]，钢水的出钢温度1620-1670℃，钢包合金化；在LF炉外精炼中，精炼渣碱度为3.0-3.5，白渣保持时间大于20分钟，喂硫线，真空度小于67Pa，VD后软吹氩时间为10-15分钟；在浇铸中，连铸中采用电磁搅拌，控制中间包温度为1530-1545℃，拉速为0.9～1.3m/min；在轧制中，控制加热炉均热温度为1180-1240℃，加热时间为2-3小时，开轧温度为1080-1120℃，终轧温度为850-1000℃，其中，制得的汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、0.020％≤S≤0.075％、Al：0.005-0.070％、Ti：0.04-0.10％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

Description

汽车同步器用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及同步器用钢技术领域，更具体地讲，涉及一种超薄壁汽车同步器用钢及其制造技术。

背景技术

汽车同步器是为了解决汽车在换挡操作中发动机转速与变速箱转速不一致的机械装置，主要部件为两个部分，即，齿套和齿座。汽车同步器以其截面薄、形状复杂、尺寸精度要求高著称，在热处理上存在一定的技术难度。

在加工同步器的齿套时，经常因淬火而发生变形，影响了与同步器齿毂的装配，是汽车变速器总成装配线上的一个难点，也影响了汽车变速器换档的平稳性。随着汽车的普及，汽车变速器寿命及其换档性能已经越来越受到关注。同步器的齿套是汽车变速器关键零部件。变速器换档通过齿套的滑动与结合齿啮合来传递动力，带动同步器齿毂转动，实现变速换档。因此，齿套的设计与加工精度将直接影响变速器的寿命及换档性能。汽车同步器的齿套在渗碳淬火后，发生变形。齿轮在渗碳淬火中会产生变形，直接影响齿轮的精度，增大噪音，甚至造成偏载。超薄壁的汽车同步器对材料的加工性和热处理变形提出了严格要求。

中国专利CN1548571A公开了一种同步器齿轮用钢，其中所含的主要化学成分的百分含量为：C：0.25-0.30％、Si≤0.37％、Mn：0.30-0.50％、Cr：0.5-0.85％、Mo≤0.05％、P≤0.03％、S：0.02-0.06％、Ni≤0.10％、Ti：0.04-0.10％、W≤0.05％，余量为Fe和杂质。

中国专利CN1664150A公开了一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法，其各组分含量按重量百分比为：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％，余量为Fe和杂质。

上述两种方法制造的钢的碳含量较高，硬度和强度较大，塑性和韧性较低，冷加工性能较差。热处理变形较大，容易造成同步器质量问题。因此，应该采取更加合理的方法来提高材料的加工性，控制材料的热处理变形。

发明内容

本发明提供一种通过微合金化的方法对钢成分进行了优化设计的汽车同步器用钢及其制造方法。

根据本发明的一方面，提供了一种汽车同步器用钢的制备方法，所述方法包括冶炼、LF炉外精炼、浇铸和轧制工序，其中，1)在冶炼工序中，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，控制终点[C]、[P]，钢水的出钢温度1620-1670℃，钢包合金化；2)在LF炉外精炼工序中，精炼渣碱度为3.0-3.5，白渣保持时间大于20分钟，喂硫线，真空度小于67Pa，保持时间大于12分钟，VD后软吹氩时间为10-15分钟；3)在浇铸工序中，采用连铸浇注铸坯，连铸中采用电磁搅拌，控制中间包温度为1530-1545℃，拉速为0.9～1.3m/min；4)在轧制工序中，控制加热炉均热温度为1180-1240℃，加热时间为2-3小时，开轧温度为1080-1120℃，终轧温度为850-1000℃，其中，制得的汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，在1)在冶炼工序中，采用高温快速脱碳，控制终点[C]为0.10～0.15wt％、[P]≤0.015wt％，钢包合金化，加入高锰合金、钼钨合金、硅锰合金、铬铁。

优选地，在2)在LF炉外精炼工序中，精炼渣碱度为3.0-3.5，根据成分分析加入硅铁、铬铁、钛线、硅锰合金，微调成分。此外，在2)在LF炉外精炼工序中，硫线的加入量为为0.55kg/t～0.78kg/t钢。

优选地，在3)在浇铸工序中，采用低过热度浇铸。

根据本发明的另一方面，还提供了一种汽车同步器用钢，其中，所述汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

具体实施方式

针对用户对材料加工性、热处理变形越来越高的要求，以及现有材料存在的问题，本发明提供一种超薄壁汽车同步器用钢，并根据微合金化的方法通过添加适量的合金元素Mn、Ti、Al来细化晶粒、优化材料的组织和改善性能，稳定钢的淬透性。此外，本发明还提供了该钢的制造方法，采用该方法制造的钢用于制造仅2mm厚超薄壁汽车同步器时具有热处理变形小的特点。

在下文中，将详细描述根据本发明实施例的汽车同步器用钢及其制造方法。

根据本发明的实施例，在实施多元合金化的基础上，根据微合金化原理，首先，加入适量的合金元素Mn、Ti、Al来细化晶粒、优化材料的组织和改善性能，稳定钢的淬透性；其次，降低C含量，降低硬度，提高材料的加工性。

根据本发明实施例的汽车同步器用钢的化学成分质量百分比为：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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明实施例的汽车同步器用钢的优势之一在于采用多元合金化成分设计和添加W元素，提高了渗碳渗氮性能，保证了热处理变形小。

具体地讲，采用Mn、Ti、Al合金化，在稳定钢的淬透性的同时可以改善钢的回火稳定性，减小热处理变形。即，设计Mn：0.50-1.20wt％、Ti：0.04-0.10wt％、Al：0.005-0.070wt％。此外，W元素的加入提高了材料的渗碳渗氮性能，即，设计W：0.003-0.010wt％。

此外，根据本发明的实施例，为了提高汽车同步器用钢的切削性能(即，加工性能)，将S含量控制为0.020wt％-0.075wt％。

在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，优选地，根据本发明实施例的汽车同步器用钢的组成按质量百分数为：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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明实施例的汽车同步器用钢的优势之二在于合理的生产工艺，提高钢的纯净度，保证钢的性能质量，降低C含量，解决了材料硬度高的问题。

根据本发明的汽车同步器用钢的制备方法包括以下步骤：

(1)冶炼

采用电炉冶炼，为有效降低钢中杂质含量，电炉冶炼兑入铁水，入炉原料必须经过优选不允许配入渣铁、罐帮铁等高磷高硫废钢，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，保证良好的氧化沸腾，促进夹杂物和气体上浮；采用高温快速脱碳控制终点[C]0.10～0.15wt％、[P]≤0.015wt％，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度1620-1670℃，钢包合金化，加入高锰合金、钼钨合金、硅锰合金、铬铁。出钢终点碳越低，氧含量越高，则脱氧剂加入量越大，相应的产生夹杂物总量越多，对钢的洁净度不利，而且增加了后期夹杂物去除的负担。

(2)LF炉外精炼

精炼渣碱度为3.0-3.5，根据成分分析加入硅铁、铬铁、钛线、硅锰合金，微调成分。白渣保持时间大于20分钟，喂硫线，硫线的加入量为0.55kg/t～0.78kg/t钢。

精炼后在VD炉中进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间大于12分钟，VD后软吹氩的时间为10-15分钟。

(3)浇铸

采用低过热度浇铸的连铸浇注铸坯，连铸中应采用电磁搅拌，控制中间包温度为1530-1545℃，拉速为0.9～1.3m/min，以保证铸坯质量。中间包温度和拉速过低会导致水口套眼，过高则容易漏钢。

(4)轧制

控制加热炉均热温度为1180-1240℃，加热时间为2-3小时，开轧温度为1080-1120℃，终轧温度为850-1000℃，制得热轧圆钢。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

下面将给出具体的实施例来解释本发明。

一种超薄壁汽车同步器用钢，其商业牌号为20CrMnTiSH1。采用UHP超高功率电炉、LF炉外精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯、轧制成材工艺生产钢材。实施例是以Φ70mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明。生产工艺如下：

(1)冶炼：采用电炉冶炼，兑入优选的铁水，终点[C]0.10～0.15wt％、[P]≤0.015wt％，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度1620-1670℃。钢包合金化，加入高锰合金、钼钨合金、硅锰合金、铬铁。

(2)LF炉外精炼：精炼渣碱度3.5，根据成分分析加入硅铁、铬铁、钛线、硅锰合金，微调成分。白渣保持时间20分钟，喂硫线，硫线的加入量为0.55kg/t～0.78kg/t钢；精炼后真空处理，真空度小于67Pa，保持时间15分钟，VD后软吹氩时间为12分钟。

(3)浇铸：采用连铸浇注，连铸中应采用电磁搅拌，控制中间包温度为1530-1545℃，拉速为1.0～1.3m/min，铸坯质量良好。

(4)轧制：控制加热炉均热温度为1180-1240℃，加热时间为2-3小时，开轧温度为1080-1120℃，终轧温度为850-1000℃。

具体工艺参数见表1和表2。表1是根据本发明实施例的超薄壁汽车同步器用保淬透性结构钢的化学成分，表2是连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度。

表1钢的化学成分(重量，％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	Al	Ti	P	S	W	Fe
											1	0.19	0.20	0.85	1.03	0.017	0.051	0.014	0.026	0.005	余量
2	0.17	0.19	0.86	1.03	0.020	0.056	0.012	0.031	0.004	余量
											3	0.18	0.21	0.87	1.05	0.022	0.059	0.014	0.025	0.005	余量

表2中间包钢水温度、拉坯速度、加热温度、时间、开轧温度及终轧温度

从实施例中的钢材中抽取3根试样，测试其淬透性性能。正火温度900～920℃，端淬温度880±5℃进行测试末端淬透性情况见表3。

表3试样淬透性测试情况

成品的心部硬度，表面硬度，心部铁素体组织，有效硬化层深以及热处理后的变形幅度均符合要求。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：

第一，根据本发明的钢成分设计采用多元合金化的方式提高钢的淬透性和渗碳渗氮性能，淬透性控制在2HRC内，热处理变形小，用户使用后使2mm厚超薄壁汽车同步器热处理变形小于0.05mm；

第二，在根据本发明的汽车同步器用钢的制备方法中，通过优化制造工艺，降低C含量，降低硬度，满足了汽车同步器加工性要求；

第三，在根据本发明的汽车同步器用钢的制备方法中，通过控制S含量，改善了切削性能，满足了汽车同步器加工性要求。

尽管已经参照本发明的具体实施例详细描述了本发明，但是本发明不限于此。在不脱离本发明的精神和范围的所有情况下，可以在形式和细节上做出各种变化。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种汽车同步器用钢的制备方法，所述方法包括冶炼、LF炉外精炼、浇铸和轧制工序，其特征在于：

1)在冶炼工序中，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，控制终点[C]、[P]，钢水的出钢温度1620-1670℃，钢包合金化；

2)在LF炉外精炼工序中，精炼渣碱度为3.0-3.5，白渣保持时间大于20分钟，喂硫线，真空度小于67Pa，保持时间大于12分钟，VD后软吹氩时间为10-15分钟；

3)在浇铸工序中，采用连铸浇注铸坯，连铸中采用电磁搅拌，控制中间包温度为1530-1545℃，拉速为0.9～1.3m／min；

4)在轧制工序中，控制加热炉均热温度为1180-1240℃，加热时间为2-3小时，开轧温度为1080-1120℃，终轧温度为850-1000℃，

其中，制得的汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于在步骤1)中，采用高温快速脱碳，控制终点[C]0.10～0.15wt％、[P]≤0.015wt％。

3.如权利要求1所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于在步骤1)中，钢包合金化，加入高锰合金、钼钨合金、硅锰合金、铬铁。

4.如权利要求3所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于在步骤2)中，精炼渣碱度为3.0-3.5，根据成分分析加入硅铁、铬铁、钛线、硅锰合金，微调成分。

5.如权利要求1所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于在步骤2)中，硫线的加入量为0.55kg／t～0.78kg／t钢。

6.如权利要求1所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于在步骤3)中，采用低过热度浇铸。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的汽车同步器用钢的制造方法，其特征在于制得的汽车同步器用钢的化学成分按质量百分比计包括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％、[O]≤15ppm，余为Fe和不可避免的杂质。