CN107502817B - 高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺，其包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热和轧制工序，所述钢化学成分的重量百分含量为：C 0.17％～0.21％、Si 0.17％～0.30％、Mn 0.80％～1.20％、Cr 1.00％～1.25％、Ti 0.04％～0.07％、S≤0.035％、P≤0.020％、Als 0.010％～0.035％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、Mo≤0.01％、O≤0.002％、N 0.003％～0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用本方法生产的规格为Φ20mm～Φ90mm的齿轮钢20CrMnTiH奥氏体晶粒度不小于6级，奥氏体晶粒度极差不大于2级，细小均匀的奥氏体晶粒可以显著提高齿轮的强韧性，增强齿轮的抗脆断能力。本方法成本低、生产效率高，产品具有奥氏体晶粒细小均匀、淬透性稳定、加工制成的齿轮强韧性好、使用寿命长的特点。

Description

高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH及其生产工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其是一种高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH及其生产工艺。

背景技术

齿轮产品是机械工业的关键基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。我国齿轮行业以市场为导向，按照市场规律形成了车辆齿轮与工业齿轮两大体系。随着汽车工业的发展，车辆齿轮市场需求日益增加。齿轮是汽车的重要零部件之一,起着传递动力和运动的作用。齿轮在服役条件下不但要承受巨大的交变载荷,还要承受巨大的冲击载荷，因此要求齿轮不仅具有良好的强韧性、耐磨性，还要具备变形小、精度高、噪音低等特点，这就对齿轮用钢提出了很高的要求。

20CrMnTiH目前仍是国内齿轮钢中的主导产品，汽车用齿轮钢20CrMnTiH大都要求具备钢质纯净（氧含量不大于20ppm）、晶粒细小均匀(奥氏体晶粒度大于5级)、带状组织轻（不大于3.0级）、淬透性带宽窄（带宽不大于6HRC）、易切削（采用加硫工艺）等特点。其中奥氏体晶粒度是衡量齿轮钢产品质量的一项关键指标，细小均匀的奥氏体晶粒对齿轮的强度、韧性均有特殊贡献，特别是对提高齿轮的断裂韧性，增强齿轮的脆断抗力具有重要意义。GB/T 5216-2014《保证淬透性结构钢》充分考虑奥氏体晶粒对齿轮产品性能的影响，规定20CrMnTiH奥氏体晶粒度不小于5级。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种奥氏体晶粒细小均匀的高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH；本发明还提供了一种高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明所述齿轮钢化学成分的重量百分含量为：C 0.17％～0.21％、Si 0.17％～0.30％、Mn 0.80％～1.20％、Cr 1.00％～1.25％、Ti 0.04％～0.07％、S≤0.035％、P≤0.020％、Als 0.010％～0.035％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、Mo≤0.01％、O≤0.002％、N 0.003％～0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热和轧制工序，所述齿轮钢化学成分的重量百分含量如上所述。

本发明工艺所述连铸工序：中包钢水温度控制在1530～1560℃，连铸拉速1.0～1.2m/min，二冷选用气雾弱冷冷却方式；铸坯下线避风堆冷不少于24小时。

本发明工艺所述加热工序：加热段温度控制在1050～1130℃，均热段温度控制在1080～1130℃，在炉总时间控制在120～200分钟。

本发明工艺所述轧制工序：开轧温度控制在980～1050℃，终轧温度控制在不大于930℃，轧后下线避风堆冷不低于24小时。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明20CrMnTiH的奥氏体晶粒细小均匀，奥氏体晶粒度不小于6级，具有淬透性好、热处理变形小的特点，具有良好的强韧性。

本发明工艺结合转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、轧制工艺路线，能使20CrMnTiH奥氏体晶粒细小均匀，控制奥氏体晶粒度级差在一个合理的范围，可以达到稳定齿轮淬透性、减小齿轮热处理变形的效果，使齿轮最终获得良好的强韧性。采用本发明工艺生产的规格为Φ20mm～Φ90mm的齿轮钢20CrMnTiH奥氏体晶粒度不小于6级，奥氏体晶粒度极差不大于2级，细小均匀的奥氏体晶粒可以显著提高齿轮的强韧性，增强齿轮的抗脆断能力。本发明工艺成本低、生产效率高，产品具有奥氏体晶粒细小均匀、淬透性稳定、加工制成的齿轮强韧性好、使用寿命长的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热和轧制工序，各工序的工艺如下所述：

（1）转炉冶炼：转炉采用底吹模式，保证早化渣、化好渣，终点碳控制在0.06wt%～0.12wt%，P控制在0.015wt%及以下，终点温度控制在1640～1660℃。出钢1/4时顺序加入增碳剂、铝制品、硅锰铁、高碳锰铁、中碳铬铁及合成渣和石灰。

（2）LF精炼：LF精炼进站加石灰、萤石，喂铝线后根据渣况加碳化硅、铝粒等造白渣，控制出站钢中Als=0.015wt%～0.040wt%，白渣保持时间15～30分钟；采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；总精炼时间控制在50～60min。出站前钢水温度控制在1640～1650℃。

（3）RH精炼：RH处理时间为45～55min，真空度在100Pa及以下，纯脱气处理时间10～15min。处理过程根据钢中Als、Ti含量，适时补加铝粒、钛铁，出站Als=0.013wt%～0.038wt%，Ti=0.04wt%～0.07wt%。软吹氩时间12～18min，软吹时以渣面微动、钢液面不裸露为宜。出站前钢水温度控制在1570～1585℃。

（4）连铸：连铸采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用专用保护渣，中包钢水温度控制在1530～1560℃，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，二冷选用气雾弱冷冷却方式，开启结晶器电磁搅拌，电流350A、频率3Hz，铸坯下线避风堆冷不少于24小时。

（5）加热：铸坯在加热炉加热，加热炉加热段温度控制在1050～1130℃，均热段温度控制在1080～1130℃，加热时间控制在120～200分钟。

（6）轧制：铸坯开轧温度控制在980～1050℃，终轧温度控制在不大于930℃，圆钢下线避风堆冷不低于24小时。

实施例1－8：本高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺具体如下所述。

（1）成分配比：各实施例20CrMnTiH钢的具体成分配比见表1。

表1：各实施例的化学成分（wt%）

表1中，成分的余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）工艺条件：各实施例中转炉和LF精炼工序的具体工艺参数见表2，RH精炼工序的具体工艺参数见表3，连铸工序的具体工艺参数见表4，加热和轧制工序的具体工艺参数见表5。

表2：转炉和LF精炼工序的具体工艺参数

表3：RH精炼工序的具体工艺参数

表4：连铸工序的具体工艺参数

表5：加热和轧制工序的具体工艺参数

（3）性能检验：各实施例所得20CrMnTiH钢进行检验，各项性能的检验过程为：奥氏体晶粒度按GB/T 6394-2002《金属平均晶粒度测定法》进行检验，将试样预抛磨一个表面，900℃加热，保温1小时，淬火。带状组织按GB/T 13299-91《钢的显微组织评定方法》进行检验。非金属夹杂物按GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》进行检验。淬透性按GB/T 225-2006《钢 淬透性的末端淬火试验方法》进行检验，910℃保温35min正火，880℃保温35min淬火。氧含量按GB/T 11261-2006《钢铁 氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》进行检验。低倍按GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》进行检验。所得检验结果见表6。

表6：各实施例产品的性能指标

Claims (2)

1.一种高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH，其特征在于，所述齿轮钢化学成分的重量百分含量为：C 0.17％～0.21％、Si 0.17％～0.30％、Mn 0.80％～1.20％、Cr 1.00％～1.25％、Ti 0.04％～0.07％、S≤0.035％、P≤0.020％、Als 0.010％～0.035％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、Mo≤0.01％、O≤0.002％、N 0.003％～0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述齿轮钢的奥氏体晶粒度不小于6级，奥氏体晶粒度极差不大于2级，规格为Φ20mm～Φ90mm；

所述齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热和轧制工序，各工序的工艺如下所述：

（1）转炉冶炼：转炉采用底吹模式，保证早化渣、化好渣，终点碳控制在0.06wt%～0.12wt%，P控制在0.015wt%及以下，终点温度控制在1640～1660℃；出钢1/4时顺序加入增碳剂、铝制品、硅锰铁、高碳锰铁、中碳铬铁及合成渣和石灰；

（2）LF精炼：LF精炼进站加石灰、萤石，喂铝线后根据渣况加碳化硅、铝粒造白渣，控制出站钢中Als=0.015wt%～0.040wt%，白渣保持时间15～30分钟；采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；总精炼时间控制在50～60min；出站前钢水温度控制在1640～1650℃；

（3）RH精炼：RH处理时间为45～55min，真空度在100Pa及以下，纯脱气处理时间10～15min；处理过程根据钢中Als、Ti含量，适时补加铝粒、钛铁，出站Als=0.013wt%～0.038wt%、Ti=0.04wt%～0.07wt%；软吹氩时间12～18min，软吹时以渣面微动、钢液面不裸露为宜；出站前钢水温度控制在1570～1585℃；

（4）连铸：连铸采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用专用保护渣，中包钢水温度控制在1530～1560℃，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，二冷选用气雾弱冷冷却方式，开启结晶器电磁搅拌，电流350A、频率3Hz，铸坯下线避风堆冷不少于24小时；

（5）加热：铸坯在加热炉加热，加热炉加热段温度控制在1050～1130℃，均热段温度控制在1080～1130℃，加热时间控制在120～200分钟；

（6）轧制：铸坯开轧温度控制在980～1050℃，终轧温度控制在不大于930℃，圆钢下线避风堆冷不低于24小时。

2.一种高晶粒度等级齿轮钢20CrMnTiH的生产工艺，其包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热和轧制工序，其特征在于，所述钢化学成分的重量百分含量为：C 0.17％～0.21％、Si 0.17％～0.30％、Mn 0.80％～1.20％、Cr 1.00％～1.25％、Ti 0.04％～0.07％、S≤0.035％、P≤0.020％、Als 0.010％～0.035％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、Mo≤0.01％、O≤0.002％、N 0.003％～0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述齿轮钢的奥氏体晶粒度不小于6级，奥氏体晶粒度极差不大于2级，规格为Φ20mm～Φ90mm；

各工序的工艺如下所述：

（1）转炉冶炼：转炉采用底吹模式，保证早化渣、化好渣，终点碳控制在0.06wt%～0.12wt%，P控制在0.015wt%及以下，终点温度控制在1640～1660℃；出钢1/4时顺序加入增碳剂、铝制品、硅锰铁、高碳锰铁、中碳铬铁及合成渣和石灰；

（2）LF精炼：LF精炼进站加石灰、萤石，喂铝线后根据渣况加碳化硅、铝粒造白渣，控制出站钢中Als=0.015wt%～0.040wt%，白渣保持时间15～30分钟；采用纯钙线处理，喂线后净吹氩时间10～15min；总精炼时间控制在50～60min；出站前钢水温度控制在1640～1650℃；

（3）RH精炼：RH处理时间为45～55min，真空度在100Pa及以下，纯脱气处理时间10～15min；处理过程根据钢中Als、Ti含量，适时补加铝粒、钛铁，出站Als=0.013wt%～0.038wt%、Ti=0.04wt%～0.07wt%；软吹氩时间12～18min，软吹时以渣面微动、钢液面不裸露为宜；出站前钢水温度控制在1570～1585℃；

（4）连铸：连铸采用全过程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，结晶器使用专用保护渣，中包钢水温度控制在1530～1560℃，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，二冷选用气雾弱冷冷却方式，开启结晶器电磁搅拌，电流350A、频率3Hz，铸坯下线避风堆冷不少于24小时；

（5）加热：铸坯在加热炉加热，加热炉加热段温度控制在1050～1130℃，均热段温度控制在1080～1130℃，加热时间控制在120～200分钟；

（6）轧制：铸坯开轧温度控制在980～1050℃，终轧温度控制在不大于930℃，圆钢下线避风堆冷不低于24小时。