CN107815594A - 一种冷挤压齿轮盘条的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种冷挤压齿轮盘条的生产方法，钢的化学组成重量百分比为C=0.17%~0.23%，Si=0.15%～0.35%，Mn=080%～1.15%，P≤0.015%，S≤0.015%~0.025%，Cr=1.00%～1.30%，Ti=0.03%～0.08%，Ni≤0.25%，Cu≤0.20%，B≤0.0.0003%，Mo≤0.05%，Al≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：冶炼，连铸，加热，轧制，冷却。本发明自创低碳高合金化成分设计体系，采用LF+VD复合精炼技术，生产的盘条热处理力学性能屈服强度能达到100Mpa以上，常温冲击韧性能达到100J以上，末端淬透性控制稳定，冷挤压齿轮成型后热处理各项指标均能达到要求，且不会出现热处理齿轮变形的情况，能广泛应用于机械制造及汽车行业。

Description

一种冷挤压齿轮盘条的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种冷挤压齿轮盘条的生产方法。

背景技术

传统直柱齿轮生产方式以切削加工和锻造加工为主，切削加工材料利用率低，锻造加工为高能耗加工，同时加工精度低。冷挤压加工可实现少或无切削加工和常温加工，是实现节能减排的有效途径，采用冷挤压生产齿轮比机械加工齿轮可节约钢材20%～30%，可降低成本约25%。中国是齿轮生产大国，齿轮采用冷挤压成形是齿轮行业发展的趋势。因此，开发符合冷挤压加工的齿轮钢盘条对推动绿色低循环发展产业体系有重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供一种冷挤压齿轮盘条的生产方法，其代表钢种20CrMnTiHQS，规格Ф42mm，热轧盘条抗拉强度≤680MPa，常温冲击韧性达到80J以上，经冷镦成形齿轮后，热处理力学性能屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1180 MPa，末端淬透性J1.5=42-47J，J9=35-41J，J15=29-35J，未出现齿轮热处理变形的情况，能够很好地满足发动机齿轮盘条的使用需求。

发明的技术方案：

一种冷挤压齿轮盘条的生产方法，钢的化学组成重量百分比为C=0.17%~0.23%，Si=0.15%～0.35%，Mn=080%～1.15%，P≤0.015%，S≤0.015%~0.025%，Cr=1.00%～1.30%，Ti=0.03%～0.08%，Ni≤0.25%，Cu≤0.20%，B≤0.0.0003%，Mo≤0.05%，Al≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P≤0.008%，使用高铝锰铁脱氧，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，精炼完毕后进行Ca化处理，喂入Ca线≥250m；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间15～20min，软吹时间≥20min，出站钢水N≤70ppm，H≤2ppm，O≤15ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，开启结晶器电磁搅拌与末端电磁搅拌，中包过热度目标值15℃～25℃，铸坯断面为150 mm×150mm；

加热：铸坯加热温度1030～1060℃，均热时间≥30min；

轧制：采用KOCKS三辊减定径机组轧制，进KOCKS温度850～870℃，卷曲温度820～840℃；

冷却：卷曲后采用快速冷却，步进梁保温罩全开。

发明原理：

本发明在成分设计上以保证盘条末端淬透性为主，再通过控制钢中影响末端淬透性的残余元素来提高末端淬透性的稳定性，从而增加冷挤压齿轮成形后热处理力学性能稳定性。

本发明化学成分设计对其环保元素予以重点考虑，在满足冷挤压齿轮生产工艺的同时，严格控制对环保有害元素，符合发动机齿轮的环保检测要求。

为提高齿轮热处理性能的稳定性和冷镦成型性，末端淬透性要求达到J1.5=42-47J，J9=35-41J，J15=29-35J，必须控制碳当量CEV＝C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.59-0.60；C含量需要控制0.18%～0.20%，若C含量过高会造成J15值不能满足要求，锰含量设计1.00~1.02%，铬含量设计1.08~1.10%，硼含量设计≤0.0003%，通过适当提高合金含量来满足末端淬透性的要求，并通过窄成分控制和控制钢中影响末端淬透性的残余元素减少热处理后性能的波动。硫含量设计0.015%～0.025%可以很好的提高冷挤压齿轮的冷镦成型性。

为避免齿轮热处理后出现变形了的情况，采用结晶器电磁搅拌加末端电磁搅拌工艺，减少元素的偏析情况。铸坯断面C元素含量分布极差控制在0.02%以内，其他合金元素含量布极差控制在0.03%以内，轧制采用快速冷工艺，降低盘条带状组织级别，防止冷挤压齿轮成型后热处理导致齿轮变形的情况。

为确保冷挤压齿轮成型后，齿轮有较长的疲劳寿命，钢水必须具有较高的纯净度。P、为有害杂质元素，通过控制转炉出钢时P≤0.008%，并通过LF+VD复合精炼工艺，钙化处理，真空保持时间15～20min，软吹时间≥20min，使终点磷含量P≤0.015%，并降低钢水中其他杂质和有害气体含量。

本发明的有益效果：

a.本发明自创低碳高合金化成分设计体系，LF+VD复合精炼技术，严格控制P含量和钢水的纯净度，并采用轧后快速冷却等一系列轧制新技术，成功开发了以铁素体组织为机体的热处理性能稳定的大规格冷挤压齿轮用盘条，为齿轮加工采用冷挤压成形奠定了基础，并通过齿轮生产厂家的认可。

b.本发明充分发挥设备优势，替代传统齿轮以切削加工和锻造加工为主的生产方式，冷挤压加工可实现少无切削加工和常温加工，是实现节能减排的有效途径，采用冷挤压生产齿轮比机械加工齿轮可节约钢材20%-30%，可降低成本约25%。推进了中国节约型、低碳环保钢材新品种的研发进程。

c.本发明利用钢厂现有设备和工艺条件，既不增加投资和生产成本，又提高了生产效率，节能减耗。

附图说明

图1为本发明实施例1的冷挤压齿轮盘条的金相组织（F+P）图。

图2为本发明实施例1的冷挤压齿轮盘条的夹杂物图（100X，B类1.0级）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：

实施例1：

冷挤压齿轮盘条的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.1923%，Si=0.2617%，Mn=1.01%，P=0.010%，S=0.021%，Cr=1.084%，Ti=0.067，Ni=0.020%，Cu=0.024%，B=0.0.0003%，Mo=0.0056%，Al=0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.008%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间21min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间23min，出站钢水N=51ppm，H=1.0ppm，O=14ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度24℃，铸坯断面为150 mm×150mm。

加热：温度1040～1050℃，均热时间35min。

轧制：进KOCKS温度850℃，卷曲温度820℃。

冷却：卷曲后采用快速冷却，步进梁保温罩全开。

盘条热处理力学性能见表1所示，盘条末端淬透性见表2所示

实施例2：

冷挤压齿轮盘条的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.1866%，Si=0.2690%，Mn=1.020%，P=0.012%，S=0.022%，Cr=1.081%，Ti=0.061，Ni=0.022%，Cu=0.021%，B=0.0.0003%，Mo=0.0046%，Al=0.018%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.009%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间22min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间20min，软吹时间23min，出站钢水N=51ppm，H=1.5ppm，O=16ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度22℃，铸坯断面为150 mm×150mm。

加热：温度1030～1040℃，均热时间35min。

轧制：进KOCKS温度860℃，卷曲温度840℃。

冷却：卷曲后采用快速冷却，步进梁保温罩全开。

盘条热处理力学性能见表1所示，盘条末端淬透性见表2所示。

实例3：

冷挤压齿轮盘条的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.1839%，Si=0.2595%，Mn=1.006%，P=0.011%，S=0.018%，Cr=1.084%，Ti=0.064，Ni=0.028%，Cu=0.025%，B=0.0.0003%，Mo=0.0066%，Al=0.019%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.007%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间24min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间21min，软吹时间25min，出站钢水N=54ppm，H=1.5ppm，O=15ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度23℃，铸坯断面为150 mm×150mm。

加热：温度1030～1040℃，均热时间34min。

轧制：进KOCKS温度870℃，卷曲温度850℃。

冷却：卷曲后采用快速冷却，步进梁保温罩全开。

盘条热处理力学性能见表1所示，盘条末端淬透性见表2所示

表1 实施例中盘条的热处理力学性能

表2 实施例中盘条的末端淬透性

从表1、表2测试结果可见，采用本发明的方法生产的盘条，热处理力学性能屈服强度能达到100Mpa以上，常温冲击韧性能达到100J以上，末端淬透性控制稳定，冷挤压齿轮成型后热处理各项指标均能达到要求，且不会出现热处理齿轮变形的情况，能够很好的满足冷挤压齿轮用钢的使用需求。

Claims (1)

1.一种冷挤压齿轮盘条的生产方法，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.17%~0.23%，Si=0.15%～0.35%，Mn=080%～1.15%，P≤0.015%，S≤0.015%~0.025%，Cr=1.00%～1.30%，Ti=0.03%～0.08%，Ni≤0.25%，Cu≤0.20%，B≤0.0.0003%，Mo≤0.05%，Al≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P≤0.008%，使用高铝锰铁脱氧，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，精炼完毕后进行Ca化处理，喂入Ca线≥250m；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间15～20min，软吹时间≥20min，出站钢水N≤70ppm，H≤2ppm，O≤15ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，开启结晶器电磁搅拌与末端电磁搅拌，中包过热度目标值15℃～25℃，铸坯断面为150 mm×150mm；

加热：铸坯加热温度1030～1060℃，均热时间≥30min；

轧制：采用KOCKS三辊减定径机组轧制，进KOCKS温度850～870℃，卷曲温度820～840℃；

冷却：卷曲后采用快速冷却，步进梁保温罩全开。