CN109182905B

CN109182905B - 齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的工艺

Info

Publication number: CN109182905B
Application number: CN201811151912.3A
Authority: CN
Inventors: 许海平; 李玉谦; 徐斌; 肖国华; 肖振会; 王利伟; 鲁晓旭; 卢巧婷
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: CN109182905A

Abstract

本发明公开了一种齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的工艺，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 0.19％～0.21％、Si 0.20％～0.26％、Mn 0.64％～0.70％、Cr 1.00％～1.06％、Mo 0.15％～0.21％、S 0.015‑0.025％、P≤0.018％、Als 0.015％～0.025％、Ni≤0.03％、Cu≤0.03％、O≤0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用本方法生产的规格为Φ28mm～Φ50mm的齿轮钢20CrMoSH淬透性J1.5=40‑45HRC、J5=37‑42HRC、J9=28‑33HRC，同一炉钢淬透性最大离散值不大于3HRC，高稳定性的淬透性可以显著减小齿轮热处理变形，从而提高齿轮啮合精度。本方法成本低、生产效率高，产品具有淬透性稳定、齿轮热处理变形小、加工制成的齿轮啮合精度高、使用寿命长的特点。

Description

齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的工艺

技术领域

本发明涉及齿轮钢及其生产工艺，尤其涉及一种齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的生产工艺。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，车辆齿轮市场需求日益增加，齿轮传动正逐渐向结构更简单更轻量化的高转速、低噪音、高效率、高精度、长寿命转型升级。CrMo系齿轮钢淬透性稳定，加工制造的齿轮可承受巨大的交变载荷和冲击载荷，具有良好的强韧性、耐磨性，还具备变形小、精度高、噪音低等特点，因此，CrMo系齿轮钢因其具有优良的综合性能，在重载齿轮领域得到了广泛应用。

20CrMoSH是目前国内CrMo系齿轮钢中的主导产品，重载齿轮用钢20CrMoSH要求淬透性稳定（带宽不大于6HRC，同一炉钢离散度不大于4HRC），还要求具备钢质纯净（氧含量不大于15ppm）、晶粒细小均匀(奥氏体晶粒度大于6级)、带状组织轻（不大于3.0级）、易切削（采用加硫工艺）等特点。淬透性的高低以及淬透性数值的稳定性是评价齿轮钢质量的核心指标。淬透性带宽越窄，同一炉淬透性离散度越小，则淬透性越稳定，越有利于减轻齿轮热处理变形，提高齿轮啮合精度以及齿轮使用寿命。

CN 101289731A发明公开了一种CrMnTi系窄淬透性带齿轮钢及其制造方法，其化学成分的重量百分含量为：C 0.13％～0.23％、Si 0.17％～0.30％、Mn 0.80％～1.25％、Ti 0.04％～0.10％、Cr 0.90％～1.35％、Cu≤0.20％、S≤0.050％、P≤0.030％、Mo≤0.05％、Ni≤0.25％、[O]≤0.0020％、[H]≤0.00025％，余量为Fe和不可避免的杂质；制备方法包括冶炼、连铸、轧制工艺步骤。该发明申请通过采取窄成分的钢种设计及电炉炉料结构优化、电炉终点控制、细晶及带状组织控制等合理的工艺措施，有效地实现了压窄淬透性等目标；但该发明化学成分C、Si、Mn、Ti、Cr设计范围较宽，不利于窄淬透性控制；对于影响偏析的P元素控制偏高，容易造成成分偏析，造成淬透性波动；Cr元素设计偏高，成本较高；影响淬透性的残余元素Ni、Cu控制较高，会造成淬透性波动；淬透性只保证J9、J15两个位置。

CN 102400052A发明公开了一种窄淬透性齿轮钢，其化学成分的重量百分含量为：C 0.18％～0.22％、Si 0.20％～0.30％、Mn 0.90％～1.15％、P≤0.030％、S≤0.050％、Cr1.00％～1.35％、Ti 0.04％～0.08％、B 0.004％～0.005％、W 0.025％～0.038％、[O]≤0.00115％、[H]≤0.00015％、[N] 0.0035％～0.0045％，余量为Fe和不可避免的杂质；制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸工序，产品具备较好的耐磨性和耐高温性，又具备较高的淬透性和较窄的末端淬透性。淬透性检验J9、J15两个位置。该发明化学成分C、Si、Mn、Ti、Cr设计范围较宽，不利于窄淬透性控制；对于影响偏析的P元素控制偏高，容易造成成分偏析，造成淬透性波动；同时Cr元素设计偏高，而且添加B、W元素，成本较高；淬透性只保证J9、J15两个位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的工艺，可实现齿轮钢产品的窄淬透性，并提高淬透性稳定性，同时生产成本低廉。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种齿轮钢20CrMoSH，其化学成分的重量百分含量为：C 0.19～0.21%、Si 0.20～0.26%、Mn 0.64～0.70%、Cr 1.00～1.06%、Mo 0.15～0.21%、S 0.015-0.025%、P≤0.018%、Als 0.015～0.025%、Ni≤0.03%、Cu≤0.03%、O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种提高齿轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的工艺，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分别为：C 0.19～0.21%、Si0.20～0.26%、Mn 0.64～0.70%、Cr 1.00～1.06%、Mo 0.15～0.21%、S 0.015-0.025%、P≤0.018%、Als 0.015～0.025%、Ni≤0.03%、Cu≤0.03%、O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的提高齿轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的工艺，所述连铸工序采用低过热度浇铸，恒拉速控制；二冷选用气雾弱冷冷却方式，开启结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，铸坯下线避风堆冷；

所述加热工序：加热段温度控制在1120～1180℃，均热段温度控制在1150～1180℃，同一根铸坯温差不大于30℃，在炉总时间控制在100～150分钟；

所述轧制工序：开轧温度控制在1000～1060℃，圆钢下线温度不低于450℃，圆钢下线避风堆冷不低于12小时。

上述的提高齿轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的工艺，所述连铸采用低过热度浇铸，中包钢水温度控制在1520～1540℃；拉速控制在1.10±0.02m/min，二冷比水量控制在0.48±0.02L/Kg；开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.5Hz；开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.5Hz，铸坯下线避风堆冷不少于16小时。

本发明采用了窄化学成分设计、低P控制、加严残余元素Ni、Cu控制、连铸低过热度控制、结晶器电搅和末端电搅联合使用、提高铸坯加热温度、控制铸坯温度均匀性等多方面工艺技术，最大程度保证了产品化学成分均匀性，实现了产品窄淬透性，并提高了淬透性稳定性；本发明Cr元素设计控制较低、且未添加B、W元素，因此制造成本低；同时严格控制铸坯缓冷时间、铸坯加热时间、圆钢下线堆垛缓冷时间，进一步提高了生产效率。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明生产的规格为Φ28mm～Φ50mm的齿轮钢20CrMoSH的淬透性稳定，可实现淬透性三点控制，J1.5=40-45HRC、J5=37-42HRC、J9=28-33HRC，同一炉钢淬透性最大离散值不大于3HRC，同时20CrMoSH还具有钢质纯净、晶粒细小均匀、带状组织轻、易切削等特点。本发明工艺成本低、生产效率高，可以达到减小齿轮热处理变形、提高齿轮啮合精度的效果，加工制成的齿轮强韧性好、使用寿命长。

具体实施方式

本发明一种齿轮钢20CrMoSH，其化学成分的重量百分含量分别为：C 0.19～0.21%、Si 0.20～0.26%、Mn 0.64～0.70%、Cr 1.00～1.06%、Mo 0.15～0.21%、S 0.015-0.025%、P≤0.018%、Als 0.015～0.025%、Ni≤0.03%、Cu≤0.03%、O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供一种提高轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的生产工艺，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。

（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，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。

（3）RH精炼：RH处理真空度在100Pa及以下，纯脱气处理时间10～15min，软吹时间12～15min，软吹时以渣面微动、钢液面不裸露为宜，钢水出站温度控制在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，结晶器使用低碳保护渣，采用低过热度浇铸，中包钢水温度控制在1520～1540℃，保持恒拉速，拉速控制在1.10±0.02m/min，二冷选用气雾弱冷冷却方式，比水量控制在0.48±0.02L/Kg，开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.5Hz，开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.5Hz，铸坯下线避风堆冷不少于16小时。。

（5）加热：加热段温度控制在1120～1180℃，均热段温度控制在1150～1180℃，同一根铸坯温差不大于30℃，在炉总时间控制在100～150分钟。

（6）轧制：开轧温度控制在1000～1060℃，圆钢下线温度不低于450℃，圆钢下线避风堆冷不低于12小时。

以下通过具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

实施例1－8：齿轮钢20CrMoSH及提高其淬透性稳定性的生产工艺具体如下所述：

（1）成分配比：各实施例20CrMoSH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、LF精炼、RH精炼工序的具体工艺参数见表2，连铸工序的具体工艺参数见表3，加热和轧制工序的具体工艺参数见表4：表2：转炉、LF精炼、RH精炼工序的具体工艺参数

表3：连铸工序的具体工艺参数

表4：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20CrMoSH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，925℃保温35min正火，925℃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。所得检验结果见表5。

表5：各实施例产品的性能指标

本发明生产的规格为Φ28mm～Φ50mm的齿轮钢20CrMoSH的淬透性稳定，淬透性带宽窄，可实现淬透性三点控制，同一炉钢淬透性最大离散值不大于3HRC，同时20CrMoSH还具有钢质纯净、晶粒细小均匀、带状组织轻、易切削等特点。

Claims

1.一种齿轮钢20CrMoSH，其特征在于：所属齿轮钢化学成分的重量百分含量为：C 0.19～0.21%、Si 0.20～0.26%、Mn 0.64～0.70%、Cr 1.00～1.06%、Mo 0.15～0.21%、S 0.015-0.025%、P≤0.018%、Als 0.015～0.025%、Ni≤0.02%、Cu≤0.02%、O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质，淬透性保证J1.5、J5、J9三个位置，J1.5为40-45HRC，J5为37-42HRC、J9为28-33HRC。

2.一种提高齿轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的工艺，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：所属齿轮钢化学成分的重量百分含量为：C 0.19～0.21%、Si 0.20～0.26%、Mn 0.64～0.70%、Cr 1.00～1.06%、Mo 0.15～0.21%、S 0.015-0.025%、P≤0.018%、Als 0.015～0.025%、Ni≤0.02%、Cu≤0.02%、O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质，淬透性保证J1.5、J5、J9三个位置，J1.5为40-45HRC，J5为37-42HRC、J9为28-33HRC；所述连铸工序采用低过热度浇铸，恒拉速控制；二冷选用气雾弱冷冷却方式，开启结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，铸坯下线避风堆冷；

3.如权利要求2所述的提高齿轮钢20CrMoSH淬透性稳定性的工艺，其特征在于：所述连铸采用低过热度浇铸，中包钢水温度控制在1520～1540℃；拉速控制在1.10±0.02m/min，二冷比水量控制在0.48±0.02L/kg；开启结晶器电磁搅拌，电流350±10A、频率3.0±0.5Hz；开启末端电磁搅拌，电流250±10A、频率8.0±0.5Hz，铸坯下线避风堆冷不少于16小时。