CN113416883B - 一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法，属于齿轮钢生产技术领域，通过合理的成分设计及工艺控制，使所制备的Cr‑Mo系齿轮钢具有超高抗拉强度和屈服强度，并且其表面为针状马氏体组织，具有高硬度，芯部为板条状马氏体组织，保持超高韧性，使该齿轮钢在具有超高抗拉强度的同时具备“芯韧”的综合力学性能。采用本发明方法具体工艺步骤及参数，可得到微观组织由针状马氏体和板条状马氏体组成，室温条件下的屈服强度为1272～1497MPa，抗拉强度为2072～2251MPa，延伸率为7±5％的具有超高强度微合金化的渗碳齿轮钢。

Description

一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法
技术领域
本发明属于齿轮钢生产技术领域，具体涉及一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法。
背景技术
近年来，伴随着国民经济的快速发展，航空航天、舰船、汽车等行业也快速发展，因而对其传动部件的轴类、齿轮类等的需求量也在不断增加。这些轴类、齿轮类零件等都是在较高的循环载荷、较高的冲击载荷及极其严重的摩擦条件下工作的，因此就对零件的综合性能有了更高的要求，即：表面硬度高，耐磨性好，同时心部还要有足够的韧性等综合力学性能。轴承、齿轮的质量直接影响到设备设施在运行过程中的安全性及使用寿命，因此开发高性能齿轮钢成为传统结构材料的关注热点，前景广阔。
目前，我国齿轮用钢的合金化体系是原苏联、美国、日本、德国、英国、法国、意大利，以及中国自主创新合金化体系的总和，涵盖了世界各国的合金钢体系。随着生产和技术的进步，行业需求对齿轮使用条件越来越苛刻，需要在高强度化、提高转动疲劳寿命、防止晶界氧化和抑制软化等方面对钢材性能加以改善。
通过采取固溶强化、细晶强化以及改进锻造工艺和热处理制度等方法可以有效实现齿轮钢材料优异的组织和力学性能。现阶段，生产过程中主要通过添加微量合金元素在钢中弥散析出碳化物、氮化物等第二相，有效钉扎晶界，阻止晶粒长大；并且通过添加微量的微合金元素，在奥氏体再结晶时，通过控制轧制过程以及冷却过程，抑制形变奥氏体的再结晶行为，达到延缓再结晶奥氏体晶粒长大的效果；从而获得晶粒细化、强度较高的齿轮钢材料。近年来通过将齿轮钢件置于渗碳的活性介质中，加热到单相奥氏体状态，保温一定的时间，可在表层获得高含碳量，随后在碳的保护下对工件进行淬火以及低温回火热处理，提高钢件表面强度。
目前，多数重型机械和重型汽车均采用Cr-Ni，Cr-Mo或Cr-Ni-Mo系齿轮钢。其中德国DIN标准系列的18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢具有较高的冲击韧性以及良好的淬透性，其抗拉强度为1185MPa左右，国内大量使用的17Cr2Ni2Mo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6和20CrNi2MoV的抗拉强度在1167～1542MPa，还有很大的提升空间。
随着齿轮钢服役条件越来越苛刻，齿轮钢的性能要求也越来越高，生产研发出综合力学性能优异的齿轮钢已迫在眉睫，刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有超高强度微合金化的渗碳齿轮钢及其制备方法。通过合理的成分设计及工艺控制，使所制备的Cr-Mo系齿轮钢具有超高抗拉强度和屈服强度，并且其表面为针状马氏体组织，具有高硬度，芯部为板条状马氏体组织，保持超高韧性，使该齿轮钢在具有超高抗拉强度的同时具备“芯韧”的综合力学性能。
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，其化学组成按重量百分比为：(0.19～0.215)％C，(0.2～0.3)％Si，(1.1～1.2)％Mn，(1.4～1.5)％Cr，(1.5～1.8)％Ni，(0.3～0.5)％Mo，(0.1～0.2)％V，余量为Fe元素和不可避免的杂质。其微观组织由针状马氏体和板条状马氏体组成，其室温条件下的屈服强度为1272～1497MPa，抗拉强度为2072～2251MPa，延伸率为7±5％。
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，按照以下步骤进行：
按重量百分比，称取(0.19～0.215)％C，(0.2～0.3)％Si，(1.1～1.2)％Mn，(1.4～1.5)％Cr，(1.5～1.8)％Ni，(0.3～0.5)％Mo，(0.1～0.2)％V，余量为Fe，将合金原料放入真空炉中进行冶炼，向炉中通入保护气体，将冶炼钢水浇铸成钢锭；
将钢锭进行固溶处理，然后进行轧制，将所得的热轧板空冷至室温；
对钢板进行预备热处理，然后空冷至室温；
进行渗碳处理，渗碳结束后进行油淬，对油淬后的齿轮钢进行退火处理，冷却至室温；
然后进行二次油淬；
再次进行退火，冷却至室温，得到具有超高强度的渗碳齿轮钢。
上述一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，其中：
所述步骤中，通入的保护气体为惰性气体，如Ar。
所述步骤中，将钢锭加热至1200±10℃保温2-4h进行固溶处理，在1100±10℃进行6道次轧制，总变形量为82.5％，终轧温度控制在900±50℃，将所得的热轧板空冷至室温。
所述步骤中，对钢板进行预备热处理方式为：在500±10℃下保温2-3h，然后在700±10℃下保温5-7h。
所述步骤中，渗碳处理工艺参数：渗碳介质为乙炔，在930～950℃渗碳3-5h，渗碳压力为200-300Pa，渗件表面含碳量为0.7-0.9％，渗层厚度为0.8-1.2mm。渗碳结束后将温度降到860℃，保温10min，然后进行油淬(即一次淬火)。
所述步骤中，油淬后的退火处理工艺参数：退火温度为160±20℃，保温2-4h。冷却方式为空冷。
所述步骤中，进行二次油淬，淬火温度为810±30℃，保温2-3h。
所述步骤中，再次进行退火，退火温度为160±20℃，保温2-3h。冷却方式为空冷。
本发明的关键点
1、利用传统的真空感应熔炼技术，结合连续轧制和成分设计、热轧温度、热轧量以及预备热处理工艺、渗碳工艺及后续热处理工艺等综合因素，以此控制齿轮钢奥氏体晶粒长大和微合金元素的析出。
2、通过控制齿轮钢奥氏体晶粒长大和微合金元素的析出，使齿轮钢获得优异的综合力学性能，该材料具有非常高的室温拉伸强度和屈服强度，同时保证了韧性，综合性能远高于国内现役齿轮钢。
3、该齿轮钢中的合金元素含量相对较少且平价，而且制备工艺简单，大大节约了生产成本。
本发明的效果：
本发明的优点在于，其所提供的一种具有超高强度微合金化的渗碳齿轮钢及其制备方法，利用传统的真空感应熔炼技术，结合连续轧制和通过控制成分、热轧温度、热轧量、预备热处理工艺、渗碳工艺、淬火温度、淬火时间和淬火方式、退火温度、退火时间等综合因素，以此控制齿轮钢奥氏体晶粒长大和微合金元素的析出，使齿轮钢获得优异的综合力学性能，该材料具有非常高的室温拉伸强度和屈服强度，同时保证了韧性，性能远高于国内现役齿轮钢，并且该齿轮钢中的合金元素含量相对较少，大大节约了生产成本。进一步的，采用本发明方法具体工艺步骤及参数，可得到微观组织由针状马氏体和板条状马氏体组成，室温条件下的屈服强度为1272～1497MPa，抗拉强度为2072～2251MPa，延伸率为7±5％的具有超高强度微合金化的渗碳齿轮钢。
附图说明
图1本发明实施例1中制得的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的微观组织形貌。
图2本发明实施例3中制得的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的微观组织形貌。
图3本发明实施例1～3中制得的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的单向拉伸的工程应力-应变曲线；曲线1～3分别对应实施例1～3。
具体实施方式
本发明实施例中采用的热轧设备为
Figure BDA0003130395260000031
双辊单向异步轧机。
本发明实施例中采用的渗碳设备为DB-433型真空炉。
本发明实施例中采用的保温设备为SX-8-13型箱式电阻炉。
本发明实施例中采用的熔炼设备为真空感应炉。
本发明实施例中采用的金属原料均为分析纯级，C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V的重量纯度均为≥99.9％。
实施例1
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1210℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1110℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为950℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在510℃下保温2h，然后升温至710℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
将钢板置于180℃保温3h，空冷至室温；
将钢板置于840℃下保温2h，油冷；
将钢板置于160℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2251MPa，屈服强度为1399MPa，延伸率为6.97％，硬度为744.4HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为30μm左右，马氏体板条宽0.11μm左右，微观组织形貌如图1所示，单向拉伸的真应力-真应变曲线如图3所示(曲线1)。
普通齿轮钢在室温下拉伸，其屈服强度在1000MPa，抗拉强度在1200MPa，本发明方法制得的具有超高强度的齿轮钢比普通齿轮钢，屈服强度提高了约400MPa，抗拉强度提高了1000MPa。
实施例2
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1200℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1100℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为900℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在500℃下保温2h，然后升温至700℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温3h，空冷至室温；
对钢板进行二次淬火处理，将钢板置于810℃下保温2h，油冷；
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2072MPa，屈服强度为1497MPa，延伸率为2.2％，硬度为720.3HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为30μm左右，马氏体板条宽0.13μm左右，单向拉伸的真应力-真应变曲线如图3所示(曲线2)。
实施例3
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.19％C，0.2％Si，1.1％Mn，1.4％Cr，1.5％Ni，0.3％Mo，0.1％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1190℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1090℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为850℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在490℃下保温2h，然后升温至690℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
对钢板进行退火处理，将钢板置于140℃保温3h，空冷至室温；
对钢板进行二次淬火处理，将钢板置于780℃下保温2h，油冷；对钢板进行退火处理，将钢板置于140℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2110MPa，屈服强度为1272MPa，延伸率为11.44％，硬度为736.4HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为30μm左右，马氏体板条宽0.16μm左右，微观组织形貌如图2所示，单向拉伸的真应力-真应变曲线如图3所示(曲线3)。
实施例4
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.20％C，0.25％Si，1.15％Mn，1.45％Cr，1.6％Ni，0.35％Mo，0.15％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.20％C，0.25％Si，1.15％Mn，1.45％Cr，1.6％Ni，0.35％Mo，0.15％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1210℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1110℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为950℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在510℃下保温2h，然后升温至710℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为200Pa，渗碳表面浓度为0.7％，渗层为0.8mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
将钢板置于180℃保温3h，空冷至室温；
将钢板置于840℃下保温2h，油冷；
将钢板置于180℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2251MPa，屈服强度为1399MPa，延伸率为6.97％，硬度为744.4HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为25μm左右，马氏体板条宽0.13μm左右。
普通齿轮钢在室温下拉伸，其屈服强度在1050MPa，抗拉强度在1150MPa，本发明方法制备的具有超高强度的齿轮钢相比普通齿轮钢，屈服强度提高了约300MPa，抗拉强度提高了950MPa。
实施例5
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.20％C，0.25％Si，1.15％Mn，1.45％Cr，1.6％Ni，0.35％Mo，0.15％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.20％C，0.25％Si，1.15％Mn，1.45％Cr，1.6％Ni，0.35％Mo，0.15％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1200℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1100℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为900℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在500℃下保温2h，然后升温至700℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温3h，空冷至室温；
对钢板进行二次淬火处理，将钢板置于810℃下保温2h，油冷；
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2020MPa，屈服强度为1380MPa，延伸率为2.3％，硬度为710HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为28μm左右，马氏体板条宽0.15μm左右。
实施例6
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.215％C，0.3％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.215％C，0.3)％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1210℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1110℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为950℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在510℃下保温2h，然后升温至710℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为200Pa，渗碳表面浓度为0.7％，渗层为0.8mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
将钢板置于180℃保温3h，空冷至室温；
将钢板置于840℃下保温2h，油冷；
将钢板置于160℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2160MPa，屈服强度为1330MPa，延伸率为6.5％，硬度为740HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为30μm左右，马氏体板条宽0.12μm左右。
普通齿轮钢在室温下拉伸，其屈服强度在1100MPa，抗拉强度在1100MPa，本发明方法制得的具有超高强度的齿轮钢，相比普通齿轮钢，屈服强度提高了约400MPa，抗拉强度提高了900MPa。
实施例7
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.215％C，0.3％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.215％C，0.3％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1200℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1100℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为900℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在500℃下保温2h，然后升温至700℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温3h，空冷至室温；
对钢板进行二次淬火处理，将钢板置于810℃下保温2h，油冷；
对钢板进行退火处理，将钢板置于160℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2010MPa，屈服强度为1387MPa，延伸率为2.3％，硬度为715HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为32μm左右，马氏体板条宽0.14μm左右。
实施例8
一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，所述的齿轮钢，其化学组成按重量百分比为0.215％C，0.3％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质。
所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，包括以下步骤：
将C粉末、Si粉末、金属Fe、金属Mn、金属Cr、金属Ni、金属Mo和金属V置于熔炼炉中，在氩气条件下进行熔炼，然后浇注成铸锭，其成分按重量百分比为0.215％C，0.3％Si，1.2％Mn，1.5％Cr，1.8％Ni，0.5％Mo，0.2％V，余量为Fe和不可避免杂质，将铸锭开坯成截面为80mm×80mm，高为100mm的长方坯；
将铸锭加热至1190℃保温4h进行固溶处理，热轧采用两阶段控制轧制，第一阶段热轧温度为1090℃，第二阶段热轧温度为1000℃，终轧温度为850℃，两阶段的总压下量为82.5％，经6道次板厚为14mm，终轧后，将钢板置于空气中冷却至室温；
对钢板进行预备热处理，将钢板在490℃下保温2h，然后升温至690℃，保温6h，取出在空气中冷却至室温；
对钢板进行渗碳处理，渗碳介质为乙炔，在940℃下渗碳4h，设置渗碳压力为300Pa，渗碳表面浓度为0.9％，渗层为1.2mm；随后将钢板置于860℃保温10min，迅速油冷。
对钢板进行退火处理，将钢板置于140℃保温3h，空冷至室温；
对钢板进行二次淬火处理，将钢板置于780℃下保温2h，油冷；
对钢板进行退火处理，将钢板置于140℃保温2h，空冷至室温得到具有超高强度的微合金化渗碳齿轮钢。对得到的产品进行性能检测，其抗拉强度为2000MPa，屈服强度为1240MPa，延伸率为11.34％，硬度为730HV；其微观结构为奥氏体晶粒，晶粒大小约为31μm左右，马氏体板条宽0.17μm左右。

Claims (2)

1.一种具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢，其特征在于，其化学组成按重量百分比为：（0.19～0.215）%C，（0.2～0.3）%Si，（1.1～1.2）%Mn，（1.4～1.5）%Cr，（1.5～1.8）%Ni，（0.3～0.5）%Mo，（0.1～0.2）%V，余量为Fe元素和不可避免的杂质；
所述的齿轮钢表面为针状马氏体组织，芯部为板条状马氏体组织；室温条件下的屈服强度为1272～1497MPa，抗拉强度为2072～2251MPa，延伸率为7 ± 5%。
2.一种权利要求1所述的具有超高强度微合金化渗碳齿轮钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量百分比，称取（0.19～0.215）%C，（0.2～0.3）%Si，（1.1～1.2）%Mn，（1.4～1.5）%Cr，（1.5～1.8）%Ni，（0.3～0.5）%Mo，（0.1～0.2）%V，余量为Fe，将合金原料放入真空炉中进行冶炼，向真空炉中通入氩气，将冶炼钢水浇铸成钢锭；
将钢锭加热至1200± 10℃保温2-4h进行固溶处理，然后在1100± 10℃进行6道次轧制，总变形量为82.5%，终轧温度为900± 50℃，将所得的热轧板空冷至室温；
对钢板进行预备热处理，具体为：在500± 10℃下保温2-3h，然后在700± 10℃下保温5-7h，然后空冷至室温；
进行渗碳处理，具体工艺参数：渗碳介质为乙炔，在930-950℃渗碳3-5h，渗碳压力为200-300Pa，渗件表面含碳量为0.7-0.9%，渗层厚度为0.8-1.2mm，渗碳结束后降温至860℃，保温10min，然后进行油淬，对油淬后的齿轮钢进行退火处理，退火温度为160± 20℃，保温2-4h，空冷至室温；
然后进行二次油淬；淬火温度为810± 30℃，保温2-3h；
再次进行退火，退火温度为160± 20℃，保温2-3h，空冷至室温，得到具有超高强度的渗碳齿轮钢。
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