CN114737115A - 一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法与应用，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.14‑0.20％，Si≤0.40％，Mn 1.00‑1.40％，P≤0.025％，S 0.010‑0.035％，Cr 1.00‑1.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.30％，Ti≤0.005％，Al0.020‑0.050％，Mo≤0.12％，N 0.009‑0.014％，Nb 0.020‑0.040％，B 0.0010‑0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的齿轮钢实现了超长时间渗碳处理而不发生晶粒粗大和混晶现象，减小了齿轮在淬火后的变形量，从而延长了齿轮的使用寿命。

Description

一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于特殊合金钢技术领域，涉及一种齿轮钢，尤其涉及一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法与应用。
背景技术
齿轮钢作为汽车、铁路、船舶、工程机械等领域所使用特殊合金钢中要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料，且齿轮主要应用于发动机、变速箱等关键的动力传动部件。
由于近年来市场对汽车的运转噪声、振动与声振粗糙度、疲劳强度等要求逐渐严格，导致齿轮钢的性能指标也越来越高，其中晶粒度是衡量齿轮钢品质最为重要的技术指标之一，直接决定了齿轮在热处理后的变形量大小及变形方向的一致性，进而影响齿轮的运转噪音、疲劳强度等性能。
特别是齿轮在加工过程中需要进行长时间的渗碳处理，而渗碳过程中齿轮钢的晶粒大小随渗碳时间延长极易长大造成晶粒粗大和混晶，进而引起后续淬火后的变形量大、变形不规则及齿轮寿命急剧降低等问题。
CrMnB系齿轮钢为德系齿轮钢常见牌号，以17CrMnBH为例，其成分一般为：C 0.14-0.20％，Si≤0.40％，Mn 1.00-1.40％，P≤0.025％，S 0.010-0.035％，Cr1.00-1.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.30％，Ti≤0.005％与B 0.0010-0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质。在生产过程中，一般会添加少量的Al和残余N，形成的AlN、BN相对较少，一般只可保证6h或6h以下渗碳处理不混晶，不粗晶，而无法保证更长时间的渗碳处理。
由此可见，如何提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，实现超长时间渗碳处理而不发生晶粒粗大和混晶现象，减小齿轮在淬火后的变形量，避免变形不规则，从而延长齿轮的使用寿命，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法与应用，所述CrMnB系齿轮钢实现了超长时间渗碳处理而不发生晶粒粗大和混晶现象，减小了齿轮在淬火后的变形量，避免了变形不规则，从而延长了齿轮的使用寿命。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种CrMnB系齿轮钢，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.14-0.20％，Si≤0.40％，Mn 1.00-1.40％，P≤0.025％，S0.010-0.035％，Cr 1.00-1.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.30％，Ti≤0.005％，Al 0.020-0.050％，Mo≤0.12％，N 0.009-0.014％，Nb 0.020-0.040％，B0.0010-0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明通过严格控制CrMnB系齿轮钢的化学成分，在常规CrMnB系齿轮钢的基础上调控Al、N、B与Nb在合理范围内，经过复合处理形成AlN、BN、与Nb(C、N)等化合物质点钉扎于齿轮钢晶粒的晶界间，从而防止了齿轮钢在高温及长时间渗碳处理过程中发生晶粒粗大和混晶现象。
此外，考虑到有效B含量的降低而导致的淬透性降低，本发明适当提升Mo与Ni含量以提升淬透性，最终减小了齿轮在淬火后的变形量，避免了变形不规则，从而延长了齿轮的使用寿命。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C0.14-0.20％，例如可以是0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％或0.20％，进一步优选为0.16-0.18％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Si≤0.40％，例如可以是0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％或0.40％，进一步优选为Si≤0.25％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Mn 1.00-1.40％，例如可以是1.00％、1.05％、1.10％、1.15％、1.20％、1.25％、1.30％、1.35％或1.40％，进一步优选为1.25-1.35％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：P≤0.025％，例如可以是0.005％、0.006％、0.008％、0.010％、0.012％、0.014％、0.015％、0.016％、0.018％、0.020％、0.022％、0.024％或0.025％，进一步优选为P≤0.020％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：S0.010-0.035％，例如可以是0.010％、0.012％、0.014％、0.015％、0.016％、0.018％、0.020％、0.022％、0.024％、0.025％、0.026％、0.028％、0.030％、0.032％、0.034％或0.035％，进一步优选为S 0.015-0.030％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Cr1.00-1.30％，例如可以是1.00％、1.05％、1.10％、1.15％、1.20％、1.25％或1.30％，进一步优选为Cr 1.20-1.30％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Ni≤0.30％，例如可以是0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％或0.30％，进一步优选为Ni 0.18％-0.22％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Cu≤0.30％，例如可以是例如可以是0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％或0.30％，进一步优选为Cu≤0.20％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Ti≤0.005％，例如可以是0.001％、0.002％、0.003％、0.004％或0.005％，进一步优选为Ti≤0.004％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Al0.020-0.050％，例如可以是0.020％、0.025％、0.030％、0.035％、0.040％、0.045％或0.050％，进一步优选为Al 0.030-0.040％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Mo≤0.12％，例如可以是0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％或0.12％，进一步优选为Mo 0.06％-0.10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：N0.009-0.014％，例如可以是0.009％、0.010％、0.011％、0.012％、0.013％或0.014％，进一步优选为N 0.010-0.012％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：Nb0.020-0.040％，例如可以是0.020％、0.022％、0.024％、0.026％、0.028％、0.030％、0.032％、0.034％、0.036％、0.038％或0.040％，进一步优选为Nb 0.025-0.035％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：B0.0010-0.0030％，例如可以是0.0010％、0.0012％、0.0014％、0.0016％、0.0018％、0.0020％、0.0022％、0.0024％、0.0026％、0.0028％或0.0030％，进一步优选为B0.0020-0.0030％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，Al与N的质量百分含量之比Al/N为3.15-3.20，例如可以是3.15、3.16、3.17、3.18、3.19或3.20，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，B与N的质量百分含量之比B/N为0.20-0.24，例如可以是0.20、0.21、0.22、0.23或0.24，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，Nb与N的质量百分含量之比Nb/N为2.3-3.0，例如可以是2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，一方面，Al、N、B与Nb的含量对于齿轮钢的性能影响显著，另一方面，各元素之间的配比同样至关重要，特别是Al/N、B/N与Nb/N均需控制在合理范围内，否则容易在钢材中形成杂质影响钢材质量。例如，当Al/N小于3.15时，即N含量过高，导致钢水中气体含量过高，容易形成皮下气泡；当Al/N大于3.20时，即Al含量过高，过量的Al容易形成Al2O3杂质而难以去除，同时Al2O3和CaS等容易吸附在中间包水口“结瘤”，造成钢水可浇性变差。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述CrMnB系齿轮钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉炼钢、钢包精炼、真空精炼、方坯连铸和棒材轧制，得到CrMnB系齿轮钢。
优选地，所述转炉炼钢包括向铁水中加入第一合金。
优选地，所述第一合金包括铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铝锭与锰铁合金的组合，锰铁合金与铬铁合金的组合，铬铁合金与钼铁合金的组合，钼铁合金与镍铁合金的组合，镍铁合金与增碳剂的组合，铝锭、锰铁合金与铬铁合金的组合，锰铁合金、铬铁合金与钼铁合金的组合，铬铁合金、钼铁合金与镍铁合金的组合，钼铁合金、镍铁合金与增碳剂的组合，或铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金与增碳剂的组合，进一步优选为铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金与增碳剂的组合。
本发明中，所述增碳剂为本领域常规选用的增碳剂，例如可以是石油焦粉、木炭粉、电极粉或焦炭粉中的任意一种或至少两种的组合，只要能够实现向钢水中增碳的作用即可，故在此不对增碳剂的具体类型做特别限定。
优选地，所述钢包精炼包括向钢水中加入造渣料和第二合金。
优选地，所述造渣料包括石灰、铝粒或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括石灰与铝粒的组合，铝粒与碳化硅的组合，或石灰、铝粒与碳化硅的组合。
优选地，所述第二合金包括锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括锰铁合金与铬铁合金的组合，铬铁合金与钼铁合金的组合，钼铁合金与铌铁合金的组合，铌铁合金与镍铁合金的组合，镍铁合金与铝线的组合，铝线与增碳剂的组合，锰铁合金、铬铁合金与钼铁合金的组合，铬铁合金、钼铁合金与铌铁合金的组合，钼铁合金、铌铁合金与镍铁合金的组合，铌铁合金、镍铁合金与铝线的组合，镍铁合金、铝线与增碳剂的组合，或锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线与增碳剂的组合，进一步优选为锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线与增碳剂的组合。
本发明中，所述增碳剂为本领域常规选用的增碳剂，例如可以是石油焦粉、木炭粉、电极粉或焦炭粉中的任意一种或至少两种的组合，只要能够实现向钢水中增碳的作用即可，故在此不对增碳剂的具体类型做特别限定。
优选地，所述钢包精炼的时间≥50min，例如可以是50min、52min、54min、56min、58min、60min、62min、64min、66min、68min、70min或72min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过适当延长钢包精炼的时间，精确调控钢水中化学成分的稳定性，促进夹杂物上浮，从而达到净化钢水的目的。
优选地，所述真空精炼包括向钢水中加入第一覆盖剂和第三合金。
优选地，所述第一覆盖剂包括碳化稻壳。
优选地，所述第三合金包括锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线或碳线中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括锰氮合金线与硼铁合金线的组合，硼铁合金线与硫线的组合，硫线与铝线的组合，铝线与碳线的组合，锰氮合金线、硼铁合金线与硫线的组合，硼铁合金线、硫线与铝线的组合，硫线、铝线与碳线的组合，或锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线与碳线的组合，进一步优选为锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线与碳线的组合。
优选地，所述方坯连铸包括向钢水中加入第二覆盖剂和保护渣。
优选地，所述第二覆盖剂包括中包覆盖剂和碳化稻壳。
优选地，所述保护渣包括F01型低碳保护渣。
优选地，所述方坯连铸过程中钢水的过热度为20-35℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃或35℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过控制方坯连铸过程中钢水的过热度为20-35℃，减轻了铸坯碳、硫等元素的偏析程度，避免了淬透性波动大而导致齿轮热处理后变形量大且变形无规律的现象。
优选地，所述方坯连铸过程中伴随着结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，以进一步提升所得钢材的均匀性。
优选地，所述结晶器电磁搅拌的电流为230-270A，例如可以是230A、235A、240A、245A、250A、255A、260A、265A或270A，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述结晶器电磁搅拌的频率为2-4Hz，例如可以是2Hz、2.2Hz、2.4Hz、2.6Hz、2.8Hz、3Hz、3.2Hz、3.4Hz、3.6Hz、3.8Hz或4Hz，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述末端电磁搅拌的电流为380-700A，例如可以是380A、400A、450A、500A、550A、600A、650A或700A，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述末端电磁搅拌的频率为7-9Hz，例如可以是7Hz、7.2Hz、7.4Hz、7.6Hz、7.8Hz、8Hz、8.2Hz、8.4Hz、8.6Hz、8.8Hz或9Hz，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明第二方面优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)向铁水中加入第一合金进行转炉炼钢，且所述第一合金包括铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合；
(2)向钢水中加入造渣料和第二合金进行50min以上的钢包精炼，且所述造渣料包括石灰、铝粒或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合，所述第二合金包括锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合；
(3)向钢水中加入第一覆盖剂和第三合金进行真空精炼，且所述第一覆盖剂包括碳化稻壳，所述第三合金包括锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线或碳线中的任意一种或至少两种的组合；
(4)向钢水中加入第二覆盖剂和保护渣进行方坯连铸，且所述第二覆盖剂包括中包覆盖剂和碳化稻壳，所述保护渣包括F01型低碳保护渣；所述方坯连铸过程中钢水的过热度为20-35℃，且伴随着电流为230-270A，频率为2-4Hz的结晶器电磁搅拌和电流为380-700A，频率为7-9Hz的末端电磁搅拌；
(5)按照客户要求的规格进行棒材轧制，最终得到CrMnB系齿轮钢。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述CrMnB系齿轮钢在齿轮制造方面的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过严格控制CrMnB系齿轮钢的化学成分，在常规CrMnB系齿轮钢的基础上调控Al、N、B与Nb在合理范围内，经过复合处理形成AlN、BN、与Nb(C、N)等化合物质点钉扎于齿轮钢晶粒的晶界间，从而防止了齿轮钢在高温及长时间渗碳处理过程中发生晶粒粗大和混晶现象，晶粒度高达7.0-8.0级；
(2)考虑到有效B含量的降低而导致的淬透性降低，本发明适当提升Mo与Ni含量以提升淬透性，且淬透性带宽≤4HRC；最终减小了齿轮在淬火后的变形量，避免了变形不规则，从而延长了齿轮的使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的CrMnB系齿轮钢制备方法流程示意图；
图2是实施例1提供的制备方法中不同加热时间段所得棒材的晶粒度照片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.17％，Si 0.23％，Mn 1.25％，P 0.018％，S 0.017％，Cr1.26％，Ni 0.18％，Cu 0.05％，Ti 0.002％，Al 0.032％，Mo 0.08％，N 0.010％，Nb0.027％，B 0.0023％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中，Al与N的质量百分含量之比Al/N为3.20，B与N的质量百分含量之比B/N为0.23，Nb与N的质量百分含量之比Nb/N为2.7。
如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
(1)铁水冶炼后，向钢水中加入铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和焦炭粉进行转炉炼钢；
(2)向钢水中加入石灰、铝粒、碳化硅、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线和焦炭粉进行60min的钢包精炼；
(3)向钢水中加入碳化稻壳、锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线和碳线进行真空精炼；
(4)向钢水中加入中包覆盖剂、碳化稻壳和F01型低碳保护渣进行方坯连铸；所述方坯连铸过程中钢水的过热度为30℃，且伴随着电流为250A，频率为3Hz的结晶器电磁搅拌和电流为450A，频率为8Hz的末端电磁搅拌；
(5)按照客户要求的规格进行棒材轧制，最终得到CrMnB系齿轮钢，图2为不同加热时间段所得棒材的晶粒度照片。
实施例2
本实施例提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.16％，Si 0.25％，Mn 1.35％，P 0.025％，S 0.020％，Cr1.25％，Ni 0.22％，Cu 0.05％，Ti 0.004％，Al 0.032％，Mo 0.09％，N 0.010％，Nb0.025％，B 0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中，Al与N的质量百分含量之比Al/N为3.20，B与N的质量百分含量之比B/N为0.20，Nb与N的质量百分含量之比Nb/N为2.5。
如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
(1)铁水冶炼后，向钢水中加入铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和焦炭粉进行转炉炼钢；
(2)向钢水中加入石灰、铝粒、碳化硅、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线、焦炭粉和木炭粉进行65min的钢包精炼；
(3)向钢水中加入碳化稻壳、锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线和碳线进行真空精炼；
(4)向钢水中加入中包覆盖剂、碳化稻壳和F01型低碳保护渣进行方坯连铸；所述方坯连铸过程中钢水的过热度为20℃，且伴随着电流为260A，频率为4Hz的结晶器电磁搅拌和电流为500A，频率为8Hz的末端电磁搅拌；
(5)按照客户要求的规格进行棒材轧制，最终得到CrMnB系齿轮钢。
实施例3
本实施例提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.17％，Si 0.22％，Mn 1.26％，P 0.018％，S 0.026％，Cr1.30％，Ni 0.21％，Cu 0.04％，Ti 0.003％，Al 0.0315％，Mo 0.09％，N 0.010％，Nb0.028％，B 0.0024％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中，Al与N的质量百分含量之比Al/N为3.15，B与N的质量百分含量之比B/N为0.24，Nb与N的质量百分含量之比Nb/N为2.8。
如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
(1)铁水冶炼后，向钢水中加入铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和焦炭粉进行转炉炼钢；
(2)向钢水中加入石灰、铝粒、碳化硅、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线、焦炭粉和石油焦粉进行75min的钢包精炼；
(3)向钢水中加入碳化稻壳、锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线和碳线进行真空精炼；
(4)向钢水中加入中包覆盖剂、碳化稻壳和F01型低碳保护渣进行方坯连铸；所述方坯连铸过程中钢水的过热度为35℃，且伴随着电流为260A，频率为2Hz的结晶器电磁搅拌和电流为600A，频率为7Hz的末端电磁搅拌；
(5)按照客户要求的规格进行棒材轧制，最终得到CrMnB系齿轮钢。
对比例1
本对比例提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，以质量百分含量计，除了将所述CrMnB系齿轮钢中的Al含量改为0.010％，并将步骤(4)所述钢水的过热度改为60℃，其余元素含量与所述制备方法均与实施例1相同，故在此不做赘述。
对比例2
本对比例提供一种CrMnB系齿轮钢及其制备方法，除了去除所述CrMnB系齿轮钢中的Nb元素，即在制备方法中不再添加铌铁合金，其余元素含量与所述制备方法均与实施例1相同，故在此不做赘述。
将实施例1-3与对比例1-2所得齿轮钢进行晶粒度测试和淬透性带宽测试，相关测试结果见表1。
表1
齿轮钢 晶粒度(级) 淬透性带宽(HRC)
实施例1 7.5 4
实施例2 7.5 4
实施例3 7.5 4
对比例1 4 6
对比例2 4 4
上表中，齿轮钢的晶粒度测试方法为：按照GB/T 6394，使用渗碳法或直接淬硬法进行测试；齿轮钢的淬透性带宽测试方法为：按照GB/T 225，使用洛氏硬度计进行测试。
由表1可知：相较于对比例1-2，实施例1-3所得齿轮钢可确保晶粒在长时间加热过程中不发生混晶现象，晶粒度高且淬透性带宽窄。
由此可见：本发明通过严格控制CrMnB系齿轮钢的化学成分，在常规CrMnB系齿轮钢的基础上调控Al、N、B与Nb在合理范围内，经过复合处理形成AlN、BN、与Nb(C、N)等化合物质点钉扎于齿轮钢晶粒的晶界间，从而防止了齿轮钢在高温及长时间渗碳处理过程中发生晶粒粗大和混晶现象，晶粒度高达7.0-8.0级；此外，考虑到有效B含量的降低而导致的淬透性降低，本发明适当提升Mo与Ni含量以提升淬透性，且淬透性带宽≤4HRC；最终减小了齿轮在淬火后的变形量，避免了变形不规则，从而延长了齿轮的使用寿命。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种CrMnB系齿轮钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.14-0.20％，Si≤0.40％，Mn 1.00-1.40％，P≤0.025％，S 0.010-0.035％，Cr1.00-1.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.30％，Ti≤0.005％，Al0.020-0.050％，Mo≤0.12％，N0.009-0.014％，Nb 0.020-0.040％，B 0.0010-0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的CrMnB系齿轮钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述CrMnB系齿轮钢的化学成分包括：C 0.16-0.18％，Si≤0.25％，Mn1.25-1.35％，P≤0.020％，S0.015-0.030％，Cr 1.20-1.30％，Ni 0.18％-0.22％，Cu≤0.20％，Ti≤0.004％，Al0.030-0.040％，Mo 0.06％-0.10％，N 0.010-0.012％，Nb 0.025-0.035％，B 0.0020-0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的CrMnB系齿轮钢，其特征在于，Al与N的质量百分含量之比Al/N为3.15-3.20；
优选地，B与N的质量百分含量之比B/N为0.20-0.24；
优选地，Nb与N的质量百分含量之比Nb/N为2.3-3.0。
4.一种如权利要求1-3任一项所述CrMnB系齿轮钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括依次进行的转炉炼钢、钢包精炼、真空精炼、方坯连铸和棒材轧制，得到CrMnB系齿轮钢。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述转炉炼钢包括向铁水中加入第一合金；
优选地，所述第一合金包括铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述钢包精炼包括向钢水中加入造渣料和第二合金；
优选地，所述造渣料包括石灰、铝粒或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述第二合金包括锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述钢包精炼的时间≥50min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空精炼包括向钢水中加入第一覆盖剂和第三合金；
优选地，所述第一覆盖剂包括碳化稻壳；
优选地，所述第三合金包括锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线或碳线中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方坯连铸包括向钢水中加入第二覆盖剂和保护渣；
优选地，所述第二覆盖剂包括中包覆盖剂和碳化稻壳；
优选地，所述保护渣包括F01型低碳保护渣；
优选地，所述方坯连铸过程中钢水的过热度为20-35℃；
优选地，所述方坯连铸过程中伴随着结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌；
优选地，所述结晶器电磁搅拌的电流为230-270A；
优选地，所述结晶器电磁搅拌的频率为2-4Hz；
优选地，所述末端电磁搅拌的电流为380-700A；
优选地，所述末端电磁搅拌的频率为7-9Hz。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)向铁水中加入第一合金进行转炉炼钢，且所述第一合金包括铝锭、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合；
(2)向钢水中加入造渣料和第二合金进行50min以上的钢包精炼，且所述造渣料包括石灰、铝粒或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合，所述第二合金包括锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、铌铁合金、镍铁合金、铝线或增碳剂中的任意一种或至少两种的组合；
(3)向钢水中加入第一覆盖剂和第三合金进行真空精炼，且所述第一覆盖剂包括碳化稻壳，所述第三合金包括锰氮合金线、硼铁合金线、硫线、铝线或碳线中的任意一种或至少两种的组合；
(4)向钢水中加入第二覆盖剂和保护渣进行方坯连铸，且所述第二覆盖剂包括中包覆盖剂和碳化稻壳，所述保护渣包括F01型低碳保护渣；所述方坯连铸过程中钢水的过热度为20-35℃，且伴随着电流为230-270A，频率为2-4Hz的结晶器电磁搅拌和电流为380-700A，频率为7-9Hz的末端电磁搅拌；
(5)按照客户要求的规格进行棒材轧制，最终得到CrMnB系齿轮钢。
10.一种如权利要求1-3任一项所述CrMnB系齿轮钢在齿轮制造方面的应用。
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