CN114990430A - 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法 - Google Patents

一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114990430A
CN114990430A CN202210495539.3A CN202210495539A CN114990430A CN 114990430 A CN114990430 A CN 114990430A CN 202210495539 A CN202210495539 A CN 202210495539A CN 114990430 A CN114990430 A CN 114990430A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
equal
less
molten steel
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210495539.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114990430B (zh
Inventor
张学诚
白云
纪玉忠
陈玉辉
吴小林
卢明霞
夏冬冬
陈斌
曹红福
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Original Assignee
Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd filed Critical Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority to CN202210495539.3A priority Critical patent/CN114990430B/zh
Publication of CN114990430A publication Critical patent/CN114990430A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114990430B publication Critical patent/CN114990430B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/84—Controlled slow cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Abstract

本发明涉及一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法，钢材的表面脱碳层深度≤0.15mm；硬度≤150HBW，组织为均匀分布的铁素体与珠光体，其中铁素体占比≥75％，钢材奥氏体晶粒度≥6.0级。钢材的中心疏松≤1.0级，一般疏松≤1.0级，中心偏析≤0.5级。化学成分按重量百分比为C:0.17～0.25％，Si:≤0.07％，Mn:0.55～0.95％，Cr:1.10～1.45％，S:≤0.020％,P:≤0.010％,Al:0.015～0.055％，Nb:0.015～0.050％，Ti≤0.005％，N:0.011～0.027％,(Al/27+Nb/93‑Ti/48)≥N/14，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过控制钢材轧后冷却过程降低了钢材的硬度，达到了与钢材退火同样的目的，同时避免了钢材退火后表面脱碳层的加深，钢材不再需要表面车皮或扒皮处理。

Description

一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及齿轮钢的制造方法，尤其涉及一种冷镦齿轮钢及其制造方法。
背景技术
齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。目前国内的齿轮主要采用热锻成型，采用热锻工艺不仅钢材加热过程能耗高，热锻完成后，齿轮在降温过程中有冷缩现象，影响齿轮的尺寸精度，并且钢材机加工过程中金属的损耗与刀具的损耗均非常大，而冷镦工艺则没有以上热锻工艺的缺陷。因此，热锻工艺制造齿轮的成本明显高于冷镦工艺制造的齿轮。为了达到优异的冷镦用钢使用效果，并且能够省略钢材冷镦前的退火工序，本申请意在开发一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法。
专利公开号CN104759469A的文献公开了一种免退火中碳冷镦钢热轧线材的生产方法，其方法步骤为：(1)冶炼钢水然后连铸成钢坯；(2)所述钢坯经缓冷释放应力；(3)将缓冷后的热轧坯加热至1150～1190℃，保温时间110～140min；然后高压水除磷；(4)将除磷后的热轧坯进行粗中轧、预精轧和精轧，其中进精轧温度965～995℃，精轧结束后，卷取温度控制在960～980℃；尺寸精度执行负公差；(5)热轧后的盘条进入冷却线，风机和保温罩均关闭，确保盘条在保温罩内的停留时间不小于40分钟；即可得到所述的热轧线材。该工艺减少了拉拔量，防止因拉拔量大造成的硬度上升；既满足了下游用户免退火生产，减低成本的诉求，又避免了退火对环境的污染，具有节能环保、低成本的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法。
本发明所采用的技术方案为：一种免退火冷镦齿轮用钢，钢材的表面脱碳层深度≤0.15mm；硬度≤150HBW，组织为均匀分布的铁素体与珠光体，其中铁素体占比≥75％。钢材奥氏体晶粒度≥6.0级，奥氏体晶粒度是指钢材在950℃保温4小时情况下的组织晶粒度。钢材的中心疏松≤1.0级，一般疏松≤1.0级，中心偏析≤0.5级，本发明钢种低倍组织优异，钢材的各向异性的差异较小，冷镦过程中金属纤维流向均匀，冷镦后金属内部应力分布均匀并且不易产生微裂纹；钢材拥有稳定的高温晶粒度，可确保钢材冷镦后采用高温渗碳(950℃保温4小时)工艺晶粒任然细小均匀；钢材的表面脱碳层深度较浅，可以确保钢材冷镦后半成品零件的表层脱碳层，其高温渗碳的过程碳含量以较快的速度达到1％；钢材硬度越低，铁素体含量越高，钢材冷镦过程中可以承受更大的锻压比，有利于不同型号零件的冷加工
本申请钢材的化学成分按重量百分比为C:0.17～0.25％，Si:≤0.07％，Mn:0.55～0.95％，Cr:1.10～1.45％，S:≤0.020％,P:≤0.010％,Al:0.015～0.055％，Nb:0.015～0.050％，Ti≤0.005％，N:0.011～0.027％,(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明钢各化学元素对应的主要作用及设计依据是：
C:碳是对钢的强度贡献最大的元素。碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，但是碳含量的增加会使钢的塑性、韧性明显变差，同时增加钢的脱碳倾向，因此冷镦用钢的碳含量不宜太高。本发明中的钢材C含量选择范围为0.17～0.25％。
Si:硅元素会导致钢材在加热过程中增加钢的脱碳现象，钢材冷锻过程出现明显的冷作硬化现象，齿轮渗碳过程中出现晶间氧化现象。因此，应严格控制Si的含量，本发明Si含量的选择范围为Si≤0.07％。
Mn:锰是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入铁素体中有固溶强化作用，同时能够改善钢的热处理性能，细化珠光体晶粒，提高钢的强度和硬度。对齿轮钢而言，锰含量只有大于0.55％时，才有可能使淬火时齿轮芯部完全转变为半马氏体，但当锰含量超过0.95％时，韧性与塑性会明显下降，因此Mn在冷锻齿轮钢中不宜太高。本发明中的Mn含量选择范围为0.55～0.95％。
Cr:铬是强碳化物形成元素，Cr作为合金元素加入，可降低钢中碳的活度，改善钢的抗氧化作用，增加钢的强度，显著提高钢的淬透性。Cr与C有较强的亲和力，当含Cr达到1.10％～1.45％时，Cr元素最突出的优点是能够提高钢中碳扩散的激活能，减少钢的脱碳倾向和晶粒粗化倾向。因此，本发明中的Cr含量选择范围为1.10～1.45％。
]S:冷镦用齿轮钢对钢材的切削性能要求较低。因此，本发明S含量的选择范围为S≤0.020％。
P:磷在冷镦齿轮用钢中属于有害元素，增加了钢的冷脆性，降低钢材的塑性，使冷镦性能变坏。因此，本发明P含量的选择范围为≤0.010％。
Al:铝在钢中用作炼钢脱氧元素与细化晶粒的元素。本发明的Al含量选择范围为0.015～0.055％。
Nb:铌在钢中的作用为细化钢材的奥氏体晶粒，但是铌属于贵金属元素，因此本发明的Nb含量选择范围为0.015～0.050％。
N:作为固钛元素与细化奥氏体晶粒的元素加入钢中，在炼钢前期加入氮，促使大部分残余Ti元素与N元素相结合，形成非金属夹杂物氮化钛会上浮至钢渣中被去除。炼钢中后期加入的氮元素先后会与铝元素以及铌元素结合，形成可细化奥氏体晶粒的质点AlN与NbN。因此，钢中的N含量选择范围为N:0.011～0.027％,并且需要满足(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14。
Ti:属于本发明钢种的有害元素，降低钢中有害元素Ti含量有利于提升冷镦齿轮的疲劳寿命。因此，本发明Ti含量的选择范围为Ti≤0.005％。
本申请的另一目的是提供上述免退火冷镦齿轮用钢的制造方法，包括
步骤一、钢水冶炼：涉及初炼、精炼和真空脱漆，初炼过程进行脱磷和脱Ti；
步骤二、连铸：过程采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌工艺，浇铸出厚度300-390mm的正方形铸坯；
步骤三、连铸坯加热之前表面先涂上涂层防止表面氧化,然后采用高炉煤气加热，采用较低的加热温度对连铸坯进行加热，加热温度为1050-1100℃；加热后的钢材经粗轧、中轧、精轧轧制，粗轧温度区间为1010-1060℃，中轧温度区间为990-1040℃，精轧温度区间为960-1010℃；粗轧过程压缩比≥4.2，中轧过程压缩比≥2.3，精轧过程压缩比≥2.1，钢材精轧结束出减定径机的温度控制在930℃-980℃，钢材出减定径机后使用水箱穿水冷却至810-830℃以降低脱碳层，穿水结束后钢材仍处于奥氏体状态，未发生相变；
步骤四、穿水后的钢材使用全密封的缓冷罩缓冷，钢材缓冷过程需密排以保证钢材缓冷过程温降≤9℃/min，钢材缓冷至500℃以下后出保温罩空冷。
作为本申请的实施方式之一，步骤一、初炼过程中向钢水加石灰脱磷，同时钢水底部吹氮促进钢水与石灰充分反应，将钢中的磷含量降低至≤0.010％，脱磷的同时让钢中的大部分残余Ti元素与N元素相结合，形成的非金属夹杂物氮化钛上浮至钢渣中。
作为本申请的实施方式之一，步骤一、精炼过程加入铝块沉淀脱氧，钢包采用多气孔底部弥散吹氩，精炼后期在钢水中加入锰铁、铬铁、铌铁合金，调整钢液的化学成分。
作为本申请的实施方式之一，步骤一、经过精炼调整成分的钢液在60-100Pa的较低真空度下保持15分钟以上，真空脱气后的钢液采用底吹氮的方式，依据钢液的铝、铌、钛含量调整钢液的氮含量，使钢液的氮含量满足关系式(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，式中元素符号代表它们在钢水中的质量百分含量。
作为本申请的实施方式之一，步骤四，采用两支钢材的间距≤3厘米的密排方式缓冷。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明针对免退火冷镦齿轮用钢，成分上采用低碳、低硅、低磷设计，转炉过程采用底吹氮的方式去除钢中的钛元素，并且在钢中添加适量的铝、铌以及氮元素，它们的含量关系满足(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，以保证钢材高温奥氏体晶粒细小均匀。
因钢中的Nb元素与Al元素均会与N元素结合形成NbN质点与AlN质点，这两种质点均可以有效的钉扎晶界，细化钢材的奥氏体晶粒度。但钢中的Ti元素与N元素的结合力远超Al元素与N元素的结合力，本发明钢中一部分N元素不可避免的会与钢中的Ti元素相结合有棱有角的非金属夹杂物TiN，这种非金属夹杂物无法细化钢材的奥氏体晶粒度。为确保钢中有足够的NbN与AlN质点细化晶粒度，钢中必须添加足量的Nb元素与Al元素，因此(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14。若(Al/27+Nb/93-Ti/48)＜N/14，钢中没能形成足量的NbN与AlN质点细化晶粒，钢材高温(950℃保温4小时)奥氏体晶粒度达不到6.0级。
通过限定钢中Al、Nb、N、Ti的含量，并且本发明钢中这四种元素的含量满足关系式(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，最终本发明钢材高温(950℃保温4小时)奥氏体晶粒度达≥6.0级，从而保证钢材在高温渗碳过程中晶粒被大量的NbN与AlN质点牢牢的钉扎，晶粒不再长大，高温渗碳结束后钢材的晶粒细小均匀。
(2)在制造方法上，采用转炉初炼、精炼炉精炼、真空炉脱气，真空脱气后的钢液依据钢水的铌、铝、氮、钛含量，采用底吹氮的方式调整钢液的氮含量，以保证(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14。连铸过程采用结晶器电磁搅拌工艺与末端电磁搅拌工艺，浇铸出厚度300-390mm的正方形铸坯，采用大型连铸方坯作为初轧坯，轧钢过程控制轧制压缩比，使热轧材拥有均匀致密的低倍组织；连铸坯加热之前表面先涂上一层防氧化涂层,采用低温加热轧制与轧后穿水的方式，降低钢材表面的脱碳层深度；轧后穿水的钢材采用全密封保温罩缓冷的方式降低钢材温降速度，以确保钢材拥有较低的硬度与较高的铁素体含量。
(3)按照本发明方法生产的热轧钢材，产品具备优异的低倍组织，钢材的中心疏松≤1.0级，一般疏松≤1.0级；中心偏析≤0.5级；钢材高温奥氏体晶粒细小，950℃保温4小时后奥氏体晶粒度≥6.0级；钢材表面的脱碳层深度浅，脱碳层深度≤0.15mm；钢材的硬度较低，其硬度≤150HBW，并且组织为均匀分布的铁素体与珠光体，其中铁素体占比≥75％。可用于免退火冷镦制造齿轮。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1与实施例2：
两实施例所涉及的免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法：转炉初炼→精炼炉精炼→RH炉真空脱气→连铸方坯(320mm*320mm)浇铸→加热炉加热→粗轧→中轧→精轧→入保温罩缓冷→空冷。分别制造两个批次直径φ34mm、φ31mm的免退火冷镦齿轮用钢。
上述实施例1的加热炉加热、粗轧、中轧、精轧、热轧材缓冷的具体工艺为：连铸坯加热之前表面先涂上一层防氧化涂层,然后采用高炉煤气加热，加热温度为1089℃；粗轧过程压缩比为4.7，中轧过程压缩比为2.6，精轧过程压缩比为2.3，钢材出减定径机的温度控制为945℃，钢材出减定径机后使用水箱穿水至819℃，穿水后的钢材使用全密封的缓冷罩缓冷，每支钢材的间距均≤2.5厘米，钢材缓冷过程温降速度为7℃/min，钢材缓冷至479℃后出保温罩空冷。
上述实施例2的加热炉加热、粗轧、中轧、精轧、热轧材缓冷的具体工艺为：连铸坯加热之前表面先涂上一层防氧化涂层,然后采用高炉煤气加热，加热温度为1082℃；粗轧过程压缩比为4.5，中轧过程压缩比为2.8，精轧过程压缩比为2.7，钢材出减定径机的温度控制为939℃，钢材出减定径机后使用水箱穿水至815℃，穿水后的钢材使用全密封的缓冷罩缓冷，每支钢材的间距均≤3厘米，钢材缓冷过程温降速度为8℃/min，钢材缓冷至493℃后出保温罩空冷。
实施例1和2制得的热轧圆钢化学成分见表1与表2。
表1(wt％)
Figure BDA0003632965520000051
Figure BDA0003632965520000061
表2
(Al/27+Nb/93-Ti/48) N/14
实施例1 0.00108 0.00098
实施例2 0.00121 0.00109
实施例1和2制得的热轧圆钢低倍组织评级见表3。
表3
钢材直径 一般疏松 中心疏松 中心偏析
实施例1 φ34mm 0.5级 0.5级 0级
实施例2 φ31mm 0.5级 0.5级 0级
实施例1和2制得的热轧圆钢表面脱碳层深度与高温奥氏体晶粒(钢材加热至950℃保温4小时后水淬)等级见表4。
表4
钢材直径 圆钢表面脱碳层深度 高温奥氏体晶粒度
实施例1 φ34mm 0.12mm 7.5级
实施例2 φ31mm 0.10mm 8.0级
实施例1和2制得的热轧圆钢硬度与显微组织含量见表5。
表5
钢材直径 布氏硬度 组织含量
实施例1 φ34mm 143HBW 铁素体85％+珠光体15％
实施例2 φ31mm 145HBW 铁素体80％+珠光体20％
本发明成分上采用低碳、低硅、低磷设计，转炉过程采用底吹氮的方式去除钢中的钛元素，并且在钢中添加适量的铝、铌以及氮元素，它们的含量关系满足(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，以保证钢材经高温加热后仍然具有细小的奥氏体晶粒(7级以上)；连铸过程浇铸出大型连铸方坯，轧钢过程控制轧制压缩比，使热轧材拥有均匀致密的低倍组织；连铸坯加热之前表面先涂上一层防氧化涂层,采用低温加热轧制与轧后穿水的方式，降低钢材表面的脱碳层深度；轧后穿水的钢材采用全密封保温罩缓冷的方式降低钢材温降速度，以确保钢材拥有较低的硬度与较高的铁素体含量。通过合理的炼钢与轧钢工艺制造了一种免退火冷镦齿轮用钢，填补了国内的空白。
结合两个实施例的检测性能，一般冷镦钢材要求退火后钢材的硬度≤150HBW，退火后的钢材经表面车皮或扒皮后脱碳层较浅。本发明通过控制钢材轧后冷却过程降低了钢材的硬度，达到了与钢材退火同样的目的，同时避免了钢材退火后表面脱碳层的加深，钢材不再需要表面车皮或扒皮处理。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种免退火冷镦齿轮用钢，其特征在于：钢材的表面脱碳层深度≤0.15mm；硬度≤150HBW，组织为均匀分布的铁素体与珠光体，其中铁素体占比≥75％，钢材奥氏体晶粒度≥6.0级。
2.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：所述奥氏体晶粒度是指钢材在950℃保温4小时情况下的组织晶粒度。
3.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：所述钢材的中心疏松≤1.0级，一般疏松≤1.0级，中心偏析≤0.5级。
4.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：所述钢材的化学成分按重量百分比为C:0.17～0.25％，Si:≤0.07％，Mn:0.55～0.95％，Cr:1.10～1.45％，S:≤0.020％,P:≤0.010％,Al:0.015～0.055％，Nb:0.015～0.050％，Ti≤0.005％，N:0.011～0.027％,(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.一种制造权利要求1所述钢的方法，其特征在于：包括
步骤一、钢水冶炼：涉及初炼、精炼和真空脱漆，初炼过程进行脱磷和脱Ti；
步骤二、连铸：过程采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌工艺，浇铸出厚度300-390mm的正方形铸坯；
步骤三、连铸坯加热之前表面先涂上涂层防止表面氧化,然后采用高炉煤气加热，采用较低的加热温度对连铸坯进行加热，加热温度为1050-1100℃；加热后的钢材经粗轧、中轧、精轧轧制，粗轧温度区间为1010-1060℃，中轧温度区间为990-1040℃，精轧温度区间为960-1010℃；粗轧过程压缩比≥4.2，中轧过程压缩比≥2.3，精轧过程压缩比≥2.1，钢材精轧结束出减定径机的温度控制在930℃-980℃，钢材出减定径机后使用水箱穿水冷却至810-830℃以降低脱碳层，穿水结束后钢材仍处于奥氏体状态，未发生相变；
步骤四、穿水后的钢材使用全密封的缓冷罩缓冷，钢材缓冷过程需密排以保证钢材缓冷过程温降≤9℃/min，钢材缓冷至500℃以下后出保温罩空冷。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一、初炼过程中向钢水加石灰脱磷，同时钢水底部吹氮促进钢水与石灰充分反应，将钢中的磷含量降低至≤0.010％，脱磷的同时让钢中的大部分残余Ti元素与N元素相结合，形成的非金属夹杂物氮化钛上浮至钢渣中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一、精炼过程加入铝块沉淀脱氧，钢包采用多气孔底部弥散吹氩，精炼后期在钢水中加入锰铁、铬铁、铌铁合金，调整钢液的化学成分。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一、经过精炼调整成分的钢液在60-100Pa的较低真空度下保持15分钟以上，真空脱气后的钢液采用底吹氮的方式，依据钢液的铝、铌、钛含量调整钢液的氮含量，使钢液的氮含量满足关系式(Al/27+Nb/93-Ti/48)≥N/14，式中元素符号代表它们在钢水中的质量百分含量。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤四，采用两支钢材的间距≤3厘米的密排方式缓冷。
CN202210495539.3A 2022-05-08 2022-05-08 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法 Active CN114990430B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210495539.3A CN114990430B (zh) 2022-05-08 2022-05-08 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210495539.3A CN114990430B (zh) 2022-05-08 2022-05-08 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114990430A true CN114990430A (zh) 2022-09-02
CN114990430B CN114990430B (zh) 2023-06-06

Family

ID=83025932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210495539.3A Active CN114990430B (zh) 2022-05-08 2022-05-08 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114990430B (zh)

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000239742A (ja) * 1999-02-23 2000-09-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 熱間鍛造後焼ならしの省略可能な浸炭鋼の製造方法
JP2003231917A (ja) * 2002-02-07 2003-08-19 Aichi Steel Works Ltd 冷鍛用肌焼鋼の製造方法及びその方法により製造された冷鍛用肌焼鋼
JP2004183064A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Nippon Steel Corp 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材およびその製造方法
CN1858284A (zh) * 2005-05-01 2006-11-08 马鞍山钢铁股份有限公司 超细晶非调钢盘条及其生产方法
JP2010007143A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Kobe Steel Ltd 疲労限度比と被削性に優れた機械構造用鋼
CN102899470A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 南京钢铁股份有限公司 一种中碳冷镦钢线材表层脱碳的控制方法
CN103194580A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 武汉钢铁(集团)公司 低带状组织齿轮钢的轧制方法
CN103882304A (zh) * 2014-03-12 2014-06-25 张家港联峰钢铁研究所有限公司 一种超低硬度免退火冷镦钢生产方法
CN104759469A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 邢台钢铁有限责任公司 免退火中碳冷镦钢热轧线材的生产方法
CN106216391A (zh) * 2016-08-09 2016-12-14 湖北新冶钢有限公司 一种降低42CrMo硬度的轧制生产方法
CN108906884A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 大冶特殊钢股份有限公司 一种高性能20CrMnTi齿轮钢的低温轧制生产方法
CN109097704A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 邯郸钢铁集团有限责任公司 一种生产免退火含钒耐热钢热轧盘条的方法
CN109321712A (zh) * 2018-11-08 2019-02-12 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢
CN109402517A (zh) * 2018-12-28 2019-03-01 首钢集团有限公司 一种免退火冷锻齿轮钢及其制备方法
CN110004376A (zh) * 2019-04-16 2019-07-12 江阴兴澄合金材料有限公司 一种免退火拉拔的中碳CrMo钢盘条的制造方法
CN110373607A (zh) * 2019-07-25 2019-10-25 广东韶钢松山股份有限公司 一种高温渗碳钢、高温渗碳钢构件以及其制备方法
WO2021114536A1 (zh) * 2019-12-09 2021-06-17 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种滚珠丝杠轴承用钢及其制造方法
CN112981239A (zh) * 2021-01-29 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种调质低碳合金钢及其制造方法
CN112981233A (zh) * 2021-01-21 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法
CN112981236A (zh) * 2021-01-27 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种等速万向节内滚道用钢及其生产方法
CN113025917A (zh) * 2021-02-03 2021-06-25 江阴兴澄合金材料有限公司 一种具有低强度高塑性免退火冷镦钢用盘条及其制造方法
CN113025867A (zh) * 2021-02-07 2021-06-25 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种高纯净度齿轮用钢20CrMnAl的制造方法
CN113265584A (zh) * 2021-05-13 2021-08-17 大冶特殊钢有限公司 中碳含硼钢及在线正火处理的控轧控冷方法

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000239742A (ja) * 1999-02-23 2000-09-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 熱間鍛造後焼ならしの省略可能な浸炭鋼の製造方法
JP2003231917A (ja) * 2002-02-07 2003-08-19 Aichi Steel Works Ltd 冷鍛用肌焼鋼の製造方法及びその方法により製造された冷鍛用肌焼鋼
JP2004183064A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Nippon Steel Corp 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材およびその製造方法
CN1858284A (zh) * 2005-05-01 2006-11-08 马鞍山钢铁股份有限公司 超细晶非调钢盘条及其生产方法
JP2010007143A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Kobe Steel Ltd 疲労限度比と被削性に優れた機械構造用鋼
CN102899470A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 南京钢铁股份有限公司 一种中碳冷镦钢线材表层脱碳的控制方法
CN103194580A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 武汉钢铁(集团)公司 低带状组织齿轮钢的轧制方法
CN103882304A (zh) * 2014-03-12 2014-06-25 张家港联峰钢铁研究所有限公司 一种超低硬度免退火冷镦钢生产方法
CN104759469A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 邢台钢铁有限责任公司 免退火中碳冷镦钢热轧线材的生产方法
CN106216391A (zh) * 2016-08-09 2016-12-14 湖北新冶钢有限公司 一种降低42CrMo硬度的轧制生产方法
CN108906884A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 大冶特殊钢股份有限公司 一种高性能20CrMnTi齿轮钢的低温轧制生产方法
CN109097704A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 邯郸钢铁集团有限责任公司 一种生产免退火含钒耐热钢热轧盘条的方法
CN109321712A (zh) * 2018-11-08 2019-02-12 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢
CN109402517A (zh) * 2018-12-28 2019-03-01 首钢集团有限公司 一种免退火冷锻齿轮钢及其制备方法
CN110004376A (zh) * 2019-04-16 2019-07-12 江阴兴澄合金材料有限公司 一种免退火拉拔的中碳CrMo钢盘条的制造方法
CN110373607A (zh) * 2019-07-25 2019-10-25 广东韶钢松山股份有限公司 一种高温渗碳钢、高温渗碳钢构件以及其制备方法
WO2021114536A1 (zh) * 2019-12-09 2021-06-17 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种滚珠丝杠轴承用钢及其制造方法
CN112981233A (zh) * 2021-01-21 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法
CN112981236A (zh) * 2021-01-27 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种等速万向节内滚道用钢及其生产方法
CN112981239A (zh) * 2021-01-29 2021-06-18 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种调质低碳合金钢及其制造方法
CN113025917A (zh) * 2021-02-03 2021-06-25 江阴兴澄合金材料有限公司 一种具有低强度高塑性免退火冷镦钢用盘条及其制造方法
CN113025867A (zh) * 2021-02-07 2021-06-25 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种高纯净度齿轮用钢20CrMnAl的制造方法
CN113265584A (zh) * 2021-05-13 2021-08-17 大冶特殊钢有限公司 中碳含硼钢及在线正火处理的控轧控冷方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114990430B (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109252097B (zh) 一种高强度胀断连杆的非调质钢及其连铸生产工艺
CN100485075C (zh) 一种高碳高钒高速钢复合轧辊及其热处理方法
CN107779577B (zh) 一种加工性能优异的园艺工具用钢及其生产方法
CN104775065A (zh) 一种高强韧耐磨球铁摇臂及其制备方法
CN109763078B (zh) 一种耐热合金渗碳钢及其制备方法
CN112981239A (zh) 一种调质低碳合金钢及其制造方法
WO2022228216A1 (zh) 一种高温渗碳齿轴用钢及其制造方法
CN112359279A (zh) 一种轴用合金结构钢盘条及其制备方法
CN112430771B (zh) 一种精密冲压高速切割链锯片用冷轧钢板及其制造方法
CN111850393A (zh) 一种贝氏体模具钢及其制备方法
CN113564470B (zh) 1700MPa耐热农机用钢及其制造方法
CN114990430B (zh) 一种免退火冷镦齿轮用钢及其制造方法
CN115725894B (zh) 一种具有优良冲击性能的高温渗碳NiMo系齿轮钢及其制造方法
CN104313452A (zh) 一种含碳化物奥贝耐磨球铁及其制备方法
CN114457284B (zh) 一种高硅含钒、钛不锈钢材料及其制备方法
CN114959462B (zh) 一种新能源汽车电机轴用钢及其制造方法
CN115537649B (zh) 一种高温渗碳轴齿用钢及其制造方法
CN114807745B (zh) 一种汽车活塞销用钢及其制造方法
CN116043106B (zh) 一种高纯净度高韧性长服役周期冷作模具钢及其制备方法
CN114892071B (zh) 一种新能源车用高温渗碳齿轮钢及制造方法
CN115537678B (zh) 一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法
CN113549841B (zh) 1200MPa免热处理低成本屈氏体工具钢及生产方法
CN115896631B (zh) 一种轧球用圆钢及轧球制备方法
CN111074160B (zh) 一种高红硬模具钢及其制备方法
CN117004884A (zh) 一种免渗碳齿轮用钢及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant