CN115181905B

CN115181905B - 一种齿轮用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN115181905B
Application number: CN202210723373.6A
Authority: CN
Inventors: 李蓓; 白凤霞; 刘阳春; 张世龙; 徐彬; 高建锋; 张衍; 马明玉; 冯军; 武巧玲; 郭子峰; 牛涛
Original assignee: Qian'an Iron And Steel Co Of Shougang Corp; Shougang Group Co Ltd; Beijing Shougang Co Ltd
Current assignee: Qian'an Iron And Steel Co Of Shougang Corp; Shougang Group Co Ltd; Beijing Shougang Co Ltd
Priority date: 2022-06-23
Filing date: 2022-06-23
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2042-06-23
Also published as: CN115181905A

Abstract

本发明特别涉及一种齿轮用钢及其生产方法，属于钢材制备技术领域，钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.10％～0.30％、Si：≤0.25％、Mn：0.2％～0.8％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：0.2％～0.7％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；通过在钢中添加10～50ppm的B，在奥氏体转化过程中，B吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，增加奥氏体稳定性，从而提高了淬透性，解决了现有技术的钢种难以完全满足用户的使用需求的问题。

Description

一种齿轮用钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种齿轮用钢及其生产方法。

背景技术

齿轮钢一般有20#钢、35#钢、45#钢等中低碳钢以及中低碳合金钢如20Cr、20CrMnTi、40Cr、42CrMo、35CrMo等。这类钢材通常按照工艺要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度、和韧性的匹配性，以适应不同的使用用途。

随着用户使用需求的升级，按照既有成分生产的钢种不能完全满足用户的使用需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种齿轮用钢及其生产方法，以解决现有技术的钢种难以完全满足用户的使用需求的问题。

本发明实施例提供了一种齿轮用钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.10％～0.30％、Si：≤0.25％、Mn：0.2％～0.8％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：0.2％～0.7％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。

可选的，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.15％～0.25％、Si：≤0.20％、Mn：0.4％～0.6％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：0.3％～0.5％、B：0.002％～0.004％，其余为Fe和不可避免杂质。

可选的，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.22％，Si：0.18％，Mn：0.55％，P：0.0094％，S：0.0042％，Cr：0.35％，B：0.0024％,其余是Fe及不可避免杂质。

可选的，所述钢的金相组织包括铁素体和珠光体。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的齿轮用钢的制备方法，所述方法包括：

将铁水进行预处理，后进行冶炼，得到钢水；

将所述钢水进行连铸，得到板坯；

将所述板坯进行加热，得到加热板；

将所述加热板进行轧制，得到热轧板；

将所述热轧板进行冷却，后进行卷取，得到齿轮用钢。

可选的，所述加热的在炉时间≥180min，所述加热板的温度为1200℃～1280℃。

可选的，所述轧制包括粗轧和精轧。

可选的，所述精轧的终轧温度为830℃～900℃。

可选的，所述冷却采用前段层流冷却模式冷却。

可选的，所述卷取的温度为600℃～700℃。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的齿轮用钢，通过在钢中添加10～50ppm的B，在奥氏体转化过程中，B吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，增加奥氏体稳定性，从而提高了淬透性，解决了现有技术的钢的性能难以完全满足用户的使用需求的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的方法的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种齿轮用钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.10％～0.30％、Si：≤0.25％、Mn：0.2％～0.8％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：0.2％～0.7％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。

碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别、硬度以及耐磨性能，是影响碳当量很重要的指标，控制C的质量分数为0.10％～0.30％的原因是通过合适碳含量保证材料淬透性，保证材料耐磨性能；

硅的作用是常用脱氧剂同时提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合力学性能，特别是弹性极限有利。

锰能推迟珠光体转变，提高钢的淬透性，使钢的组织亚结构细化，控制Mn的质量分数为0.20-0.80％，保证钢具有良好的淬透性以保证材料硬度，提高材料耐磨性能。

铬能提高金属抗氧化和高温抗氧化、抗硫化性能，提高钢的淬透性；控制Cr的质量分数为0.20-0.70％的原因是降低钢的临界冷却速度，提高淬透性，细化组织和碳化物，提高钢的强度和耐磨性；

磷一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，用来提高钢的强度，降低钢的韧性，但过高含量的P对焊接性能不利，是有害元素，故应尽量减少磷含量，控制P的质量分数为P≤0.030％。

硫含量和硫化物的形态是影响成形性的主要因素，硫化物的数量越多，尺寸越大，对疲劳性能越不利，控制S的质量分数为S≤0.030％。

硼在奥氏体转化过程中，吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，增加奥氏体稳定性，从而提高了淬透性，控制B的质量分数为0.001％～0.005％的原因是B含量在该范围对淬透性具有较好的提升作用，若B含量较高则容易在晶界形成B相沉淀，当出现明显的“B相”析出对淬透性具有不良影响，并且大量的“B相”析出会使钢变脆，给力学性能带来不利的影响。

在一些实施例中，钢的金相组织包括铁素体和珠光体。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种如上所述的齿轮用钢的制备方法，所述方法包括：

S1.将铁水进行预处理，后进行冶炼，得到钢水；

S2.将所述钢水进行连铸，得到板坯；

S3.将所述板坯进行加热，得到加热板；

在一些实施例中，加热的在炉时间≥180min，所述加热板的温度为1200℃～1280℃。

控制加热的在炉时间≥180min的原因是使板坯充分奥氏体化，并进一步均匀板坯成分，该时间取值过小的不利影响是板坯均匀化程度不够，容易在后续轧制过程出现带状组织缺陷，保温时间过长则容易造成板坯表面氧化铁皮较多，奥氏体晶粒异常增大的问题。

控制加热板的温度为1200℃～1280℃的原因是高温均匀板坯成分以及为接下来的轧制过程做准备，保证板坯充分奥氏体化，该温度取值过大则板坯表面氧化铁皮较厚，对带钢表面除鳞不利，影响带钢成品表面质量，温度过低则板坯加热不充分，难以保证轧制进程动态再结晶过程。

S4.将所述加热板进行轧制，得到热轧板；

在一些实施例中，轧制包括粗轧和精轧；精轧的终轧温度为830℃～900℃。

控制终轧温度为830℃～900℃的原因是控制精轧过程在两相区轧制，为接下来层流冷却过程做组织准备。

S5.将所述热轧板进行冷却，后进行卷取，得到齿轮用钢。

在一些实施例中，冷却采用前段层流冷却模式冷却。

在一些实施例中，卷取的温度为600℃～700℃。

控制卷取的温度为600℃～700℃的原因是保证带钢成品硬度与力学性能范围，该温度取值过大的的不利影响是带钢力学性能存在超出力学性能下限要求的风险，过小的不利影响是带钢力学性能存在超出上限要求的风险。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的齿轮用钢及其生产方法进行详细说明。

实施例1

一种低碳含B齿轮用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C：0.22％，Si：0.18％，Mn：0.55％，P：0.0094％，S：0.0042％，Cr：0.35％，B：0.0024％，其余是Fe及不可避免杂质。

其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧。其中，热轧出炉温度控制为1250℃，在炉时间220分钟。精轧终止温度控制为880℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至680℃卷取成卷获得成品，生产出一种低碳含B齿轮用钢。

实施例2

一种低碳含B齿轮用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C：0.28％，Si：0.18％，Mn：0.70％，P：0.0094％，S：0.0042％，Cr：0.50％，B：0.0020％，其余是Fe及不可避免杂质。

实施例3

其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧。其中，热轧出炉温度控制为1240℃，在炉时间220分钟。精轧终止温度控制为860℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至630℃卷取成卷获得成品，生产出一种低碳含B齿轮用钢。

对比例1

一种齿轮用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C：0.20％，Si：0.20％，Mn：0.70％，P：0.0094％，S：0.0042％，Cr：0.85％，其余是Fe及不可避免杂质。

其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧。其中，热轧出炉温度控制为1250℃，在炉时间220分钟。精轧终止温度控制为860℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至680℃卷取成卷获得成品，生产出齿轮用钢。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例提供的方法通过对化学成分的控制及轧制参数的控制，使得成产出来的带钢微观金相组织为铁素体+珠光体组成，脱碳层厚度≤1.0％，所制成的钢板具有高强度且优异的使用性能；

(2)本发明实施例提供的钢通过在钢中添加10～50ppm的B，在奥氏体转化过程中，B吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，增加奥氏体稳定性，从而提高了淬透性，解决了现有技术的钢种难以完全满足用户的使用需求的问题；具有低成本和良好使用性等特点。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种齿轮用钢，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.15%~0.25%、Si：≤0.20%、Mn：0.4%~0.6%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr：0.3%~0.5%、B：0.002%~0.004%，其余为Fe和不可避免杂质，所述钢的金相组织为铁素体和珠光体，脱碳层厚度≤1.0%，所述齿轮用钢的制备方法包括：

将铁水进行预处理，后进行冶炼，得到钢水；

将所述钢水进行连铸，得到板坯；

将所述板坯进行加热，得到加热板；

将所述加热板进行轧制，得到热轧板；

将所述热轧板进行冷却，后进行卷取，得到齿轮用钢，所述轧制包括粗轧和精轧，所述加热的在炉时间≥180min，所述加热板的温度为1200℃~1280℃，所述精轧的终轧温度为830℃~900℃，所述冷却采用前段层流冷却模式冷却。

2.根据权利要求1所述的齿轮用钢，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.22%，Si：0.18%，Mn：0.55%，P：0.0094%，S：0.0042%，Cr：0.35%，B：0.0024%,其余是Fe及不可避免杂质。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的齿轮用钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将铁水进行预处理，后进行冶炼，得到钢水；

将所述钢水进行连铸，得到板坯；

将所述板坯进行加热，得到加热板；

将所述加热板进行轧制，得到热轧板；

将所述热轧板进行冷却，后进行卷取，得到齿轮用钢。

4.根据权利要求3所述的齿轮用钢的制备方法，其特征在于，所述卷取的温度为600℃~700℃。