一種高溫滲碳鋼及熔煉方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種滲碳鋼，尤其涉及一種細化晶粒熱處理質量好的高溫滲碳鋼及熔 煉方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著汽車輕量化及環保和節省燃油等汽車工業發展的需求，提高齒輪的 設計應力即要求鋼高強度化已經作為國內化汽車齒輪鋼發展的主要方向。
[0003] 齒輪鋼是汽車材料中用量較大，要求較高的關鍵材料之一，不僅影響車輛壽命，能 耗等技術經濟指標，而且對于滿足安全、環保及舒適要求也至關重要。從80年代開始，我國 有計劃地引進工業發達國家的各類先進車型。同時，我國各大汽車生產長同國外著名汽車 大公司進行合作，引進國外先進汽車生產技術，其中包括汽車齒輪的生產技術。對于大功率 變速箱齒輪，要求能承受大的應力，因而確保齒輪在大應力下疲勞壽命就成為最關鍵的問 題。主要考慮如下三種疲勞強度：彎曲疲勞強度、沖擊疲勞強度和耐蝕疲勞強度。為提高三 種疲勞強度則必須考慮化學成分的控制，特別是合金元素的控制、純凈度、晶粒度、組織特 性、淬透性和力學性能。
[0004] 鋼的滲碳速度取決于滲碳溫度和碳勢，滲碳層深度是溫度和時間的函數，溫度對 滲入元素的擴散影響最大，大致成指數關系.試驗證明，1050°c高溫滲碳比在930°C常規 滲碳工藝時間縮短50%以上，可顯著降低熱處理工藝成本和能源消耗。所以，高溫快速滲碳 是當前滲碳技術發展的主流。但是熱處理的工件長期保持高溫會導致鋼晶粒的過分長大和 材料的變形，致使材料性能惡化和工件尺寸超標。
[0005] 中國專利公開號CN101306435A，公開日2008年11月19日，名稱為一種齒輪鋼 的生產方法，該申請案公開了鋼的組分(質量百分比）為：碳0. 1-0. 35%、硅0. 15-0. 45%、錳 0· 6-1. 5%、磷彡 0· 03%、硫彡 0· 045%、鉻 0· 8-1. 5%、鈦 0· 03-0. 12%、鋁 0· 01-0. 1%、鎳 0-0· 3%、 鉬0-0. 2%、銅0-0. 2%、氮0. 004-0. 015,鐵余量，該方法的工藝流程包括，轉爐初煉，鋼包精 煉爐精煉或者真空脫氣爐精煉，連鑄，連軋。其不足之處在于，熱處理的工件長期保持高溫 會導致鋼晶粒的過分長大和材料的變形，致使材料性能惡化和工件尺寸超標。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于為了解決現有熱處理的齒輪鋼長期保持高溫會導致鋼晶粒的 過分長大和材料的變形，致使材料性能惡化和工件尺寸超標的缺陷而提供一種細化晶粒熱 處理質量好的高溫滲碳鋼。
[0007] 本發明另一個目的是為了提供該高溫滲碳鋼熔煉方法。
[0008] 為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案： 一種高溫滲碳鋼，化學成分質量百分比如下：〇. 19-0. 25%C、0. 17-0. 27%Si、 0· 4-1%Μη、0· 65-1. 25%Cr、0. 03-0. 25%Ti、0. 01-0. 21%Α1、0· 085-0. 23%Nb、0. 15-0. 35%Ni、 0. 1-0. 35%Mo,余量為Fe及不可避免雜質。在本技術方案中，本發明加入Nb改善了鋼材的 淬透性和強度，其原因是由于Nb加入后細化了原始奧氏體的晶粒尺寸，提高了鋼材的綜合 力學性能，Nb在鋼水中的收得率將近100%，合金化準確，反應在性能數據上分散度小；另 外，Nb的碳氮化物在軋鋼時可以釘扎晶界，阻止晶粒長大，而固溶Nb在晶界富集濃度高達 1%以上(原子比)，晶內較低，所以它具有雙重強烈拖拽晶界移動的能力，將Nb的含量控制 在0.085-0. 23%是為了使其在熱變形中以析出物形態及固溶態存在的比例（2 :3)達到最 佳，同時可以節約成本。
[0009] 晶粒度細小均勻的奧氏體晶粒對穩定齒輪鋼的末端淬透性，減少齒輪熱處理后的 變形，提高脆斷抗力和裂紋傳播抗力具有重要意義，添加 Al細化晶粒，可以Al與Nb同時對 鋼材的奧氏體晶粒進行細化，從而達到最優效果，故Al含量為0. 01-0. 21%。
[0010] 作為優選，化學成分質量百分比如下：〇. 21-0. 23%C、0. 2-0. 27%Si、 0· 568-0.97%Μη、0·88-1.14%Cr、0.047-0.16%Ti、0.02-0.171%Α1、0·1-0. 2%Nb、 0. 154-0. 175%Ni、0. 18-0. 25%Mo,余量為 Fe 及不可避免雜質。
[0011] -種高溫滲碳鋼的熔煉方法，所述熔煉方法為在保護氣氛下，將原材料及Nb、Ni、 Ti、Al原料在陶瓷坩堝中熔化鍛造，用石英棒攪拌，冷卻時先水冷至100-150°C，然后空冷 至室溫，然后鍛成高溫滲碳鋼粗成品。
[0012] 作為優選，起鍛溫度為1050-1150°C，終鍛溫度885-920°C。
[0013] 作為優選，將高溫滲碳鋼粗成品在液氮中浸漬3-5小時，然后將高溫滲碳鋼粗成 品升溫至室溫，在1050°C下保溫2-4小時，迅速降溫至870°C保溫45-50min后油淬，再于 200°C回火2小時，冷卻至室溫，得到高溫滲碳鋼。
[0014] 作為優選，保護氣氛為氮氣或氬氣氛圍。
[0015] 本發明的有益效果是： 1) 本發明Ni、Mo的加入改善材料的熱處理性能，保證了材料的各項力學性能，同時增 加了材料的淬透性能，滿足大模數齒輪的性能要求； 2) 本發明Nb、Al的加入細化了原始奧氏體的晶粒尺寸，在增加鋼的淬透性、提高剛才 綜合力學性能的同時，改善了鋼的韌性； 3) 本發明Nb、Ni、Ti、Al的加入，細化了晶粒，穩定了鋼的淬透性范圍，改變了一貫從煉 鋼角度即改善鋼的純凈度來增加性能穩定的觀念，在增加鋼的淬透性、提高剛才綜合力學 性能的同時，改善了鋼的韌性，降低了產品硬度的波動范圍，最終使得齒輪鋼熱處理后變形 量較小，配對率提高，同時本發明合理的配料結構，降低了原材物料的成本，增加了鋼材的 效益。
【具體實施方式】
[0016] 以下通過具體實施例對本發明作進一步的解釋： 本發明的熔煉方法為在保護氣氛下，將原材料及Nb、Ni、Ti、Al原料在陶瓷坩堝中熔 化鍛造，用石英棒攪拌，冷卻時先水冷至100-150°C，然后空冷至室溫，然后鍛成高溫滲碳鋼 粗成品，起鍛溫度為1050_1150°C，終鍛溫度885-920°C。將高溫滲碳鋼粗成品在液氮中浸 漬3-5小時，然后將高溫滲碳鋼粗成品升溫至室溫，在1050°C下保溫2-4小時，迅速降溫至 870°C保溫45-50min后油淬，再于200°C回火2小時，冷卻至室溫，得到高溫滲碳鋼。保護氣 氛為氮氣或氬氣氛圍。
[0017] 本發明實施例1-3采用20CrMnTi作為原材料，實施例4-6采用20CrMo作為原材 料。
[0018] 對比例1-6制備方法與實施例1-6相同，唯一不同是配方不同。
[0019] 實施例1-6與對比例1-6的配方見表1。
[0020] 表 1
用比較法測定晶粒度，用YB27-77中第一標準級別圖評定其晶粒級別，測量其硬度(按 GB/T 5216-2004)，結果見表 2。
[0021] 表 2
從表2中可以看出，實施例1-6的制備的鋼材的晶粒度等級明顯優于對比例1-6的制 備的鋼材的晶粒度，Nb、Ni、Ti、Al的加入，細化了晶粒，穩定了鋼的淬透性范圍，改變了一貫 從煉鋼角度即改善鋼的純凈度來增加性能穩定的觀念，在增加鋼的淬透性、提高剛才綜合 力學性能的同時，改善了鋼的韌性，降低了產品硬度的波動范圍，最終使得齒輪鋼熱處理后 變形量較小，配對率提高，同時本發明合理的配料結構，降低了原材物料的成本，增加了鋼 材的效益。
【主權項】
1. 一種高溫滲碳鋼，其特征在于，化學成分質量百分比如下：〇. 19-0. 25%C、 0? 17-0. 27%Si、0. 4-l%Mn、0. 65-1. 25%Cr、0. 03-0. 25%Ti、0. 01-0. 21%A1、0. 085-0. 23%Nb、 0. 15-0. 35%Ni、0. 1-0. 35%Mo,余量為Fe及不可避免雜質。2. 根據權利要求1所述的一種高溫滲碳鋼，其特征在于，化學成分質量百分比 如下：0?21-0.23%C、0. 2-0. 27%Si、0. 568-0. 97%Mn、0. 88-1. 14%Cr、0. 047-0. 16%Ti、 0? 02-0. 171%A1、0. 1-0. 2%Nb、0. 154-0. 175%Ni、0. 18-0. 25%Mo,余量為Fe及不可避免雜質。3. -種如權利要求1所述的高溫滲碳鋼的熔煉方法，其特征在于，所述熔煉方法為在 保護氣氛下，將原材料及他、附、1131原料在陶瓷坩堝中熔化鍛造，用石英棒攪拌，冷卻時 先水冷至100-150°C，然后空冷至室溫，然后鍛成高溫滲碳鋼粗成品。4. 根據權利要求3所述的一種高溫滲碳鋼的熔煉方法，其特征在于，起鍛溫度為 1050-1150 °C，終鍛溫度 885-920 °C。5. 根據權利要求3所述的一種高溫滲碳鋼的熔煉方法，其特征在于，將高溫滲碳鋼粗 成品在液氮中浸漬3-5小時，然后將高溫滲碳鋼粗成品升溫至室溫，在1050°C下保溫2-4小 時，迅速降溫至870°C保溫45-50min后油淬，再于200°C回火2小時，冷卻至室溫，得到高溫 滲碳鋼。6. 根據權利要求3或4或5所述的一種高溫滲碳鋼的熔煉方法，其特征在于，保護氣氛 為氮氣或氬氣氛圍。
【專利摘要】本發明涉及一種高溫滲碳鋼，化學成分質量百分比如下：0.19-0.25%C、0.17-0.27%Si、0.4-1%Mn、0.65-1.25%Cr、0.03-0.25%Ti、0.01-0.21%Al、0.085-0.23%Nb、0.15-0.35%Ni、0.1-0.35%Mo，余量為Fe及不可避免雜質，在保護氣氛下，將原材料及Nb、Ni、Ti、Al原料在陶瓷坩堝中熔化鍛造，用石英棒攪拌，冷卻時先水冷至100-150℃，然后空冷至室溫，然后鍛成高溫滲碳鋼粗成品。本發明細化了原始奧氏體的晶粒尺寸，在增加鋼的淬透性、提高剛才綜合力學性能的同時，改善了鋼的韌性。
【IPC分類】C22C38/28, C21D8/00
【公開號】CN104928588
【申請號】CN201510244754
【發明人】許嵐, 計亞平, 何力沙, 郭昭橋, 馮澤舟, 于浩, 李朋歡
【申請人】機械科學研究院浙江分院有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月14日