一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其制造方法

專利名稱：一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其制造方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，屬于合金鋼類。涉及一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其 制造方法。
背景技術：
20CrNiMoH是常見的CiNiMo系齒輪鋼，各國均有類似牌號，例如SAE (SAE8620H)、 JIS(SNCM220H) ,DIN(2NiCrMo2)、BS(805M20)、NF(20NCD2)等。其 CrNiMo 合金含量低，強韌 性配合好，具有良好的淬透性，能很好地承受沖擊、彎曲疲勞應力，使用用途較為廣泛，除用 于汽車變速箱齒輪、后橋主動錐齒輪外，還廣泛應用于工程機械、精密機械的傳動齒輪與齒 輪軸。隨著齒輪加工工藝的進步，國內許多先進的齒輪生產企業已裝備了高速數控機 床，進行高速切削加工齒形。對齒輪材料的易切削加工性能提出了更高的要求。在保證鍛 造加工塑性變形性能良好的同時，還要兼顧切削加工性能。與用國內用量最大的20CrMnTiH低合金齒輪鋼品種相比，CiNiMo系齒輪鋼具有較 高的抗彎強度、疲勞強度、承載能力，但齒形加工過程中，切削性能明顯下降，增加了齒輪刀 具磨損。目前，國內尚未對CrMMo系齒輪鋼切削性能進行相關試驗研究。

發明內容
本發明主要針對CrNiMo系齒輪鋼切削性能差的問題，提供了一種CrNiMo系易切 削齒輪鋼及其制造方法。本發明的CrMMo系齒輪鋼具有良好淬透性、強韌性的同時，明顯 改善了切削性能，屬于合金結構鋼。本發明提供一種CrNiMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質量百分比為C 0. 17 0. 23，Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75,Mo 0. 15 0. 25, P ^ 0. 030, SO. 010 0. 040, A10. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；
余為!^e和微量雜質。進一步優選的，本發明鋼的化學成分(質量百分比)為C 0. 18 0. 23，Si 0. 17 0. 25，Mn 0. 70 0. 80，Cr 0. 40 0. 50，Ni 0. 40 0. 50，Mo 0. 18 0. 22，P 彡 0. 030，S 0. 020 0. 040，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0.6 ；余為！^和微量雜質。本發明還提供一種CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，包括初煉爐冶煉、爐外精 煉、鋼坯連鑄、軋制，其特征在于，所述CrNiMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質量百分比為C 0. 17 0. 23， Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75，Mo 0. 15 0. 25， P^O. 030, S 0. 010 0. 040，Al 0. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為 Fe 和微量雜質。 或鋼的化學成分按質量百分比為C 0. 18 0. 23，Si 0. 17 0. 25，Mn 0. 70 0. 80，Cr 0. 40 0. 50，Ni 0. 40 0. 50，Mo 0. 18 0. 22，P 彡 0. 030，S 0. 020 0. 030，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0.6 ；余為！^和微量雜質。在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15X10_6 ；鑄坯在加熱爐的加熱 溫度為1180 1260°C，加熱時間為1.5 處，開軋溫度1050 1180°C，終軋溫度850 1120°C，軋后緩冷；軋制規格Φ30 160mm的圓鋼。所述初煉爐為電爐或轉爐。上述的CrNiMo系易切削齒輪鋼的制備方法，優選的工藝條件如下1)入爐原料中鐵水的重量占原料總重量的30 80%，其余為廢鋼；2)初煉爐冶煉初煉爐熔清成分目標熔清碳0. 50 1. 1%，熔清磷< 0. 020%, 殘余元素含量符合標準要求；全熔分析溫度> 1540°C。3)初煉爐冶煉終點控制[C] = 0. 10 0. 15%,P^ 0. 012%，殘余元素含量符合 標準要求。4)初煉爐出鋼時，采用包內合金化及預脫氧；鋼包內預脫氧加鋁塊量1.5 2. 5Kg/t鋼。出鋼過程及出鋼后保持鋼包連續吹Ar。5)在LF鋼包精煉爐進行精煉，精煉過程中，喂入鋁線1.5 2. 5m/噸鋼，精煉過 程保持白渣。取一次樣全分析，根據一次樣分析結果，按內控要求調整C、Si、Mn、Cr、Ni、M0 化學成分。出鋼前按2. 0 6m/t鋼，喂入硅鈣線# 13mm。控制Ca/S = 0. 3 0. 6 ；控制鋼 中酸溶鋁含量在0.010 0.050%。出鋼前控制鋼中酸溶鋁含量在0.010 0.040%。噸 鋼喂硅鈣線4 6m。扒除部分還原渣，適度降低爐渣堿度R，控制在1. 0 2. 5，再喂硫線， 控制 S 0. 02 0. 04%。6)鋼水入真空脫氣精煉爐前扒渣，鋼水入真空脫氣精煉爐后，真空度67 以下保 持時間15 30分鐘。軟吹Ar時間15 40分鐘。7)連鑄全保護澆注，中間包液面700士50mm，結晶器液面波動彡士2mm。中包過熱 度按15 25°C控制，拉速控制0. 6-1. 2m/min。8)軋制加熱溫度1180 1260°C，允許溫差彡30°C，加熱時間1. 5 4小時，既要保證鋼 坯加熱均勻，又要防止脫碳和粘爐；開軋溫度1050°C 1180°C ；終軋溫度850°C 1020°C ； 軋后及時收集成品并緩冷。步驟1)中所述的廢鋼是指鋼鐵廠生產過程中不成為產品的鋼鐵廢料(如切邊、切 頭等)以及使用后報廢的設備、構件中的鋼鐵材料，一般可用作煉鋼原料，或用于鑄造、煉 鐵和再生鋼材。一般要求其含碳量一般小于2. 0%，硫磷含量均不大于0. 05%。優選的，步驟1)中，配料時不允許加渣鋼、罐幫鐵等高磷、硫廢鋼。所述初煉爐為電爐或轉爐。本發明未詳述的步驟均可采用現有技術。同目前CrNiMo齒輪鋼生產比較，本發明技術方案的優點在于(1)硫、鈣是最廉價的改善切削性能的元素。本發明鋼通過合理控制微量元素S、 Ca的含量，大大改善了鋼的切削性能。是一種低成本、高效CrMMo系齒輪鋼。(2)為了改善含齒輪鋼的切削性能，用Ca處理控制鋼中S化物的尺寸及形態(圖 1)，即以在鋼液中固溶的Ca固定溶解的S，使之生成近球形的CaS或(Ca，Mn) S復合硫化物 (圖2)，消除了 MnS條帶狀分布對鋼橫向性能的不利影響。
齒輪鋼的切削性能對比試驗(圖4 圖6)表明添加0. 02% S的SNCM220H齒輪 鋼的切削性能明顯好于常規20CrMnTiH齒輪鋼(通常為低硫S = 0. 05%、且硬度較低)。 同樣切削條件下(切削速度、進給量、背吃刀量相同)，SNCM220H易切削齒輪鋼的刀具磨損 壽命較20CrMnTiH齒輪鋼的刀具磨損壽命提高30%以上；SNCM220H易切削齒輪鋼的加工表 面粗糙度優于20CrMnTiH齒輪鋼；SNCM220H易切削齒輪鋼的斷屑性能好于20CrMnTiH齒輪 鋼。本發明的CrNiMo系易切削齒輪鋼，廣泛用于汽車及機械行業。


圖1為齒輪鋼中球狀硫化物(CaS)的電鏡照片，(標尺為100 μ m)圖2為齒輪鋼中復合夾雜物(MnS粘附、包裹著A1203)的電鏡照片，(標尺為 100 μ m)圖3為齒輪鋼中金相組織(100 X)的電鏡照片，(標尺為100 μ m)圖4為20CrMnTiH齒輪鋼和SNCM220H易切削齒輪鋼的斷屑情況。
具體實施例方式實施例1 CrNiMo系易切削齒輪鋼的生產；首先在初煉爐進行初煉鋼液的熔化，在1600°C 1650°C范圍內出鋼并添加合成 渣、預脫氧劑；其次在鋼包精煉爐進行鋼液的精煉，降低鋼液中
及夾雜物含量，控制溫 度在1550°C 1650°C、冶煉時間在60min以內出鋼；然后在真空爐上對精煉鋼液進行真空 處理，真空度小于76Pa，真空保持時間為15 35min，鋼包底部吹入氬氣；最后在全保護狀 態下進行連續澆鑄，經1. 5 4小時加熱，1180 1260°C鑄坯熱軋成Φ30 160mm圓鋼。具體參數見表1 表5。編號1-3對應實施例1-3的鋼種，表1齒輪鋼實施例化學成分(質量，％ )
權利要求
1.一種CrNiMo系易切削齒輪鋼，其鋼的化學成分質量百分比為C 0. 17 0. 23,Si 0. 15 0. 37,Mn 0. 60 0. 95,Cr 0. 35 0. 65,Ni 0. 35 0. 75、 Mo 0. 15 0. 25,P 彡 0. 030,S 0. 010 0. 040,Al 0. 005 0. 050、Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為狗和微量雜質。
2.如權利要求1所述的CrMMo系易切削齒輪鋼，其特征在于，鋼的化學成分重量百分 比為C 0. 18 0. 23,Si 0. 17 0. 25,Mn 0. 70 0. 80,Cr 0. 40 0. 50,Ni 0. 40 0. 50、 Mo 0. 18 0. 22,P 彡 0. 020,S 0. 020 0. 040,Al 0. 010 0. 040、Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為狗和微量雜質。
3.—種CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，包括初煉爐冶煉、爐外精煉、鋼坯連鑄、 軋制，其特征在于，所述CrMMo系易切削齒輪鋼，其化學成分按質量百分比為C 0. 17 0. 23，Si 0. 15 0. 37，Mn 0. 60 0. 95，Cr 0. 35 0. 65，Ni 0. 35 0. 75，Mo 0. 15 0. 25，P 彡 0. 030，S 0. 010 0. 040，Al 0. 005 0. 050，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余為 Fe 和微 量雜質。或鋼的化學成分按質量百分比為C 0. 18 0. 23, Si 0. 17 0. 25,Mn 0. 70 0. 80, Cr 0. 40 0. 50,Ni 0. 40 0. 50， Mo 0. 18 0. 22, P ^ 0. 030，S 0. 020 0. 030，Al 0. 010 0. 040，Ca/S = 0. 3 0. 6 ；余 為Fe和微量雜質。在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15X10—6 ；鑄坯在加熱爐的加熱溫度 為1180 1260°C，加熱時間為1. 5 4h，開軋溫度1050 1180°C，終軋溫度850 1020°C， 軋后緩冷；軋制規格Φ 30 160mm的圓鋼。
4.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于冶煉前入爐原 料中鐵水重量占原料30 80%。
5.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，初煉爐出鋼 時，采用包內合金化及預脫氧；鋼包內預脫氧加鋁塊1. 5 2. 5kg/t鋼；出鋼過程及出鋼后 保持鋼包連續吹Ar。
6.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，在LF鋼包精 煉爐進行精煉，精煉過程中，喂入鋁線1. 5 2. 5m/噸鋼，精煉過程保持白渣。取一次樣全分 析，根據一次樣分析結果，按內控要求調整C、Si、Mn、Cr、Ni、M0化學成分。出鋼前按2. 0 6m/t鋼，喂入硅鈣線# 13mm，控制Ca/S = 0. 3 0. 6 ；控制鋼中酸溶鋁含量在0. 010 0.050%。出鋼前控制鋼中酸溶鋁含量在0.010 0.040%。噸鋼喂硅鈣線4 6m。扒除 部分還原渣，適度降低爐渣堿度R，控制在1. 0 2. 5，再喂硫線，控制S 0. 02 0. 04%。
7.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于鋼水入真空脫 氣精煉爐前扒渣，鋼水入真空脫氣精煉爐后，真空度小于67 保持時間15 30分鐘。軟 吹Ar時間15 40分鐘。
8.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，鋼坯連鑄采 用全保護澆注，中間包液面700士50mm，結晶器液面波動< 士2mm。中包過熱度按15 25°C 控制，拉速控制0. 6-1. 2m/min。
9.如權利要求3所述的CrMMo系易切削齒輪鋼的制備方法，其特征在于，軋制時加熱 溫度1180 1260°C，允許溫差彡30°C，加熱時間1. 5 4小時，開軋溫度1050°C -1180°C，終軋溫度850°C -1020°C，軋后及時收集成品并緩冷。
全文摘要
本發明涉及一種CrNiMo系易切削齒輪鋼及其制備方法，鋼的化學成分重量百分比％為C0.17～0.23 Si0.15～0.37 Mn0.60～0.95 Cr0.35～0.65 Ni0.35～0.75 Mo0.15～0.25 P≤0.030S0.010～0.040 Al0.005～0.050 Ca/S0.3～0.6；余為Fe和微量雜質。制備方法，包括初煉爐(電爐或轉爐)冶煉、LF+VD(或RH)爐外精煉、連鑄、軋制，其特征在于，采用爐外精煉及真空脫氣處理使鋼中氧含量不大于15×10-6；控制微量元素S的含量，改善CrNiMo系齒輪鋼的切削性能，使得該鋼適于高速切削加工、重要精密零件。
文檔編號C21C7/10GK102080188SQ20101060396
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者張偉, 李廣艷, 李法興, 李猛, 王廣連, 申景霞, 竇圣朋, 翟正龍, 鞠艷美 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司