[发明专利]一种易切削齿轮钢及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种齿轮钢，具体地说是一种易切削齿轮钢及其生产工艺。 

背景技术

我国齿轮用钢，自二十世纪五十年代首批汽车生产，引用了前苏联I'OCT标准中的牌号和性能指标，用量最大的是18CrMnTi钢，二十世纪八十年代改为20CrMnTi，该钢号一直沿用至今。是目前国内用于制造各种工程机械、汽车、农用车等传动齿轮、齿轮材料中使用量最大的一个齿轮钢种，这种材质由于符合我国的资源，具有成本低、工艺性能好、价格低的优点且可以满足国内大多数齿轮材质的要求。因此这种材质仍占据着中国汽车齿轮钢材制造用量的5O％左右,由于钛钢具有晶粒均匀细小，晶粒长大倾向小，热处理工艺成熟稳定、价格便宜等优点，而且我国钛资源丰富，所以在我国一直被广泛应用于汽车、农业机械等产品中。但随着我国五十年来经济的发展和各种车型的引进，国外CrMo、CrNiMo等钢同时被引进和试制。我国的齿轮钢由单一的CrMnTi钢发展到CrMo、 CrNiMo、MnCrB、CrNiMn等多个品种的齿轮钢，逐渐弱化了Cr—Mn—Ti系齿轮钢的主导地位。在车辆齿轮中20CrMnTi齿轮钢所占比例已远远小于34％。已形成了适用不同车型、不同部位的多个系列的齿轮钢。 

齿轮钢的总体发展方向为高性能、低成本、易加工、长寿命和多品种化。开发节省合金元素的钢种。如德国ZF公司的ZF6和ZF7是Mn—Cr—B系齿轮钢，它具有晶粒细小、淬透性带窄、渗碳稳定性好、热处理变形稳定等特点，渗碳处理后弯冲值高。由于制造齿轮时需要进行大量的切削加工，所以开发易切削齿轮钢是齿轮钢技术的另一个发展方向。 

当前我国汽车用齿轮年用钢252万t，该钢种是特钢厂优特钢生产的主导品种。众所周知，齿轮在工作过程中要承受交变载荷、冲击载荷和磨损， 对钢的性能要求高、质量要求严，因此，从钢种使用工艺性特点和可加工性要求两方面出发，不断提高20CrMnTi钢的质量控制能力，对提高特钢厂 20CrMnTi钢质量水平、增加市场占有率，以及增强企业的核心竞争力，有着十分重要的意义。20CrMnTi钢基体组织为铁素体+珠光体组织，但20CrMnTi钢在成分设计上加进了Ti, 不可避免地在钢材内部产生或大或小的TiN夹杂物，Ti是齿轮钢中的重要元素，但是Ti在 钢中易形成颗粒大、带尖棱角的TiN，是疲劳裂纹源，其危害比氧化物夹杂还严重。对于20CrMnTi的发展前途，早在“六五”期间就已有议论，主要是TiN不变形夹杂物比基体硬，影响加工精度，在使用时会成为疲劳源而影响 齿轮的疲劳寿命。因此，主要通过两种措施减少TiN形成机会。一是尽量降低Ti含量，并通过精炼喂Ti线工艺替代原来直接加块状合金，提高Ti收得率，把Ti成分控制在很窄范围内。 二是保证连铸钢液脱氧良好，连铸过程采用全过程保护浇注，尽量避免与大气接触以减少钢液吸氮。 

汽车工业近来面临的一个迫切问题是汽车轻量化，为此必须提高汽车齿轮钢的设计应力和各项综合能力。 

发明内容

针对现有技术中20CrMnTi存在的缺点，本发明的目的是提供一种易切削齿轮钢及其生产工艺。本发明采用Cr-Mn-Al-S系齿轮钢代替原来的Cr—Mn—Ti系齿轮钢， 20CrMnAlS齿轮钢与20CrMnTi齿轮钢相比有较近碳含量、铬含量、锰含量，加入Al、S元素，充分运用晶内铁素体来细化晶粒。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种易切削齿轮钢，其特征在于：该齿轮钢按重量百分比其成分为：C 0.14～0.22%、Si 0.20～0.35%、Mn 0.95～1.15%、 Cr 0.95～1.15% 、Al 0.020-0.060、 P≤0.035% 、S 0.012-0.030% ，余量是Fe和不可避免的杂质。

优选的：该齿轮钢按重量百分比其成分为：C  0.16-0.22%、Si 0.23～0.33%、Mn 0.97～1.13% 、 Cr 0.97～1.13%、 Ni≤0.30 % 、Mo≤0.30% %、 Cu≤0.020% 、Al0.020-0.060、 P≤0.0030%、  S 0.012-0.028% ，余量是Fe和不可避免的杂质。 

各元素的作用： 

1) C：在所有元素中,碳提高强度的能力最大，碳对淬火回火钢的强化效果大约为硅的5倍，铬的9倍和锰的18倍,所以为保证齿轮钢具有足够的强度、硬度，钢中必须含有相当高的碳含量。

2) Mn：对钢起强化作用，提高钢的淬透性能。 

3) Cr：对钢起强化作用，提高钢的淬透性能。