[发明专利]一种高耐磨齿轮钢的制造方法

说明书

本发明涉及一种高耐磨齿轮钢的制造方法，包括(1)冶炼：钢水组分为C：0.15～0.60％，Si：0.50～1.3％，Mn：0.50～1.2％，Cr：0.60～1.5％，P：≤0.030％，S：≤0.035％，Al：0.010～0.050％，N：0.008～0.025％，余量为Fe；(2)浇注：将钢水浇注成钢坯；(3)轧制：将钢坯加热后在单相区轧制：开轧温度为980～1100℃，依次进行中轧‑预精轧‑精轧；轧制过程中即要进行控冷，钢坯出中轧后进行水雾冷却，出预精轧后再次使用水雾冷却，然后进入KOCKS精轧，控制终轧温度在780～900℃，获得不稳定的奥氏体；(4)冷却：坯料在冷床上鼓风冷却，平均冷速控制在40～80℃/min，终冷温度为300～480℃，终冷之后材料空冷至室温，冷却过程中奥氏体转变为铁素体和珠光体。钢材经过渗碳淬火回火后具有优良的耐磨性。

技术领域

本发明涉及耐磨钢的制造方法，具体涉及一种硅含量较高的耐磨钢的制造方法。

背景技术

近来，随着汽车等工业的发展需要，提高齿轮的设计耐磨寿命，增加运转设备的稳定性及寿命，从而提高效率、降低成本成为行业发展的重要发展方向之一。从齿轮的设计角度都需要表面具有高硬度提高耐磨性，而芯部具有一定的韧性。齿轮钢通常采用中低碳设计，确保芯部的韧性，添加Cr、Mo、V、B一种或多种合金元素，以提高材料的淬透性。且后续热处理时将材料进行表面渗碳(实际可渗碳、渗氮或碳氮共渗，本文中统一用渗碳表述)处理，从而显著提高表面的耐磨性，又能确保芯部的韧性。表面渗碳处理时通常需要在高温条件下保持较长时间。硅可显著提高铁素体强度从而提高钢材强度及硬度，材料在后续渗碳淬回火后，淬硬层中由于有硅化物的存在，可极大提高其耐磨性。然而，硅是易氧化元素，并易在晶界处偏聚，在传统的渗碳热处理过程中，易造成硅的晶界氧化，恶化齿轮性能。为防止因表面渗碳时晶界氧化，传统的齿轮均采用中低硅设计。但随着技术提升、工装设备的进步，采用真空渗碳或保护性气氛可有效地避免硅造成的晶界氧化。此时，采用高硅设计，可显著提高齿轮耐磨性又不造成晶界氧化，其耐磨性达到了传统中低硅设计的数倍。且硅是一种相对廉价的合金元素，高硅设计能适当降低其他合金元素的添加，有利于降低材料生产成本。综上，设计一种高硅高耐磨齿轮钢具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的是要提供一种更耐磨的齿轮钢的制造方法，采用提高Si含量的组分设计。钢材热轧组织为铁素体+珠光体。由于齿轮加工时需要渗碳处理，本发明目的是在确保材料在渗碳淬火回火后具有优良的耐磨性，即接触疲劳寿命高

本发明的技术方案为：一种高耐磨齿轮钢的制造方法，包括如下步骤

(1)冶炼：钢水组分质量百分比为C：0.15～0.60％，Si：0.50～1.3％，Mn：0.50～1.2％，Cr：0.60～1.5％，P：≤0.030％，S：≤0.035％，Al：0.010～0.050％，N：0.008～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；

(2)浇注：采用先进的末端电磁搅拌、轻压下先进装备工序，浇注过热度控制在10～40℃，将钢水浇注成钢坯；

(3)轧制：将钢坯再加热使完全奥氏体化，出炉后高压水除鳞后进行单相区轧制：开轧温度为980～1100℃，采用12架二辊轧机+5架KOCKS三辊轧机依次进行中轧-预精轧-精轧；轧制过程中即要进行控冷，钢坯出中轧后进行水雾冷却，出预精轧后再次使用水雾冷却，然后进入KOCKS精轧，控制终轧温度在780～900℃，控制较低的终轧温度可以获得不稳定的奥氏体，在结合轧制过程中的控冷，均有降低奥氏体不稳定的作用，提高奥氏体的转变趋势，促进在冷却环节奥氏体的相变，使得相变能够在风冷条件下即可快速进行，无需使用水冷进行冷却进而也降低了因过冷造成组织不均匀的风险并明显减小了残余应力，对钢材渗碳淬回火后的疲劳性能极为有利。

(4)冷却：轧制结束后，坯料在冷床上鼓风冷却，平均冷速控制在40～80℃/min(相当于的0.67～1.33℃/s)，减轻轧材的带状组织，提高组织均匀性，终冷温度为300～480℃，终冷之后材料空冷至室温，冷却过程中奥氏体全部顺利转变为铁素体和珠光体。