[发明专利]一种高强度齿轮用钢23CrMnMoS及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高强度齿轮用钢23CrMnMoS，该钢的元素成分按质量百分比设计为C：0.19～0.27％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.80～1.30％，Cr：1.00～1.50％，Mo：0.15～0.45％，P：≤0.015％，S：0.010～0.060％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.020～0.100％,N：0.0050～0.0250％，O：≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢的制造流程为电炉/转炉—炉外精炼—真空脱气—连铸—连轧—质检—包装—入库。23CrMnMoS高强度齿轮钢连铸过热度控制在10‑15℃，获得较好的成分偏析。连铸浇注过程采用MEMS+FEMS方式，并配合使用铸坯动态轻压下工艺。通过分段控制连铸坯的凝固速率使得连铸坯中AlN质点在整个连铸坯内均匀分布，热轧钢材奥氏体晶粒度≥7.0级，最终生产的钢材的强度与韧性均较高。

技术领域

本发明属于铁基合金技术领域，涉及合金结构钢种，尤其涉及23CrMnMoS高强度齿轮用钢及其制造方法。

背景技术

齿轮是机械装置中传递动力的重要零部件。随着现代汽车和新能源汽车、车辆、舰艇、航空航天器、高速铁路设施等技术的进步发展，其动力传动机构进一步要求齿轮具有高强度化、高速度化、高寿命等特点。目前齿轮钢主要采用20CrMnMo齿轮钢作为加工原料，但随着设备、装备的发展，市场对齿轮钢的强度提出了新的要求。

通过设计合理的化学成分、细化钢材的奥氏体晶粒度，发明了一种新的高纯净度齿轮用钢及其冶炼轧制的生产方法。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种高强度齿轮用钢23CrMnMoS，产品的屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1280MPa，延伸率≥12％，断面收缩率≥45％，室温下夏比冲击功(KU₂)≥75J。属于一种全新的高强度渗碳齿轮用钢，目前国内外尚未有该钢种生产的报道。

本申请发明人通过对化学成分进行再设计，细化钢材的奥氏体晶粒度，发明了一种新的高纯净度齿轮用钢及其冶炼轧制的生产方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度齿轮用钢23CrMnMoS，所述钢的元素成分按质量百分比设计为C：0.19～0.27％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.80～1.30％，Cr：1.00～1.50％，Mo：0.15～0.45％，P：≤0.015％，S：0.010～0.060％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.020～0.100％,N：0.0050～0.0250％，O：≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述钢按照GB/T 6394要求测定奥氏体晶粒度，结果≥7.0级。

对于热轧圆钢的产品，按照GB/T2975的要求取样，按照GB/T 228与GB/T 229的要求进行样品检测，产品的屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1280MPa，延伸率≥12％，断面收缩率≥45％，室温下夏比冲击功(KU₂)≥75J。

本发明高强度齿轮用钢中各元素及其含量的设计依据是

C：是确保钢材强度的必须元素，提高钢中的碳含量将会增加它的马氏体转变能力，但过高的C含量对钢的延性、韧性不利。本发明控制其含量为0.19～0.27％。

Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.05％时，钢水脱氧效果较差；Si含量较高时会造成钢材韧性下降。本发明Si含量控制为0.05～0.35％。

Mn：可以有效地提高钢材淬透性。锰还可以与钢中的硫形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了钢中硫元素的危害。因此，本发明Mn含量控制为0.80～1.30％。

Cr：可以提高钢的淬透性并且有助于强度的提高。在C含量较低的情况下，添加适量的Cr，可以保证钢材达到所需的淬透性与强度。因此，本发明将其含量控制在1.00～1.50％。