[发明专利]一种高纯净度齿轮用钢20CrMnAl的制造方法

说明书

本发明涉及一种高纯净度齿轮用钢20CrMnAl的制造方法，属于合金钢冶炼技术领域。该制造方法包括：元素成分设计：按质量百分比设计为C：0.16～0.24％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.70～1.20％，Cr：0.90～1.40％，Ti：≤0.0030％，P：≤0.015％，S：≤0.011％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Mo：≤0.10％，Al：0.020～0.100％,N：0.0050～0.0250％，Al/N:1.2～3.5,O：≤0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。制造流程：初炼—精炼—真空脱气—连铸—连轧—质检—包装—入库。本发明与现有20CrMnTi齿轮钢相比，钢材具有较高的纯净度：钢中的TiN夹杂物少并且尺寸均≤5um，钢中氧含量≤12ppm，使用该钢材制造的齿轮疲劳寿命高。在此基础上，产品淬火后钢材的淬透性仍较为稳定。

技术领域

本发明涉及铁基合金技术领域，尤其涉及一种齿轮用钢20CrMnAl的制造方法。

背景技术

齿轮作为重要的传动零件，在传递动力的过程中齿根要受到反复的弯曲、接触应力，易产生弯曲疲劳断裂、磨损、划痕擦伤、齿形剥落变形等，严重的话会导致失效。通过降低钢中的氧含量与钛含量提高钢材的纯净度，有助于延长齿轮的疲劳寿命。

发明内容

本发明的20CrMnAl齿轮用钢不需要添加Ti元素，通过在钢中添加适量的Al、N元素；同时降低钢中的Ti含量与O含量，属于一种全新的渗碳齿轮用钢。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：本申请20CrMnAl高纯净度齿轮用钢的元素成分设计：按质量百分比为C：0.16～0.24％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.70～1.20％，Cr：0.90～1.40％，Ti：≤0.0030％，P：≤0.015％，S：≤0.011％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Mo：≤0.10％，Al：0.020～0.100％,N：0.0050～0.0250％，Al/N:1.2～3.5,O：≤0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述各化学元素对应的主要作用和范围设置依据如下：

1、C：是确保钢材强度的必须元素，但过高的C含量对钢的延性、韧性不利。另外，过高的C含量也会导致严重的中心C偏析从而降低钢材冲击性能。本发明控制其含量为0.16～0.24％。

2、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％。

3、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残余硫的危害。因此，本发明Mn含量控制为0.70～1.20％。

4、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0.90～1.40％。

5、Ni：是贵重金属，在钢中加入会显著增加钢材成本。在本发明钢种中Ni是以残余元素的形式存在。本发明Ni含量控制为≤0.20％。

6、Mo：也是贵重金属，并且可以提高钢的淬透性和强度；但是Mo的成本较高。在本发明钢种中Mo是以残余元素的形式存在。本发明Mo含量控制为≤0.10％。

7、Cu：可以提高钢材的抗腐蚀性能，但过高的Cu会恶化钢材表面质量，产生铜裂现象。在本发明钢种中Cu是以残余元素的形式存在。本发明Cu含量控制为≤0.20％。