[发明专利]一种高淬透性高强度细晶粒齿轮用21NiCrMo5H钢及生产方法

说明书

本发明涉及一种高淬透性高强度细晶粒齿轮用21NiCrMo5H钢及生产方法，化学成分按重量百分比计包括：C：0.19％～0.22％，Si：0.20％～0.35％，Mn：0.65％～0.71％，P≤0.030％，S：0.015％～0.040％，Cr：0.74％～0.80％，Ni：1.29％～1.35％，Mo：0.15％～0.25％，Cu≤0.15％，Alt：0.025％～0.035％，N：0.007％～0.011％，其余为Fe及不可避免的杂质。优点是：满足了细晶粒、高淬透性或高强度的要求，钢材屈服强度1000MPa以上，抗拉强度1300MPa以上。

技术领域

本发明属于齿轮用钢生产领域，尤其涉及一种高淬透性高强度细晶粒齿轮用21NiCrMo5H钢及生产方法。

背景技术

齿轮为重要的传动零件，传递动力，在传动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、齿形剥落变形等失效现象。需要承受较大扭矩变速器齿轮选用传统的SAE8620H、20CrNiMoH材料已经不能满足齿轮钢的高淬透性和强度要求。21NiCrMo5H钢是CrNiMo系齿轮钢，其具有细小的晶粒、更高的淬透性、更高的强度以及良好的切削性、避免了含Ni钢轧制过程中表面裂纹的大量产生，满足齿轮生产需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高淬透性高强度细晶粒齿轮用21NiCrMo5H钢及生产方法，满足了细晶粒、高淬透性或高强度的要求；钢材屈服强度可达1000MPa以上，抗拉强度可达1300MPa以上；钢的末端淬透性满足：J9＝36-41HRC、J13＝29-34HRC；钢的奥氏体晶粒度大于等于8级。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高淬透性高强度细晶粒齿轮用21NiCrMo5H钢，化学成分按重量百分比计包括：

C：0.19％～0.22％，Si：0.20％～0.35％，Mn：0.65％～0.71％，P≤0.030％，S：0.015％～0.040％，Cr：0.74％～0.80％，Ni：1.29％～1.35％，Mo：0.15％～0.25％，Cu≤0.15％，Alt：0.025％～0.035％，N：0.007％～0.011％，其余为Fe及不可避免的杂质。

C是钢中最基本的元素，也是最经济的强化元素。在所有元素中，碳提高钢强度的能力最大，碳对淬火回火钢的强化约为铬的9倍、锰的18倍，所以为保证齿轮渗碳及淬火回火后心部有良好的的强韧性，钢中需有合适的碳含量，本发明碳含量范围确定为0.19％～0.22％。

Si可以作为脱氧元素，也是基本的固溶强化元素、提高淬透性，同时Si在钢渗碳时会造成渗层内氧化并影响残余奥氏体量，因此Si含量的范围确定为0.20％～0.35％。

Mn对钢起固溶强化作用，并强烈提高钢的淬透性，利用Mn的特点确定为0.65％～0.71％。

Cr对钢起固溶强化作用，提高钢的淬透性。另外Cr降低C的活度，能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度，本成分区别于常规CrNiMo系齿轮钢中的Cr含量控制范围，本发明将Cr含量的范围确定为0.74％～0.80％。

Ni在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，同时不降低钢的塑性、韧性。另外Ni对钢的淬透性也有一定的提高作用。本成分区别于常规CrNiMo系齿轮钢中的Ni含量控制范围，本发明Ni含量的范围确定为1.29～1.35％。

Mo是碳化物形成元素，可以提高钢的淬透性，细化晶粒，提高韧性，改善碳化物不均匀性，其碳化物稳定，高温也很难向固溶体转移，提高钢的热强性。对热处理的合金结构钢，能够降低钢的回火脆性，提高冲击韧性。本发明将Mo含量的范围确定为0.15～0.25％。

S的加入可以提高钢的切削性能，但会使钢产生热脆性，降低钢的塑韧性，因此确定S含量范围为0.015～0.040％。