一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含钙镁硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法，钢的组份（重量百分数）为:C:0.15%~0.25%，Si:≤0.12%，Mn:0.80%~1.50%，P:≤0.035%，S:0.02%~0.055%，Cr:0.80%~1.30%，Al:0.015%~0.055%，N:0.004%~0.015%，Mg:0.0006%~0.004%，Ca:0.0006%~0.005%，[O]:≤0.0025%，余量为铁与不可避免的杂质。本申请通过在精炼过程中微量添加钙镁元素对夹杂物进行复合改质，形成以氧化物（含复合氧化物）为核心，外面包裹硫化物的复合夹杂物，既能减轻氧化物对钢基体的割裂，提高抗疲劳性能，又能改善钢材的横向力学性能，生产出机械性能和切削性能兼优的含钙镁硫的20MnCr易切削齿轮钢，具有较大的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢铁冶金
，具体地说是一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法。
技术介绍
齿轮是汽车及机械制造业的重要传动部件，齿轮在传递动力和改变速度的运行过程中,啮合齿面之间既有滚动,又有滑动,轮齿根部还会受到脉动和交变弯曲应力的作用。而齿轮钢是制造汽车、机械传动系统齿轮、杆类和轴类零部件的关键材料,其质量要求极其严格。近年来,良好的加工性能(包括冷、热加工性和易切削性)是齿轮行业所关心的重要指标。当前,开发高性能、经济型齿轮钢已成为齿轮钢技术发展的一个主要方向。目前Mn-Cr系齿轮钢主要用在桑塔纳、奥迪和捷达轿车的齿轮上,其中部分牌号还可用于富康轿车、IVECO轻型车及大马力船用齿轮箱等。主要牌号有按德国大众企业标准生产的16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5和28MnCr5等。齿轮钢既要保证机械性能又要具有良好的切削加工性能,这就使钢中硫和氧的含量成为控制齿轮钢性能的关键参数。在目前的齿轮钢冶炼过程中,通产要通过钙处理技术,对钢水中存在的硫化物夹杂(GB/T10561-2005规定称为A类夹杂)和氧化物夹杂(GB/T10561-2005规定称为B类夹杂)进行变性处理。通过钙处理技术,使钢液中存在一定的钙含量,可以使采用铝对钢水脱氧而产生的大颗粒高熔点的脆性Al2O3夹杂变性成为含钙量较高的低熔点钙铝酸盐夹杂(12CaO·7Al2O3等),即可使低熔点的夹杂物在钢水中上浮去除,也可改善因高熔点氧化物夹杂造成钢水浇铸过程的水口堵塞,同时也降低了高熔点脆性夹杂物对钢材质量的影响。本专利技术通过钙和镁加入钢中形成：氧化物（含复合氧化物）为核心，外面包裹硫化物的复合夹杂物，既能减轻氧化物对钢基体的割裂，提高抗疲性能，又能改善钢材的横向力学性能。本专利技术通过向含硫易切削齿轮钢中复合添加微量的钙镁元素，对钢中夹杂物进行改质，在保证机械性能的前提下，进而改善钢材的切削性。公开号为CN102703817A的中国专利公开了一种易切削齿轮钢及其生产工艺，其特征在于它的成分(重量百分比)为:C0.14%~0.22%、SiO.20%~0.35%,Mn0.95%~1.15%,Cr0.95%~1.15%,Al0.020%~0.060%,P≤0.035%,S0.012%~0.030%，余量是Fe和不可避免的杂质。本专利技术申请与之不同的地方在于：本专利齿轮钢所含硅、镁、钙成分（wt%）分别为：Si≤0.12%，Mg0.0006%~0.004%，Ca0.0006%~0.005%。公开号为CN102011062A的中国专利公开了一种易切削齿轮钢及其冶炼方法，其特征在于它的成分(重量百分比)为:碳0.10%~0.35%,硅0.15%~0.45%,锰0.60%~1.50%,磷0.001%~0.03%,硫0.015%~0.030%,铬0.80%~1.50%,钛0.03%~0.12%,铝0.01%~0.10%,镍0.005%~0.30%,铝0.005%~0.20%,铜0.005%~0.20%,氮0.004%~0.015%,余量为铁。本专利技术申请与之不同的地方在于：本专利齿轮钢所含硅、镁成分（wt%）分别为：Si≤0.12%，Mg0.0006%~0.004%，本专利不含Ti。公开号为CN1410583A的中国专利公开了一种钙硫镁系易切削钢，其特征在于它的成分(重量百分比)为:C0.42%~0.50%,Si0.20%~0.50%,Mn1.00%~1.20%,P0.01%~0.04%,S0.01%~0.07%,Ca0.002%~0.016%,Mg0.0001%~0.002%,余量为Fe及不可避免的杂质。本专利技术申请与之不同的地方在于：本专利齿轮钢所含碳、硅、镁、钙成分（wt%）分别为：C0.15%~0.25%，Si≤0.12%，Ca0.0006%~0.005%，Mg0.0006%~0.004%。
技术实现思路
本专利技术针对现有企业生产20MnCr型齿轮钢中疲劳寿命差以及不易切削等问题，提供了一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题是：通过向精炼的钢液复合添加微量的Ca、Mg元素，改质20MnCr易切削齿轮钢中的硫化物夹杂，从而改善其夹杂物形态，进而钢材的抗疲劳和切削性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢及其冶炼方法，钢的组份（重量百分数）为:C0.15%~0.25%，Si≤0.12%，Mn0.80%~1.50%，P≤0.035%，S0.020%~0.055%，Cr0.80%~1.30%，Al0.015%~0.055%，N0.004%~0.015%，Mg0.0006%~0.004%，Ca0.0006%~0.005%，[O]:≤0.0025%，余量为铁与不可避免的杂质。其钙、镁元素的添加是通过真空精炼工序后喂入含钙、镁元素的铁基包芯线来实现的。本专利技术特别提供一种优选的成分范围：本专利技术的含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢，其钢的组份（重量百分数）为：C0.18%~0.22%，Si≤0.10%，Mn1.15%~1.40%，P≤0.030%，S0.025%~0.030%，Cr1.00%~1.15%，Al0.018%~0.025%，N0.004%~0.012%，Mg0.0010%~0.0028%，Ca0.0010%~0.0025%,[O]≤0.0020%，余量为铁与不可避免的杂质。本专利技术各元素的作用：C：碳含量的高低对钢材的强硬度和塑韧性都有很重要的影响。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,钢中必须含有相当的碳含量。本20CrMn钢中碳含量为：0.15%~0.25%。Si：硅作为若脱氧剂可以控制齿轮钢的脱氧程度，是影响钢中硫化物夹杂变形和切削性能的关键元素，同时也是恶化钢材切削性能的元素之一。硅能强烈提高渗层的淬透性,但在渗碳过程中容易发生晶界氧化而形成黑色网状缺陷;随合金元素添加量的增加,钢的马氏体点下降,使淬火后渗层中含有大量残余奥氏体,影响零件的疲劳性能及耐磨性。本申请20CrMn钢中硅含量为：Si≤0.12%。Cr：是碳化物形成元素，能提高材料的强度、硬度弹性极限、屈服极限以及耐磨性，同时还可以提高钢的淬透性和耐腐蚀性能。本申请20CrMn钢中Cr含量为：1.00%~1.15%。Mn：锰能提高珠光体的形核功和转变激活能,降低珠光体的形核率和长大速度,锰元素及其碳化物溶于奥氏体中,使奥氏体等温转变曲线右移,增大过冷奥氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢，其特征在于为: 按重量百分比计，该齿轮钢的化学成分为C:0.15%~0.25%，Si≤0.12%，Mn:0.80%~1.50%，P:≤0.035%，S:0.02%~0.055%，Cr:0.80%~1.30%，Al:0.015%~0.055%，N:0.004%~0.015%，Mg:0.0006%~0.004%，Ca:0.0006%~0.005%，[O]:≤0.0025%，余量为铁与不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢，其特征在于为:按重量百分比计，该齿轮钢
的化学成分为C:0.15%~0.25%，Si≤0.12%，Mn:0.80%~1.50%，P:≤0.035%，S:0.02%~0.055%，
Cr:0.80%~1.30%，Al:0.015%~0.055%，N:0.004%~0.015%，Mg:0.0006%~0.004%，Ca:0.0006%~
0.005%，[O]:≤0.0025%，余量为铁与不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢，其特征在于该钢的组份以重
量百分数计为：C:0.18%~0.22%，Si:≤0.10%，Mn:1.15%~1.40%，P:≤0.030%，S:0.025%~
0.030%，Cr:1.00%~1.15%，Al:0.018%~0.035%，N:0.004%~0.012%，Mg:0.0010%~0.0028%，Ca:
0.0010%~0.0025%,[O]:≤0.0020%，余量为铁与不可避免的杂质。
3.一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢的制备方法，该方法包括冶炼、连铸和轧制工
序,其特征在于以下步骤：
A.冶炼:电炉或转炉冶炼;采用高温快速脱碳;控制终点成分,终点碳0.08%-0.12wt....

【专利技术属性】
技术研发人员：付建勋，徐杰，朱玉员，胡德林，张明，龚涛，李健，曹中佳，李徐，吴彦欣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31