【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，具体涉及一种耐腐蚀齿轮用钢及其生产方法。
技术介绍
1、随着我国汽车工业的进一步发展，汽车变速箱对高档耐腐蚀材料的需求越来越大，研制汽车高档耐腐蚀齿轮用钢具有良好的经济效益和社会效益。齿轮钢质量要求非常严格，不但要具备良好的强韧性、耐磨性、耐腐蚀性、淬透性、抗冲击性能和高疲劳寿命，而且还要求变形小、精度高和噪声低，因此开发难度极大。
2、现有的mncr5系列钢，广泛用于制作汽车变速箱用齿轮，此种钢生产的齿轮具有强韧性优良、耐磨性好、抗冲击性能强的特点，可以用于制造重型商用车变速箱用齿轮。但是，由于使用环境复杂，质量要求高，现有的mncr5系列钢存在耐腐蚀性能差、疲劳寿命不足、淬透性和组织均匀性波动等问题。
3、为解决现有材料耐腐蚀性能差、疲劳寿命不足、淬透性和组织均匀性波动的问题，需要开发研制一种高档耐腐蚀20mncrsh+cu及其生产方法，实现产品耐腐蚀性能强、疲劳性能良好、性能稳定的目标，实物质量达到国际先进水平，满足高档耐腐蚀齿轮用钢的需求。
4、鉴于此，提出本专利技术。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀齿轮用钢及其生产方法，所得钢材料（称为20mncrsh+cu）具有良好的淬透性、稳定性、耐腐蚀性，能够满足高档耐腐蚀齿轮用钢的需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种耐腐蚀齿轮用钢，以质量百分比
4、c 0.17~0.21%，si≤0.18%，mn 1.10~1.30%，p≤0.020%，s 0.020~0.035%，cr 1.00~1.20%，ni 0.10~0.20%，mo≤0.06%，cu 0.10~0.20%，nb 0.02~0.03%，al 0.02~0.04%，n0.007~0.014%，h≤0.0002，o≤0.0015，其余为fe。
5、本专利技术提供的耐腐蚀齿轮用钢，属于低碳铁素体+珠光体型渗碳齿轮钢，成分设计要点如下：
6、（1）铜：在钢中添加少量铜可提高钢的耐腐蚀性能。腐蚀失效是金属材料功能失效的主要类型之一，在钢中加入适量的铜能显著提高钢的耐腐蚀性能。铜是提高耐腐蚀性能最为突出的合金元素之一，少量的铜能提高钢铁材料的耐蚀性能，其原因之一是因为钢材在腐蚀过程中，铜起到活化阴极的作用，促使钢阳极发生钝化，因而减缓腐蚀。另外，钢在腐蚀过程中其表面也会产生一层薄的富铜层，在钢的表面腐蚀层与铜的富集层之间还会形成紧密的薄氧化铜中间层，形成致密、完整的双层结构防锈层，该锈层紧贴钢基体的内层，附着性强，可减缓腐蚀介质进一步腐蚀钢材内部；从而减轻齿轮在制备及使用过程中的腐蚀程度，进而提高齿轮的使用寿命。
7、（2）硅：渗碳齿轮钢在渗碳过程中，因co2、h2o与钢反应而在晶界形成氧化物；钢中的硅极易氧化，当氧从表面侵入时，晶界或晶粒附近的硅比其他元素优先扩散到晶界，与固溶在表面的微量氧在晶界结合成氧化物，并呈网状分布；使得氧化物附近基体的合金元素含量降低，组织淬透性变差，从而淬火后形成非马氏体组织。渗碳表层的非马氏体组织腐蚀后的金相组织为黑色，因此，通常称为“黑色组织”，这些黑色组织通常呈网状分布，主要由合金元素氧化物和非马氏体组织（贝氏体和珠光体）组成。硅的内氧化物不良影响有：①非马氏体组织降低了零件表面硬度和疲劳强度；②残余应力分布不均；③弱化晶界增加了零件开裂的可能性。故在渗碳齿轮钢中尽量减少硅含量，采用低硅的化成成分，减少内氧化对渗碳齿轮钢的危害。
8、（3）硫：硫和锰形成 mns夹杂物，弥散细小分布的mns夹杂物可以改善钢的切削性能，硫作为有益元素加入，利于切削性能的改善。
9、（4）铌：含铌齿轮钢在锻造或加热轧制过程中，未溶解的微合金碳氮化物质点通过质点钉扎晶界机制阻止其晶粒长大，有效控制齿轮钢晶粒度，提高组织均匀性。
10、（5）镍：在显著提高齿轮钢强度的同时，又显著降低钢材韧脆转变温度，有效提高齿轮钢的低温冲击韧性，从而保持良好的塑性和低温韧性，对提高齿轮钢的脆断抗力和疲劳强度有重要意义。
11、（6）铝和氮：铝和氮作为显著细化晶粒的元素，在钢中主要以氮化铝析出物的形式存在；氮化铝主要分布在晶界，通过质点钉扎晶界机制阻止其晶粒长大。当钢中铝和氮的含量达到一定程度且符合一定比值时，这两种元素就会结合成为细小弥散的氮化铝质点，这些质点会对晶界产生钉扎作用，从而抑制晶粒的长大，保证渗碳后齿轮钢有细小而均匀的晶粒度，进一步提高齿轮钢的使用寿命。
12、在设计的过程中，采用化学成分计算di值，保证钢具有良好的淬透性和稳定性，具体di值参数为：di（20mncrsh+cu）=60~80mm。di值计算方法如下：
13、di=25.4×0.54c×（1+0.7si）×（1+3.333mn）×（1+2.16cr）×（1+0.363ni）×（1+3mo）×（1+0.365cu）×（1+1.73v）。
14、基于上述设计原则，本专利技术最终确定的用钢成分及用量如下：以质量百分比计， c0.17~0.21%，si≤0.18%，mn 1.10~1.30%，p≤0.020%，s 0.020~0.035%，cr 1.00~1.20%，ni0.10~0.20%，mo≤0.06%，cu 0.10~0.20%，nb 0.02~0.03%，al 0.02~0.04%，n 0.007~0.014%，h≤0.0002，o≤0.0015，其余为fe。
15、第二方面，本专利技术提供一种上述耐腐蚀齿轮用钢的生产方法，包括如下步骤：
16、s1、电炉初炼
17、钢铁料由85%铁水和15%废钢组成，为控制钢水气体含量，渣料及合金必须进行烘烤去除水分，同时废钢不能有锈蚀；电炉渣料每批加入石灰400~600 kg，白云石200~300kg，渣料总耗量50~60 kg/t；
18、电炉出钢要求：c≥0.06%，p≤0.015%，残余元素合格，温度≥1630℃，出钢不允许下氧化渣；
19、s2、lf炉外精炼
20、lf到位钢液温度≥1540℃；给电加热≥10min、温度≥1550℃时取样分析化学成分；lf精炼采用全程吹氩操作；
21、渣系目标成分：cao：50%~55%，sio2：≤10%，mgo：4%~7%，al2o3：22%~28%；精炼过程中采用碳粉、铝粉脱氧；
22、s3、vd真空脱气
23、入vd工位温度≥1600℃；在线定氢仪测定h≤2.0ppm；
24、s4、控氮控硫
25、vd后温度≥1580℃吹氮气，氮气流量250～600nl/min，吹氮时间5min后取样检验氮含量，如n≤100ppm进行补吹，按10ppm/min进n速度控制吹n时间，达到内控要求后改吹氩气；同时，将钢中铝含量调整至0.020~本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐腐蚀齿轮用钢，其特征在于，以质量百分比计，成分如下：
2.一种权利要求1所述耐腐蚀齿轮用钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S1中，炉体要求如下：炉体次数≥4火，大包次数≥2火；大包前炉冶炼钢种不允许是含钛钢种。
4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S2中，吹氩操作过程中氩气控制如下：前期适当调大氩气搅拌，流量150～250 NL/min，目标亮圈直径≥φ300mm；中期保持中等氩气强度，流量100～200 NL/min；后期氩气强度减小以避免钢水氧化，流量50～120NL/min，吹氩搅拌时避免钢液裸露。
5.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S3中，真空脱气操作规定：真空度≤0.5乇下保持时间≥20分钟；脱气操作时氩气控制为：粗真空时氩气流量50～100 NL/min，极真空时氩气流量150～200 NL/min；极真空保持时间≥20分钟。
6.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S4中，软吹氩气流量50~100 L
7.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S5中，目标拉速控制为0.30 m/min；电磁搅拌条件为：M-EMS，电流100A、频率2.0Hz；F-EMS，电流900A，频率8.0Hz。
8.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤S7中，轧制前连铸坯水除鳞控制：单道次多喷头喷水高压除鳞，水除鳞压力≥28MPa，除鳞率≥95%。
...【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀齿轮用钢，其特征在于，以质量百分比计，成分如下：
2.一种权利要求1所述耐腐蚀齿轮用钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤s1中，炉体要求如下：炉体次数≥4火，大包次数≥2火；大包前炉冶炼钢种不允许是含钛钢种。
4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤s2中，吹氩操作过程中氩气控制如下：前期适当调大氩气搅拌，流量150～250 nl/min，目标亮圈直径≥φ300mm；中期保持中等氩气强度，流量100～200 nl/min；后期氩气强度减小以避免钢水氧化，流量50～120nl/min，吹氩搅拌时避免钢液裸露。
5.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤s3...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，俞杰，付化刚，李占阳，杨凯军，朱磊，高华耀，
申请(专利权)人：江苏联峰能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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