【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于连铸工艺，具体涉及一种用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法及齿轮钢棒材。
技术介绍
1、齿轮作为汽车变速箱传动机构的关键零件，在工作中需要承受冲击、弯曲和接触应力，要求具有良好的强韧性和耐磨性，渗碳淬火是齿轮实现表硬心韧的常用手段。通常，当齿轮钢淬透性波动较大时，热处理过程会出现不均匀畸变，直接恶化齿轮的服役性能和使用寿命。因此，当前汽车高端用户对齿轮钢淬透性不仅要求同一炉钢材淬透性带宽≤4hrc，还需保证每根棒材淬透性j9和j15的a、b面差值≤2hrc。
2、钢材淬透性与基体溶质分布均匀性密切相关，溶质分布越均匀，淬透性波动越小。通常，铸坯在凝固过程会产生溶质再分配和选分结晶，铸态基体必然存在成分不均匀，考虑到凝固组织形态和尺寸对溶质分布的影响时，基体成分不均匀性可达到半宏观或宏观尺度，无法通过轧制和热处理完全去除，遗传至齿轮中导致淬透性波动增大，引起热处理变形各向异性。此外，控制轧制工艺的道次及各道次的截面压缩比对于钢材淬透性至关重要。若不能精确控制每个道次的界面压缩比，可能导致晶粒细化不均匀、溶质分布不均，进而影响齿轮钢的淬透性。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法及齿轮钢棒材。通过控制过热度、结晶器电磁搅拌、压下工艺和轧制工艺，缩小铸坯和棒材的等轴晶区，同时抑制等轴晶区域半宏观点状偏析的形成，棒材淬透性检测区域铸态组织由等轴晶转变为柱状晶，断面溶质极差和标准差以及枝晶组织溶质分布均匀性进一步改善，j9和
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供一种用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，所述齿轮钢的j9和j15的a、b面差值不大于1.5hrc，其特征在于，包括：对成分合格的钢水通过连铸机进行浇铸；在凝固阶段，采用压下工艺；凝固后，将热态铸坯进行轧制；所述连铸过程中，中间包过热度为40-45℃，结晶器电磁搅拌电流为50-150a；所述压下工艺为通过铸坯中心固相率的变化来控制压下量，压下区域的中心固相率为0.05-1.0，中心固相率小于0.3所对应的连铸压下区域内，压下量不小于1mm且不大于3mm；轧制截面压缩比不小于90％。
4、进一步的，所述浇铸的工艺参数为：连铸过程恒温恒拉速，拉速为0.95-1.15m/min，二冷比水量为0.33-0.35l/kg，凝固末端电磁搅拌电流为100-200a。
5、进一步的，单次最大压下量满足下式：
6、
7、其中，ε为最大临界应变，v为工况拉速，h为铸坯厚度，r为压下辊直径，b为辊间距，a为单次最大压下量。
8、进一步的，在压下区域的中心固相率为0.05-1.0内，总压下量的计算方式为：
9、
10、其中，为压下系数，其取值为0.8～1.1，a为压下总量，vr为压下速率，t为时间，h为铸坯厚度，w为铸坯宽度，tl为钢种液相线温度，ts为钢种固相线温度。
11、进一步的，所述压下量与中心固相率的关系为：
12、当0.05≤fs≤0.08，压下量为1mm；当0.18≤fs≤0.20，压下量为2mm；当0.55≤fs≤0.58，压下量为2mm；当0.98≤fs≤1，压下量为2mm。
13、进一步的，轧所述棒材用钢为20crmntih钢。
14、进一步的，轧制工艺为：将热态的铸坯进行加热，加热温度为1160-1200℃并进行保温150min，开轧温度为1060-1100℃，终轧温度为900-1000℃，轧制成φ70mm的棒材，随后进行冷却，即得所述棒材。
15、进一步的，采用4～6道次进行轧制，第一个轧制道次的截面压缩比不低于50％，最后一个轧制道次的截面压缩比为10％～25％，其余每个道次的截面压缩比为30％～45％。
16、进一步的，所述连铸机为全弧形连铸机生产，六机六流，浇铸断面为200mm×240mm。
17、一种齿轮钢棒材，所述齿轮钢棒材采用上述的方法制备。
18、本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
19、(1)本专利技术通过调整连铸工艺参数，即提高过热度，降低结晶器电磁搅拌同时实施凝固末端轻压下，结合后续轧制工艺，制备的连铸坯等轴晶区显著缩小，铸坯断面溶质分布更为均匀，采用本专利技术的连铸工艺参数方法所制备的连铸坯断面溶质c极差和标准差分别由0.02wt.％和0.007wt.％降低至0.01wt.％和0.003wt.％；断面cr极差和标准差分别由0.09wt.％和0.022wt.％降低至0.05wt.％和0.016wt.％，断面mn极差和标准差分别由0.08wt.％和0.020wt.％降低至0.03wt.％和0.010wt.％，溶质波动明显减轻。所制备的棒材断面c极差和标准差分别由0.02wt.％和0.005wt.％降低至0.01wt.％和0.002wt.％，断面cr极差和标准差分别由0.04wt.％和0.013wt.％降低至0.03wt.％和0.009wt.％，断面mn极差和标准差分别由0.04wt.％和0.012wt.％降低至0.01wt.％和0.005wt.％，棒材溶质分布更为均匀；棒材淬透性检测区域铸态组织由等轴晶转变为柱状晶区，枝晶组织溶质c、cr、mn平均含量分别由0.42wt.％、1.95wt.％、1.31wt.％降低至0.41wt.％、1.92wt.％、1.27wt.％；c、cr、mn溶质最大偏析比分别由2.75、2.24、3.73降低至2.41、2.16、3.30；使得制备的棒材3次淬透性检测结果j9-a与j9-b差值分别由2.3hrc，3.0hrc和2.7hrc降低至0.6hrc、0.7hrc和0.2hrc；j15-a和j15-b差值分别由4.1hrc，2.5hrc和3.2hrc降低至0.3hrc、1.5hrc和1.3hrc；a和b面淬透性波动明显减轻，均小于指标所要求的2hrc，且本申请技术方案所制备的棒材，性能优异，波动减轻效果明显，不超过1.5hrc。
20、(2)本专利技术的连铸工艺中，采用提高过热度，降低结晶器电磁搅拌的电流，使的铸坯等轴晶率由26.42％降低至6.69％，棒材等轴晶率由24.89％降低至4.09％；在此基础上，压下辊在中心固相率为0.05-1.00范围内压下7mm，对流换热加强，局部冷速陡增，已有晶核迅速凝固，枝晶间无法搭桥从而减轻乃至消除凝固负压抽吸作用下浓化钢液在中心的聚集，最终组织为细小等轴晶，点状偏析尺寸小、数量少，使得棒材淬透性检测区域铸态组织由等轴晶转变为柱状晶，溶质分布均匀，有利于提高a、b面在末端淬火实验中的一致性。
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1.一种用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，所述齿轮钢的J9和J15的A、B面差值不大于1.5HRC，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述浇铸的工艺参数为：连铸过程恒温恒拉速，拉速为0.95-1.15m/min，二冷比水量为0.33-0.35L/kg，凝固末端电磁搅拌电流为100-200A。
3.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，单次最大压下量满足下式：
4.根据权利要求3所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述压下量与中心固相率的关系为：
6.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述棒材用钢为20CrMnTiH钢。
7.根据权利要求5所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，轧制工艺为：将热态的铸坯进行加热，加热温度为1160-1200℃并进行保温150min，开轧温度为1060-1100℃，终轧温度为900
8.根据权利要求7所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，采用4～6道次进行轧制，第一个轧制道次的截面压缩比不低于50％，最后一个轧制道次的截面压缩比为10％～25％，其余每个道次的截面压缩比为30％～45％。
9.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述连铸机为全弧形连铸机生产，六机六流，浇铸断面为200mm×240mm。
10.一种齿轮钢棒材，其特征在于，所述齿轮钢棒材采用权利要求1-9任一所述的方法制备。
...【技术特征摘要】
1.一种用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，所述齿轮钢的j9和j15的a、b面差值不大于1.5hrc，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述浇铸的工艺参数为：连铸过程恒温恒拉速，拉速为0.95-1.15m/min，二冷比水量为0.33-0.35l/kg，凝固末端电磁搅拌电流为100-200a。
3.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，单次最大压下量满足下式：
4.根据权利要求3所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述压下量与中心固相率的关系为：
6.根据权利要求1所述的用于改善齿轮钢棒材淬透性的方法，其特征在于，所述棒材用钢为20crmntih钢。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，张家泉，王海杰，唐海燕，夏帅康，陈亮，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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