[发明专利]一种41Cr4齿轮钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金制造技术领域，涉及一种41Cr4齿轮钢及其生产方法。

背景技术

41Cr4是德标系列中的高端齿轮钢，主要用于制造汽车、卡车等变速箱轴、齿轮类零件。随着汽车制造的进步，汽车齿轮向着低成本、静噪声、长寿命的方向发展，对材料的要求也不断提高，要求材料具有良好的加工工艺性能、窄的淬透性带、高的疲劳寿命等。

德标41Cr4齿轮钢的生产存在以下技术难点：（1）为改善切削加工性，降低加工刀具的磨损，该钢种要求有一定硫含量（S含量0.020%~0.040%），同时要保证非金属夹杂物A粗≤2.5级、A细≤3.0级；（2）钢中的氧含量严重影响齿轮的疲劳寿命，特别对接触疲劳影响显著，为保证产品的疲劳性能，该钢种要求氧含量≤15ppm，严于国内常规齿轮钢氧含量≤20ppm的要求；（3）齿轮不同的使用部位和服役条件，要求齿轮钢具有不同的渗层淬透性和心部淬透性，目前常规齿轮钢对淬透性主要采用单点控制、双点控制或者三点控制，而该钢种要求15个淬透性点的全淬透性带控制，同时末端淬透性的稳定性对齿轮热处理后的变形影响很大，淬透性带越窄越有利于齿轮的加工和啮合精度的提高，该钢种要求淬透性带宽不大于6HRC（国内相关标准对齿轮钢的带宽要求为不大于8-12HRC）。

综上所述，该钢种各项性能要求均严于国内常规齿轮钢的控制要求，整体控制水平要求非常高。国内尚无关于该钢种生产制造的相关技术资料，在当前钢铁行业同质化竞争较为严重的背景下，该钢种的开发，是齿轮钢生产技术水平的提升，也有利于提升企业的竞争力。

发明内容

为克服上述的技术缺点，本发明提供一种41Cr4齿轮钢及其生产方法，它能够通过合理的精炼渣系控制、加硫和钙处理时机、连铸参数设定和保护浇铸等过程控制手段，使钢中的氧含量和夹杂物满足技术要求；并通过对淬透性有重大影响的C、Mn、Cr等化学元素含量的精确设计，结合合理的过程控制方式，降低元素偏析程度，保证上述元素的窄带化、均匀化控制，从而满足15个淬透性点的全淬透性带要求。。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种41Cr4齿轮钢，其组分及重量百分比(Wt%)是：C：0.40%~0.43%，Si：0.15%~0.35%，Mn：0.65%~0.75%，S：0.020%~0.040%，Cr：1.05%~1.15%，Mo≤0.15%，Cu≤0.20%，Al：0.020%~0.050%，B≤0.0003%，还包括如下残余成分：[O]≤12×10-6，P≤0.018%，剩余的为Fe和一些其它微量残余元素。

所述的41Cr4齿轮钢的生产方法，其工艺步骤是：

第一步：转炉冶炼，按照上述的组分及其重量比选取适量材料，然后将材料投入到130t转炉中冶炼，将铁水与废钢加入转炉中，采取双渣法冶炼，严格控制终点C控制在0.08%~0.30%，控制好终点出钢下渣，将终点P控制在≤0.015%；

第二步：炉外精炼，将第一步中获得的钢水钢包吊至LF炉工位，确保炉渣流动性良好，同时控制好Ar气压，防止钢水翻滚严重造成卷渣，RH真空处理前喂入硫线，调整S含量到0.020%~0.040%范围，对钢水进行真空脱气处理，在小于0.266kPa真空度以下处理时间≥18min，真空处理结束后喂入300m硅钙线进行钙处理，然后弱搅拌镇静，控制软吹氩时间≥15min，保证夹杂物充分上浮；

第三步：连铸，将第二步处理过的钢水钢包吊至平台，采用≤40℃的过热度连铸、恒拉速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包浸入式水口、中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程氩气保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处理或者红送加热轧制；

第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，均热温度为1180±20℃，总加热时间≥204min，钢坯出炉后采用高压水除鳞保证钢坯表面的氧化铁皮除干净，经轧机轧制后制得41Cr4齿轮钢。