[发明专利]汽车变速器渗碳淬火齿轴用热轧棒材制造新工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制造领域，涉及一种汽车6档变速器用关键零件渗碳淬火齿 轴用钢的制造方法，主要用于Φ30mm～Φ100mm渗碳齿轴类零件钢QS4321S0 (20CrNiMoS6-4H)的生产。

背景技术

随着我国汽车工业的高速发展，对汽车用钢的纯净度、淬透性带宽、带状等质量水 平也提出了更高的要求。而决定汽车变速器质量及稳定性的关键在于齿轴类零件用钢的质 量，因此要求渗碳齿轴类零件钢QS4321S0(20CrNiMoS6-4H)的质量指标很高，低气体含 量：氢含量不大于2×10^-6，氧含量不大于20×10^-6;高纯净度：钒含量不大于0.02%，钛含量 不大于0.02%,砷含量不大于0.05%,铌含量不大于0.02%,硼含量不大于0.0008%，钙含量 不大于0.0020%，夹杂物：B细不大于1.5级、B粗不大于1.0级；冶金质量的均匀一致性：低倍： 中心疏松不大于2.0级、一般疏松不大于2.0级、锭型偏析不大于2.0级，渗碳晶粒度5级～8 级，带状在2.5级以下；窄淬透性（HRC）：J5mm:43～48、J9mm:40～47、J15mm:35～44。目前，国 内、外使用Cr-Ni-Mo系齿轮钢都存在成分和组织偏析问题，致使零件热处理后变形大，零件 之间啮合不良，噪音增加的同时，也严重影响零件的使用寿命；未见国内、外文献有相关研 究的报道。

发明内容

发明公开一种汽车变速器渗碳淬火齿轴用热轧棒材制造新工艺，解决6档变速器 用钢QS4321S0(20CrNiMoS6-4H)的的纯净度、晶粒度、淬透性及带状偏析问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：通过原始配料和优化冶炼工艺，保证 钢液纯净度；通过控制化学成分和锭型优化、浇注工艺的控制保证钢材淬透性合格；采用钢 锭高温扩散工艺保证钢材带状合格；通过采用控制轧制及控制冷却保证钢材晶粒度在5～8 级。

1.工艺路线：炼钢（电炉）→炉外精炼（LF→VD）→模铸（锭型为2.1t）→初轧开 190方坯（850轧机）→连轧成材（24架连轧机）→冷却/热处理→矫直→探伤→修磨。

2.具体工艺制度：

⑴化学成分

汽车变速器齿轴钢QS4321S0(20CrNiMoS6-4H)化学成分应符合表1规定；

表120CrNiMoS6-4H化学成分

表1（续）

⑵炼钢工艺

①电炉工艺

总装炉量65t～68t，配料选用优质废钢、生铁，优质生铁配入量大于40%；电炉出钢加渣 料采用优质白灰（氧化钙不小于90％，生烧率不大于10%）700kg～900kg，出钢前3min～ 5min降低用氧强度，增加喷碳粉用量，每炉约200kg～300kg；出钢不允许下氧化渣；出钢过 程按1.0kg/t加铝;出钢温度不低于1630℃，出钢磷不大于0.010％；

②LF炉精炼工艺

全程采用碳粉和铝粒混合物扩散脱氧，首批脱氧剂全部用铝粒，加入量30kg～60kg（根 据渣况可适当调整加入量）。渣白取样，取完样1后，采用铝粒和碳粉混合物脱氧保持白渣； 依样1全铝结果（考虑炉中），按0.08%喂铝，根据渣况可适当调整喂铝量，白渣保持时间不小 于30min；全程中等强度氩气搅拌，加入合金料时大氩气搅拌；出钢温度：1670℃～1690℃；

③VD工艺

VD入罐前进行扒渣处理控制渣层厚度在40mm～80mm，考虑炉中按0.06％喂入铝线(可 根据炉中进行适当调整喂入量)；VD真空度不大于100Pa,保持时间10min～20min，必须保持 真空下大流量氩气搅拌；开盖后取样，根据成品样调硫、调铝，喂后软吹时间不小于15min； VD出钢温度1580℃～1600℃；

④浇注工艺

浇注2.1t锭型，锭模温度：30℃～80℃，低于此温度进行预热处理；浇注过程中采用氩 气保护浇注；当钢液上升至帽口线2/3处时，加入发热剂。

⑶轧制工艺

①初轧开坯工艺

钢锭在加热炉中以表温1250℃±10℃保温8h～10h，然后将表温降温至1230℃，锭温为 1210℃±10℃保温1h出炉.轧制成190方坯；轧后钢坯入坑缓冷55h；

②连轧加热工艺