[发明专利]一种汽车用含硼高级齿轮钢及其生产工艺

说明书

本发明公开了一种汽车用含硼高级齿轮钢及其生产工艺，该齿轮钢按重量百分比为：C 0.15～0.20％、Si 0.15～0.40％、Mn 1.00～1.30％、Cr 1.00～1.30％、B 0.0005～0.0030％、P 0～0.030％、S 0～0.035％、Cu 0～0.30％、Ni 0.12～0.18％、Al 0.020～0.045％、Ti 0.015～0.035％，余量是Fe和不可避免的杂质，生产工艺包括冶炼、连铸和轧制等工序。本发明通过添加Al、Ti、Ni元素，并采用“固氮保硼”工艺，改进连铸工艺等其它工艺优化措施，使得材料的纯净度、淬透性、晶粒度、组织均匀性、冲击韧性等综合性能得到大幅度提高。

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种汽车用含硼高级齿轮钢及其生产工艺。

背景技术

含硼齿轮钢18CrMnBH主要用于制作沃尔沃、奔驰、凯斯鲍尔等车型的变速箱齿轮。该钢种对淬透性、冲击韧性、非金属夹杂物等项目要求严格，是现有齿轮钢钢种中质量要求最高、检验项目最多、生产难度最大的钢种之一。目前只有少数几个特钢厂采用模铸进行生产，且数量较少，质量不稳定。

硼作为提高淬透性最有效的微量元素加入钢中已有50多年的历史，而硼钢的发展却是缓慢而曲折的。在钢中加入硼的目的主要是提高淬透性，关于硼钢提高淬透性的作用机理和硼钢的应用技术，至今仍在探讨发展中，但是有关基本规律却是一致的，即：a对淬透性起作用的是钢中的固溶硼，硼的作用是推迟先共析铁素体、珠光体和贝氏体转变；b微量固溶硼即可大幅提高钢的淬透性；c存在一个效果最好的最佳含硼量；d碳、氧和氮等元素对硼的淬透性效应具有重要作用。硼在钢中有两种存在状态：固溶态和结合态。只有当硼溶解在奥氏体时才能起到增加淬透性的作用。硼属于高熔点元素，在炼钢温度下仍保持较高的化学活性，容易与氧、氮等元素化合。稍有疏忽就可能将硼加入脱氧不良或富氮的钢中，生成硼的氧化物和氮化物，使相当一部分硼含量处于结合态，从而失去硼增加淬透性的作用。

传统工艺认为，提前加Al、Ti、B元素可以使得产生的杂质有够长时间的上浮而被去除，从而净化钢的纯净度。由于传统工艺无法有效控制18CrMnBH中的有效硼含量，导致淬透性不稳定，此外冲击韧性、非金属夹杂物等综合性能指标也很难达到汽车厂的使用要求，因此如何确保该钢种有效硼含量从而提高淬透性，并提高材料纯净度、晶粒度、组织均匀性、冲击韧性等性能指标已经成为行业的一大难点。

发明内容

本发明的目的：针对含硼齿轮钢(18CrMnBH)现有技术上存在的缺点，本发明提出一种含硼高级齿轮钢(18CrMnBHZ)及其生产工艺，与18CrMnBH相比有相似的C含量、Si含量、Mn含量和Cr含量，但加入Al、Ti元素后，充分细化晶粒，提高材料晶粒度，固氮保硼，提高材料淬透性，加入微量Ni元素，提高材料冲击韧性，且通过改进工艺提高钢水纯净度和材料的组织均匀性，最终提高了材料的综合使用性能。

本发明的技术方案：

提供一种汽车用含硼高级齿轮钢，该齿轮钢按重量百分比的化学元素成分为：

C 0.15～0.20％、Si 0.15～0.40％、Mn 1.00～1.30％、Cr 1.00～1.30％、B0.0005～0.0030％、P 0～0.030％、S 0～0.035％、Cu 0～0.30％、Ni 0.12～0.18％、Al0.020～0.045％、Ti 0.015～0.035％，余量是Fe和不可避免的杂质。

提供一种汽车用含硼高级齿轮钢的生产工艺，包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼、软吹、连铸和轧制，具体过程如下：