[发明专利]一种低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法

说明书

本发明公开了一种低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢，其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.17～0.20％、Si：0.17～0.25％、Mn：0.8～0.85％、Cr：1～1.1％、Al：0.02～0.03％、Ti：0.04～0.05％、N：0.009～0.014％、Mo≤0.02％、Ni≤0.03％、Cu≤0.05％、Nb≤0.02％、V＜0.01％、Ca≤0.004％、B≤0.0003％。此外，本发明还公开了一种由上述的低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢制得的棒材。另外，本发明还公开了上述棒材的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和浇铸；(2)加热；(3)锻造或轧制；(4)淬火+回火：其中淬火的奥氏体化温度为840～1050℃，奥氏体化后采用油淬；回火温度为180～220℃，回火后空冷或水冷。

技术领域

本发明涉及一种钢材、棒材及其制造方法，尤其涉及一种20CrMnTiH齿轮钢、棒材及其制造方法。

背景技术

齿轮是汽车、工程机械及机械制造业中非常重要的传动零件。在传递动力和改变速度的运行过程中，齿轮的啮合齿面之间既存在滚动，又存在滑动，且轮齿根部还会受到交变弯曲应力的作用。

近年来，随着齿轮钢应用领域朝着高速、重载、精密和低噪音的方向发展，市场要求齿轮不仅需要具有良好的强韧性、耐磨性，能良好地承受冲击、弯曲和接触应力，还需要具有热处理变形小、尺寸精度高等优异性能。这就对于齿轮钢材的质量提出了更高的要求，普遍要求齿轮钢的洁净度高(氧含量≤15ppm)、淬透性窄、组织均匀、晶粒匀细、夹杂物细小弥散、表面质量好。

淬透性是齿轮用钢的最重要技术指标之一，其能够直接影响齿轮的强韧性和齿轮加工过程中的热处理变形性能，进而影响齿轮产品的疲劳寿命及齿轮工作过程中的平稳性能。

相应地，齿轮钢末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后的变形量影响很大，渗碳齿轮钢要求淬透性带宽必须很窄，淬透性带宽愈窄，离散度愈小，愈有利于齿轮的加工及提高其啮合精度，且要求批量之间的波动性很小，以使批量生产的齿轮的热处理质量稳定，配对啮合性能提高，延长使用寿命。另外，当钢材的淬透性带宽控制不严时，很容易出现心部硬度超差的现象，为避免齿轮因心部硬度过高或过低出现早期失效(脆断或过载断裂)，汽车用齿轮往往要求钢材具有特定范围的淬透性带宽。

然而，目前我国GB/T5216中对20CrMnTiH下2/3带的淬透性要求为J5＝36-44HRC，J9＝30-38HRC，J15＝22-31HRC，相当于淬透性带宽超过8HRC，汽车行业对淬透性带宽的要求比国标严格，但也仅限于带宽≤7HRC。

近年来，国外广泛使用特定范围的窄淬透性齿轮钢，生产高精度、高性能齿轮，以减轻汽车自重、提高承载能力和运行的安全稳定性。缩小齿轮钢的淬透性带宽成为近年来国内外齿轮钢研究的热点。

20CrMnTiH作为我国用量最大的齿轮钢，在国内的汽车生产企业得到了广泛应用。由于该钢种主要元素价格低廉、晶粒长大倾向小、大家对其工艺比较熟悉等，在我国齿轮行业中的统治地位难以动摇，故应继续提高和稳定主体钢种20CrMnTiH的实物质量，其中非常重要的一点是需要根据用户不同使用需求，提供特定范围的窄淬透性带宽钢种。但由于20CrMnTiH钢具有自身的特殊钢种特性，其淬透性带宽的控制相对于其他齿轮钢难度更大。

基于此，为了克服以上缺陷，期望获得一种低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢，该钢材满足了用户对20CrMnTiH低窄带宽特性的需求，其具有较好的强韧性，可以用来替代20CrMoH齿轮钢，从而达到降低成本的目的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢，该低窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢通过合理的化学成分设计，可以满足用户对20CrMnTiH钢在J5、J9和J15这三个点最窄4HRC带宽的需求，其可以用于替代20CrMoH齿轮钢，以达到降低成本的目的。