[发明专利]一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法，钢的元素成分按质量百分比计为C:0.35～0.45％，Si：≤0.08％，Mn：0.30～0.60％，Cr：0.20～0.50％，P：≤0.020％，S：0.010～0.040％，Cu：≤0.10％，Ni：≤0.05％，Mo：≤0.05％，Al：≤0.050％，N：≥0.005％，B：0.0005～0.0035％，Ti:≤0.010％，[O]：≤0.0020％，(Cu+Ni+Mo)：≤0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。成型规格为φ45mm～φ90mm的圆钢，尺寸精度≤±0.15mm。按照GB/T 4162‑2008对圆钢内部超声波探伤满足A级的要求。圆钢截面上外层为部分脱碳层，部分脱碳层的深度≤圆钢公称直径的0.5％d，心部为基体组织，基体组织为铁素体+球化珠光体，球化率达到90％以上。

技术领域

本发明属于铁基合金技术领域，尤其涉及一种齿轮钢及其制造方法。

背景技术

冷锻工艺是一种精密塑性成形技术，相比传统的热锻工艺，冷锻工艺具有生产效率高、尺寸精度好、原材料利用率高与生产成本较低等诸多优势，并且冷锻工艺特别适合大批量制造异形零部件。

冷锻工艺对原材料有着严格的要求，普通的热锻用钢材难以满足冷锻工艺对钢材的要求。冷锻用钢相比热锻用钢必须拥有更高的尺寸精度，更浅的脱碳层深度，并且需要控制球化退火后的钢材硬度与组织球化率。基于冷锻工艺快速发展的现状，开发能够直接用于冷锻加工的中碳齿轮钢是齿轮钢技术领域人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法，通过对钢材的元素成分设计，尺寸精度、脱碳层深度以及球化硬度与组织球化率的控制，获得一种具有优异冷锻性能的中碳齿轮钢，该材料能够用于零部件的冷锻加工成型。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢，所述钢的元素成分按质量百分比计为C:0.35～0.45％，Si：≤0.08％，Mn：0.30～0.60％，Cr：0.20～0.50％，P：≤0.020％，S：0.010～0.040％，Cu：≤0.10％，Ni：≤0.05％，Mo：≤0.05％，Al：≤0.050％，N：≥0.005％，B：0.0005～0.0035％，Ti:≤0.010％，[O]：≤0.0020％，(Cu+Ni+Mo)：≤0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

进一步地，钢的元素成分中Al：0.010％～0.045％，N：0.0050％～0.0180％。

本发明各化学元素对应的主要作用和设计依据是：

C：是确保钢材强度的最基础元素，提高钢中的碳含量将会增加它的马氏体转变能力，但过高的C含量对钢的冷锻性能不利,钢中需要合适的C含量,本发明控制其含量为0.35～0.45％。

Si：在钢中的有一定的脱氧作用，并可以溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，但是Si元素在材料冷加工变形时会引起材料的冷作硬化，因此Si含量的范围确定为≤0.08％，可视为残余元素。

Mn：可以有效地提高钢材淬透性。锰和铁形成的固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成的元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰还可以与钢中的硫形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了钢中硫元素的危害。因此，本发明Mn含量控制为0.30～0.60％。

Cr:在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能。铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可对钢起固溶强化作用，提高钢的淬透性。但是过高的Cr会造成变形强化引起的冷锻开裂。综上考虑，本发明将Cr含量的范围确定为Cr：0.20～0.50％。