[发明专利]一种Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Nb‑Ti‑B微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法，所述Nb‑Ti‑B微合金化渗碳齿轮钢包括C、Si、Mn、Cr、Nb、Ti、B、S、[N]，其余为Fe和不可避免的杂质元素，同时0.005％≤△Xc≤0.020％，其中，△Xc＝(0.25×[Nb])/7.74+(0.65×[Ti])/3.42；B≥([N]‑Ti/3.42)/1.4+0.001；所述Nb‑Ti‑B微合金化渗碳齿轮钢的渗层残余奥氏体含量控制在≥13％的较高水平，兼具高强度高韧性和优良的接触疲劳性能。

技术领域

本发明属于齿轮钢技术领域，具体涉及一种Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法。

背景技术

齿轮钢是特钢领域中用量较大，要求较高的关键材料，广泛应用于机械、交通、能源等领域。齿轮钢的性能要求不仅影响设备的寿命等技术经济指标，同时影响着使用安全性等要求。齿轮工作环境复杂、恶劣，主要失效形式为啮合面磨损，接触疲劳引起的麻坑剥落、齿根弯曲疲劳而产生裂纹或折断等。

中国专利CN 105039867A中公开了一种加氮20MnCr5齿轮钢及其生产方法，其通过控制生产冶炼流程具有性能稳定、淬透性窄带宽、热处理变形小、表面质量好的有点。该钢的化学成分(重量％)为：C 0.18～0.21％，Mn 1.25～1.35％，P≤0.020％，S 0.020～0.030％，Cr 1.16～1.24％，Al 0.025～0.045％，Ti 0.010～0.015％，N 0.0060～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。但是其强度较低，已不能满足未来机车发展需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢及其制备方法，通过采用复合微合金化方式，通过添加Nb和Ti微合金元素并控制其含量，利用析出的Nb(C、N)和Ti(C、N)钉扎位错运动，从而达到提高材料强度的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢，所述Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.18～0.23％，Si：≤0.30％，Mn：1.10～1.40％，Cr：1.10～1.30％，Nb：0.010～0.055％，Ti：0.020～0.060％，B:0.0005～0.0035％，P：≤0.010％，S：0.005～0.035％，T.O：≤20ppm，[H]：≤2.0ppm，[N]：50-80ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素，同时，0.005％≤△Xc≤0.020％；其中，△Xc＝(0.25×[Nb])/7.74+(0.65×[Ti])/3.42；B≥([N]-Ti/3.42)/1.4+0.001。利用析出的Nb(C、N)和Ti(C、N)钉扎位错运动，从而达到提高材料强度的目的。

所述Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢优选为包括以下重量百分比的化学成分：C：0.20～0.22％，Si：0.24～0.28％，Mn：1.25～1.35％，Cr：1.15～1.25％，Nb：0.030～0.055％，Ti：0.030～0.055％，B:0.0005～0.0010％，P：≤0.010％，S：0.017～0.025％，T.O：≤20ppm，[H]：≤2.0ppm，[N]：70-80ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

所述Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢的在调质状态下的金相组织为板条马氏体，晶粒度等级≥8.5级。

所述Nb-Ti-B微合金化渗碳齿轮钢在调质状态下的抗拉强度≥1500MPa，屈服强度≥1200MPa，断面收缩率≥45％，断后伸长率≥17％，冲击功KU₂≥40J，经渗碳调质处理后在4.0GPa接触应力条件下，L₁₀≥4.5×10⁷，L₅₀≥7.7×10⁷。