[发明专利]一种硼微合金化齿轮钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼微合金化齿轮钢及其制备方法，所述硼微合金化齿轮钢的各个组分含量为(重量百分比)：C：0.13～0.20％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.00～1.40％、P：≤0.020％、S：0.015～0.035％、Cr：1.00％～1.40％、Mo：≤0.05％、Ni：≤0.30％、Cu：≤0.10％、Ti：≤0.10％、Nb：0.02～0.07％、B：0.0005～0.003％、Al：≤0.040％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.007％、Bi：≤0.005％、[O]：≤15×10‑4％、[N]：≤150×10‑4％、[H]：≤1.5×10‑4％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制得的硼微合金化齿轮钢具有良好的淬透性能、强韧性能和疲劳性能，有效解决了传统锰铬齿轮钢在齿轮加工过程中晶粒粗大、混晶等传统渗碳热处理工艺常遇到的问题。

技术领域

本发明涉及结构钢技术领域，具体地涉及一种硼微合金化齿轮钢及其制备方法。

背景技术

齿轮是重要的传动零件，主要用于车辆齿轮和工业齿轮。进入21世纪以来，由于高技术产品的快速发展，对齿轮钢的质量和性能也提出了越来越高的要求。传统齿轮在加工过程中，晶粒粗大、混晶仍是渗碳热处理工艺常遇到的问题。随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，真空高温渗碳炉及其工艺将得到快速发展，渗碳热处理工艺温度提高，渗碳效率提升，会带来钢的晶粒粗大，给钢的质量提出更高要求，现有齿轮钢制造工艺已很难满足我国现代工业产业的转型对重载齿轮钢的质量要求。因此开发高性能齿轮钢成为传统结构材料的一个关注热点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种硼微合金化齿轮钢及其制备方法，本发明制得的硼微合金化齿轮钢具有良好的淬透性能、强韧性能和疲劳性能，有效解决了传统锰铬齿轮钢在齿轮加工过程中晶粒粗大、混晶等传统渗碳热处理工艺常遇到的问题。

为达到上述目的，本发明一种硼微合金化齿轮钢，其化学成分质量百分比为：C：0.13～0.20％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.00～1.40％、P：≤0.020％、S：0.015～0.035％、Cr：1.00％～1.40％、Mo：≤0.05％、Ni：≤0.30％、Cu：≤0.10％、Ti：≤0.10％、Nb：0.02～0.07％、B：0.0005～0.003％、Al：≤0.040％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.007％、Bi：≤0.005％、[O]：≤15×10^-4％、[N]：≤150×10^-4％、[H]：≤1.5×10^-4％，其余为Fe和不可避免的杂质。

为保证齿轮钢稳定的淬透性能，进一步优化的所述硼微合金化齿轮钢的化学组成按质量百分数为：C：0.16～0.18％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.20～1.30％、P：≤0.015％、S：0.015～0.025％、Cr：1.20％～1.30％、Mo：≤0.05％、Ni：≤0.30％、Cu：≤0.10％、Ti：0.02～0.04％、Nb：0.03～0.05％、B：0.001～0.002％、Al：0.015～0.040％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.007％、Bi：≤0.005％、[O]：≤15×10^-4％、[N]：80～120×10^-4％、[H]：≤1.5×10^-4％，其余为Fe和不可避免的杂质。

钢材微合金化技术是指在钢铁材料中添加低于0.1％(wt)的V、Nb、Ti、B等微合金化元素，这些微合金化元素通常以细小的碳氮化物的形式存在于奥氏体或铁素体组织中，通过细化晶粒强化或纳米级的沉淀强化来改善钢的综合性能。

本发明中钢的微合金化设计，以低碳锰铬齿轮钢为基础，通过在钢中添加微合金化元素Nb、B、Ti、Al、N，提高钢的淬透性、强韧性和疲劳性能，提高高温渗碳热处理工艺条件的渗碳效率，采用微合金元素细化晶粒，防止高温渗碳条件下晶粒粗化。