[发明专利]一种含硫齿轮钢及其生产的方法

说明书

本发明提供了一种含硫齿轮钢及其生产的方法，所述含硫齿轮钢的化学成分按质量百分比计包括：C：0.18‑0.19％，S:0.020‑0.030％，Si：≤0.10％，Mn：1.33‑1.37％，Cr：1.23‑1.27％，Al：0.033‑0.041％，N：100‑120ppm，其余组分为Fe以及不可避免的杂质；其中，Te和S元素之间的质量比关系满足：Te/S＝0.05‑0.10；所述含硫齿轮钢中硫化物呈MnTe包裹的MnS双层复合夹杂物，平均长宽比为1.5‑2.0；所述方法利用Te元素对齿轮钢硫化物进行调整，实现了改善硫化物形态，增加其硬度，减小锻造时的变形量的效果。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，尤其涉及一种含硫齿轮钢及其生产的方法。

背景技术

齿轮钢是典型的特殊钢，它们是汽车动力传递系统及工程机械的关键材料，我国每年有上百万吨的市场需求。齿轮钢中硫含量通常在0.015-0.035％，硫的添加可以调控产品的切削性能、抗震性能，并起到防止裂纹扩散作用，但由于国内钢厂硫化物调控技术及手段的落后，齿轮钢中硫化物形态无法满足高端用户的硫化物检验标准，产品各向异性严重、切削性能差，难以获得汽车主机厂的质量认证。因此硫化物形态控制水平成为含硫特殊钢迈入高端市场最基本要求。硫元素能够提高钢材的切削性能，起到润滑、断屑等作用，是非调质钢、齿轮钢钢中需要添加的元素。但硫化物相对钢基体更软、熔点更低，在热轧过程中会变为长条形，对钢力学性能有害，将硫化物调控为球形、纺锤形等长宽比较小的硫化物，是含硫钢取得加工与力学性能平衡的关键。现有技术中，控制MnS为主的硫化物夹杂的形态的主要措施为向钢中添加Ca、Zr、Ba等元素。

Ca处理方法，一般是向钢中添加Ca，含量在0.001～0.010％范围，可有效改善非调质钢的切削性能。CN107760824B公开了一种非调质钢或齿轮钢中硫化物夹杂改质的冶炼方法，其改质工艺的实现主要是向精炼后的钢液中喂入硅镁钙复合包芯线，或者分别喂入硅镁、硅钙包芯线，使得钢中的全镁含量在4～25ppm之间，钙含量在5～25ppm之间，通过优化精炼过程钢中氧、硫、锰、钙、镁、铝的含量，可有效实施对非调质钢、齿轮钢的夹杂物改质，进而控制硫化物的形态、大小、分布。然而实际生产中由于Ca合金的收得率难以保证，且对于有Al要求的钢易造成钢液可浇性差的问题。

Zr处理方法，采取向钢中添加Zr元素的方法控制MnS形态，采取Zr脱氧，利用ZrO₂作为凝固过程中MnS的异质形核核心，达到细化MnS的目的。CN110172638B公开了一种改善非调质钢中MnS夹杂物形态的冶金方法，所述方法生产方法：转炉冶炼；在钢包炉中采用白渣精炼；RH真空处理；浇注成方坯后轧制成圆钢；加工成齿轮并高温渗碳处理。本发明通过在传统齿轮钢的基础上添加V、N、Zr、Al、S等元素，使齿轮钢在950～1100℃渗碳，并保温4.5～5.5h下，奥氏体晶粒度不低于6级，满足用户高温渗碳工艺的需求；但二氧化锆容易聚集在钢材内部，形成脆性夹杂物，对钢的性能会产生一定危害。

Ba处理方法是向钢中添加0.0001-0.03％的钡合金，提高含硫非调质钢洁净度的同时，细化硫化物夹杂。CN108300833A公开了一种提高20CrMnTi齿轮钢连铸钢水质量的冶炼方法，有如下骤：(1)LF精炼电炉配加30％以上的铁水；(2)渣料配加量为石灰，电炉冶炼保证全程泡沫渣埋弧操作；(3)控制出钢钢水C≥0.05％、P≤0.010％，温度大于1630℃；(4)出钢前向钢包内加入硅锰合金、中碳铬合金，烘烤；(5)炉后脱氧；(6)电炉出钢口出钢时间大于110秒；(7)出完钢后迅速将吹氩氩气调整到软吹；(8)脱氧制度：出钢前加入铝渣球，电石，钢水出到20吨后加入硅钙钡，铝铁钢，出钢时间在140±10秒。由于钡与钙同族，且其活性更强，实际生产中钢材的收得率较低，操作有困难。

为优化硫化物在含硫齿轮钢中的形态，提升其综合性能，需要优化现有工艺。

发明内容