一種41Cr4齒輪鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種41Cr4齒輪鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 41Cr4是德標(biāo)系列中的高端齒輪鋼，主要用于制造汽車、卡車等變速箱軸、齒輪類 零件。隨著汽車制造的進(jìn)步，汽車齒輪向著低成本、靜噪聲、長壽命的方向發(fā)展，對材料的要 求也不斷提高，要求材料具有良好的加工工藝性能、窄的淬透性帶、高的疲勞壽命等。
[0003] 德標(biāo)41Cr4齒輪鋼的生產(chǎn)存在以下技術(shù)難點(diǎn)：（1)為改善切削加工性，降低加工刀 具的磨損，該鋼種要求有一定硫含量（S含量0. 020%~0. 040%)，同時要保證非金屬夾雜物A 粗< 2. 5級、A細(xì)< 3. 0級；（2)鋼中的氧含量嚴(yán)重影響齒輪的疲勞壽命，特別對接觸疲勞 影響顯著，為保證產(chǎn)品的疲勞性能，該鋼種要求氧含量< 15ppm，嚴(yán)于國內(nèi)常規(guī)齒輪鋼氧含 量< 20ppm的要求；（3)齒輪不同的使用部位和服役條件，要求齒輪鋼具有不同的滲層淬透 性和心部淬透性，目前常規(guī)齒輪鋼對淬透性主要采用單點(diǎn)控制、雙點(diǎn)控制或者三點(diǎn)控制，而 該鋼種要求15個淬透性點(diǎn)的全淬透性帶控制，同時末端淬透性的穩(wěn)定性對齒輪熱處理后 的變形影響很大，淬透性帶越窄越有利于齒輪的加工和嚙合精度的提高，該鋼種要求淬透 性帶寬不大于6HRC (國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對齒輪鋼的帶寬要求為不大于8-12HRC)。
[0004] 綜上所述，該鋼種各項(xiàng)性能要求均嚴(yán)于國內(nèi)常規(guī)齒輪鋼的控制要求，整體控制水 平要求非常高。國內(nèi)尚無關(guān)于該鋼種生產(chǎn)制造的相關(guān)技術(shù)資料，在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)同質(zhì)化競 爭較為嚴(yán)重的背景下，該鋼種的開發(fā)，是齒輪鋼生產(chǎn)技術(shù)水平的提升，也有利于提升企業(yè)的 競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種41Cr4齒輪鋼及其生產(chǎn)方法，它能夠通 過合理的精煉渣系控制、加硫和鈣處理時機(jī)、連鑄參數(shù)設(shè)定和保護(hù)澆鑄等過程控制手段，使 鋼中的氧含量和夾雜物滿足技術(shù)要求；并通過對淬透性有重大影響的C、Mn、Cr等化學(xué)元素 含量的精確設(shè)計(jì)，結(jié)合合理的過程控制方式，降低元素偏析程度，保證上述元素的窄帶化、 均勻化控制，從而滿足15個淬透性點(diǎn)的全淬透性帶要求。。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方法是：一種41Cr4齒輪鋼，其組分及重量 百分比（Wt%)是：C :0· 40%~0· 43%，Si :0· 15%~0· 35%，Mn :0· 65%~0· 75%，S :0· 020%~0· 040%， Cr : L 05%~1· 15%，Mo 彡 0· 15%，Cu 彡 0· 20%，Al :0· 020%~0· 050%，B 彡 0· 0003%，還包括如下 殘余成分：[0]彡12X 10-6, P彡0. 018%，剩余的為Fe和一些其它微量殘余元素。
[0007] 所述的41Cr4齒輪鋼的生產(chǎn)方法，其工藝步驟是： 第一步：轉(zhuǎn)爐冶煉，按照上述的組分及其重量比選取適量材料，然后將材料投入到 130t轉(zhuǎn)爐中冶煉，將鐵水與廢鋼加入轉(zhuǎn)爐中，采取雙渣法冶煉，嚴(yán)格控制終點(diǎn)C控制在 0. 08%~0. 30%，控制好終點(diǎn)出鋼下澄，將終點(diǎn)P控制在彡0. 015% ; 第二步：爐外精煉，將第一步中獲得的鋼水鋼包吊至LF爐工位，確保爐渣流動性良好， 同時控制好Ar氣壓，防止鋼水翻滾嚴(yán)重造成卷渣，RH真空處理前喂入硫線，調(diào)整S含量 到0. 020%~0. 040%范圍，對鋼水進(jìn)行真空脫氣處理，在小于0. 266kPa真空度以下處理時間 彡18min，真空處理結(jié)束后喂入300m硅鈣線進(jìn)行鈣處理，然后弱攪拌鎮(zhèn)靜，控制軟吹氬時間 彡15min，保證夾雜物充分上??； 第三步：連鑄，將第二步處理過的鋼水鋼包吊至平臺，采用< 40°C的過熱度連鑄、恒拉 速、液面自動控制技術(shù)、結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，使用包括大包長水口氬封、中包浸入式水口、 中包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣的措施對鋼水進(jìn)行全程氬氣保護(hù)澆注，將鋼坯進(jìn)行堆垛緩冷處 理或者紅送加熱軋制； 第四步：加熱軋制，對緩冷處理后的鑄坯或紅送鋼坯進(jìn)行加熱，均熱溫度為 1180 ± 20 °C，總加熱時間彡204min，鋼坯出爐后采用高壓水除鱗保證鋼坯表面的氧化鐵皮 除干凈，經(jīng)軋機(jī)軋制后制得41Cr4齒輪鋼。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：通過雙渣法冶煉、采取滑板擋渣措施嚴(yán)格控制下渣等措施 控制好初始的全氧含量，控制好精煉溫度及渣的堿度，確保RH精煉時間及控制軟吹氬時 間，連鑄過程全程氬封保護(hù)澆鑄，確保了鋼中氧含量< 12ppm，優(yōu)于國內(nèi)常規(guī)齒輪鋼的控制 要求；在理論模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過對淬透性有重大影響的C、Mn、Cr等化學(xué)元素含量的 合理設(shè)計(jì)；同時經(jīng)分析對淬透性穩(wěn)定性影響較大的B元素，優(yōu)選合金、輔料等，確保B含量 < 0. 0003% ;另外制定合適的連鑄工藝降低元素偏析程度，確保了上述元素的窄帶化、均勻 化控制，從而滿足15個淬透性點(diǎn)的全淬透性帶窄帶化控制要求。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明41Cr4端淬透性能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011] 一種41Cr4齒輪鋼，其組分及重量百分比（Wt%)是：C :0. 40%~0. 43%，Si : 0. 15%~0, 35%, Mn ：0. 65%~0, 75%, S ：0. 020%~0, 040%, Cr ：1. 05%~1, 15%, Mo ^ 0. 15%, Cu < 0· 20%，Al :0· 020%~0· 050%，B < 0· 0003%，還包括如下殘余成分：[0] < 12X 10-6， P < 0. 018%，剩余的為Fe和一些其它微量殘余元素。
[0012] 所述的41Cr4齒輪鋼的生產(chǎn)方法，其工藝步驟是： 第一步：轉(zhuǎn)爐冶煉，按照上述的組分及其重量比選取適量材料，然后將材料投入到 130t轉(zhuǎn)爐中冶煉，將鐵水與廢鋼加入轉(zhuǎn)爐中，采取雙渣法冶煉，嚴(yán)格控制終點(diǎn)C控制在 0. 08%~0. 30%，控制好終點(diǎn)出鋼下澄，將終點(diǎn)P控制在彡0. 015% ; 第二步：爐外精煉，將第一步中獲得的鋼水鋼包吊至LF爐工位，確保爐渣流動性良好， 同時控制好Ar氣壓，防止鋼水翻滾嚴(yán)重造成卷渣，RH真空處理前喂入硫線，調(diào)整S含量 到0. 020%~0. 040%范圍，對鋼水進(jìn)行真空脫氣處理，在小于0. 266kPa真空度以下處理時間 彡18min，真空處理結(jié)束后喂入300m硅鈣線進(jìn)行鈣處理，然后弱攪拌鎮(zhèn)靜，控制軟吹氬時間 彡15min，保證夾雜物充分上??； 第三步：連鑄，將第二步處理過的鋼水鋼包吊至平臺，采用< 40°C的過熱度連鑄、恒拉 速、液面自動控制技術(shù)、結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，使用包括大包長水口氬封、中包浸入式水口、 中包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣的措施對鋼水進(jìn)行全程氬氣保護(hù)澆注，將鋼坯進(jìn)行堆垛緩冷處 理或者紅送加熱軋制； 第四步：加熱軋制，對緩冷處理后的鑄坯或紅送鋼坯進(jìn)行加熱，均熱溫度為 1180 ± 20 °C，總加熱時間彡204min，鋼坯出爐后采用高壓水除鱗保證鋼坯表面的氧化鐵皮 除干凈，經(jīng)軋機(jī)軋制后制得41Cr4齒輪鋼。
[0013] 實(shí)施例1 :一種41Cr4齒輪鋼，其組分及重量百分比（Wt%)是：C :0. 42%，Si :0. 25%， Mn ：0. 70%, S ：0. 025%, Cr ：1. 12%, Mo ：0. 001%, Cu ：0. 03%, Al ：0. 028%, B ：0. 0001%, [0]： 8X 1〇Λ P :0. 010%，剩余的為Fe和一些其它微量殘余元素。
[0014] 1、轉(zhuǎn)爐冶煉，選取上述材料，采用130t的轉(zhuǎn)爐冶煉，將鐵水與廢鋼加入轉(zhuǎn)爐中，鐵 水與廢鋼之比（重量比Wt%)大于15:1，使用優(yōu)等廢鋼，嚴(yán)格控制終點(diǎn)C :0. 08%~0. 30%，將終 點(diǎn)P控制在< 0. 015%，控制好終點(diǎn)出鋼下渣，出鋼過程采用滑板擋渣技術(shù)嚴(yán)格控制下渣量， 出鋼1/3時加入鋁鐵進(jìn)行預(yù)脫氧； 2、 爐外精煉，出鋼后天車將鋼水鋼包吊至LF爐工位，測溫、取樣測成分，開始電極加 熱，通電3分鐘后分批加入石灰和螢石進(jìn)行