[发明专利]一种传动齿轮用特种钢及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种特种钢，具体涉及一种耐磨耐蚀的特种钢及其加工方法。

背景技术

特种钢也叫合金钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。

合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5％)，中合金钢(含量5％～10％)，高合金钢(含量>10％)；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。

在工业生产中，有些化工生产设备中的某些部件在使用过程中不仅要经受磨损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。

同时在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。噪声是各种不同频率和声强的无规律的、杂乱的组合。噪声起源于振动，其大小不仅决定于振源的传递和噪声的辐射。控制噪声最有效最根本的途径是直接控制噪声源，即使是对噪声源的局部减弱，也将有助于对传播途径和接收者这两方面噪声控制工作的简化，并将起到提高抑制噪声的效果。齿轮经长期运转，齿面磨损、咬伤和变形，啮合时动齿侧间隙过大，啮合不良，会产生振动、冲击和噪声，是机械传动噪声的主要因素。现有技术通常通过增加减震设备或改变空间结构达到减震降噪的效果，但依然有进一步提升的空间，能否从其他角度入手降低噪声，是个值得深入研究的课题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中某些化工设备零件的特殊要求，本发明的第一个目的是提供一种传动齿轮用特种钢，本发明的另一个目的是提供该传动齿轮用特种钢的加工方法。

技术方案：本发明所提供的一种传动齿轮用特种钢，成份以铁为主，其控制碳含量小于0.03％，所述传动齿轮用特种钢还包括铬、镍、铜、镁、锰。

优选的，所述传动齿轮用特种钢，所述特种钢各成分质量百分比为：碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，铁余量。

我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制钢材中铬的含量为13～17％(重量百分比)，最优含量为16％。

同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且更为坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为6％。

此外，我们还发现加入微量的铜一方面可以提高钢材耐大气腐蚀的性能，另一方面可以和锰协同作用，使得本特种钢被敲击或摩擦时发出的声响相对沉闷暗哑，自噪声较低，具有一定的降噪作用，满足了对音噪要求更高的应用需求。

此外，加入少量的镁和锰，可使得钢的晶粒更加细致均匀，易加工成型，同时较之于普通钢材，其具备一定的减震性能，在具备更高的耐磨性和耐高温性的同时，进一步满足了对低自噪声、高舒适性、高安全性的应用需求。

本发明的一个优选方案为：低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。

更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在450～850℃下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr₂₃C₆，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.5％。