[发明专利]一种16MnCrS5齿轮钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种16MnCrS5齿轮钢及其生产方法，其包括按重量百分数计的如下元素：C：0.14％～0.19％、Mn：1.00％～1.30％、Cr：1.00％～1.20％、Si：≤0.25％、Ni：0.10～0.40％、N：0.0060％～0.0150％、Al：0.020％～0.045％，余量为铁和不可避免的杂质元素，其中，P：≤0.020％、S：0.020％～0.040％、As≤0.04％、Sn≤0.02％、Sb≤0.010％、Pb≤0.008％、Bi≤0.010％、B≤0.0003％，Nb≤0.01％，Ti≤0.01％，[O]≤15×10^‑6。本发明的齿轮钢具有以下有效效果：低成本，高纯净度、窄淬透性、高疲劳强度，性能稳定。

技术领域

本发明属于冶金制造技术领域，特殊钢类，涉及一种钢及其生产工艺，具体来说是用于汽车变速箱的一种控氮、硫、镍的16MnCrS5齿轮钢及其生产工艺。

背景技术

16MnCrS5属于Mn-Cr系齿轮钢，渗碳钢类。Mn-Cr系齿轮钢是我国从德国引进的钢号，是高标准轿车齿轮系列用钢。该系列钢种淬透性很好、热处理变形小、低温韧性好、切削加工性能好，可作为渗碳件和截面较大的调质件。由于汽车行业生产的自动化程度较高，采用流水线自动生产，对材料的要求较高。国内外对Mn-Cr系齿轮钢要求纯净度高、表面质量好、尺寸公差窄、冷加工性能好、组织均匀、晶粒细小、淬透性带窄等。目前，国内对Mn-Cr系齿轮钢要求钢中氧含量控制在20ppm以下，一些高端用户要求钢中的氧含量≤15ppm；淬透性带为4个HRC。为保证齿轮钢产品质量，现有技术中的生产工艺主要有：

公开号：CN102517521A，名为“一种MnCr渗碳齿轮钢及其制造方法”的专利介绍了一种MnCr渗碳齿轮钢及其制造方法，其组成按质量百分数为:C:0.25～0.30％、Si:≤0.12％、Mn:0.60～0.80％、Cr:0.80～1.10％、P:≤0.035％、S:0.020～0.050％、Al:0.020～0.055、[O]≤20ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。但未提及钢中Al/N的配比要求。

公开号:CN101864540A名为“一种含微量Ti的20MnCr5棒材”的专利介绍了20MnCr5包括以下成份:C:0.15％～0.22％，Cr:1.00％～1.30％，Mn:1.10％～1.50％，Ti:0.010％～0.015％，Si:≤0.40％，P:≤0.035％，S:≤0.035％，Al:0.015％～0.050％，余量是Fe。该成分配比可以减少钢中氮化铝的生产量，进而减少铸坯在生产20MnCr5棒材时出现裂纹的现象，从而提高棒材成品表面质量，提高探伤合格率。但加入Ti后，容易生产硬而脆的TiN夹杂，影响齿轮的疲劳寿命。

《河北冶金》中2015年2月公开的“铝氮比对轿车用渗碳钢晶粒混晶的影响”文献中介绍的组分重量百分比(Wt％)为：C：0.17％～0.22％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.10％～1.40％，Cr：Cr:1.00％～1.30％，S：0.015％～0.035％，P：≤0.020％、Al：0.020％～0.045％的20MnCr5钢，钢中的铝含量≥0.025％且[Al]/[N]≥3时，能够保证在930℃保温6h的热处理工艺下不发生混晶现象。但该品种Si控制较高，齿轮渗碳过程中晶间易发生氧化的问题，影响渗碳质量，同时钢中合金含量控制范围较宽，不利于淬透性窄带化控制。

公开号CN105039867A名为“一种加氮20MnCr5齿轮钢及其生产方法”的专利介绍了C:0.18％～0.21％，Si:≤0.12％，Mn:1.25％～1.35％，Cr:1.16％～1.24％，P:≤0.020％，S:0.020％～0.030％，Al:0.025％～0.045％，N:0.0060％～0.0100％，还包括如下重量百分比(Wt％)的残余成分:Ni:≤0.10％，Cu:≤0.10％，B≤0.0003％，[O]≤15*10^-6；剩余的为Fe和一些其它微量残余元素。但未提及钢中Ni对钢的力学性能。