[发明专利]一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢

说明书

本发明涉及一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢，化学成分按质量百分比设计为C：0.17～0.23％，Si：≤0.35％，Mn：0.50～0.95％，Cr：0.85～1.25％，S：0.015～0.030％，P：≤0.025％，Ni：0.15～0.25％，Nb：0.015～0.035％，B:0.0010～0.0030％，Cu：≤0.20％，Al：0.010～0.050％，Ca：≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。基于该成分设计的连铸连轧生产出的棒材，具有更高的末端淬透性和晶粒度稳定性，热轧钢材的金相组织为均匀的铁素体与珠光体，末端淬透性满足：J5＝42～46HRC、J10＝32～36HRC，晶粒度达到7.0级。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及合金钢类。更具体的是涉及一种连铸-连轧生产的20CrNiB齿轮钢。

背景技术

齿轮为重要的传动零件，传递动力，在传动过程中齿根要受到反复的弯曲、接触应力，易产生弯曲疲劳断裂、磨损、划痕擦伤、齿形剥落变形等失效。需要承受较大扭矩变速器齿轮选用20Cr材料已经不能满足齿轮钢的高淬透性和强度要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种20CrNiB钢，在原有20Cr材料基础上提高Cr、Mn含量，添加B、Ni、Nb等元素，显著提高了材料的强度和淬透性，同时提高了材料的晶粒度稳定性，属于一种全新的渗碳齿轮钢种。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢，其特征在于：该产品的化学成分按质量百分比设计为C：0.17～0.23％，Si：≤0.35％，Mn：0.50～0.95％，Cr：0.85～1.25％，S：0.015～0.030％，P：≤0.025％，Ni：0.15～0.25％，Nb：0.015～0.035％，B:0.0010～0.0030％，Cu：≤0.20％，Al：0.010～0.050％，Ca：≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

进一步地，Cr：1.1～1.25％，B:0.0015～0.0030％。

进一步地，S：0.020～0.030％。

进一步地，Ni：0.18～0.25％，Nb：0.02～0.035％。

基于以上成分设计采用连铸和连轧生产出的棒材，区别于现有技术，具有的突出性能是，末端淬透性满足：J5＝42～46HRC、J10＝32～36HRC，热轧钢材的金相组织为均匀的铁素体与珠光体，晶粒度达到7.0级。

本发明齿轮钢化学成分各元素对应的主要作用和设计依据是：

C是钢中最基本的元素，也是最经济的强化元素。在所有元素中，碳提高钢强度的能力最大，碳对淬火回火钢的强化大约为铬的9倍和锰的18倍，所以为保证齿轮渗碳及淬火回火后心部有良好的的强韧性，钢中需有合适的碳含量，本发明碳含量范围确定为0.17-0.23％，属于表面渗碳钢。

Si可以作为脱氧元素，也是基本的固溶强化元素、提高淬透性，同时Si在钢渗碳时会造成渗层内氧化并影响残余奥氏体量，因此Si含量的范围确定为≤0.35％。

Mn对钢起固溶强化作用，并强烈提高钢的淬透性，利用Mn的特点确定成分范围为0.50～0.95％。

Cr能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可对钢起固溶强化作用，提高钢的淬透性。另外Cr降低C的活度，能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度，但过高的Cr会明显降低淬火回火钢材的韧性，综上考虑，本发明将Cr含量的范围确定为0.85～1.25％。

Ni在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对钢的塑性、韧性的影响不显著。另外Ni对钢的淬透性也有一定的提高作用。本发明Ni含量的范围确定为0.15～0.25％。