[发明专利]一种含Nb冷成型用Cr-Ni渗碳钢及零件的冷成型方法

说明书

本发明公开了一种含Nb冷成型用Cr‑Ni渗碳钢及零件的冷成型方法，通过降低C含量，减少球化退火后的球状珠光体含量，有效控制坯料硬度；添加高含量Ni，提高坯料中的铁素体塑性和韧性，冷成型时零件内部及表面不易出现变形微裂纹；利用Nb与N、C在钢中固溶特性，在奥氏体化温度1100～1250℃部分析出，在锻造温度能保持钢晶粒不粗化；NbN/NbC完全析出，保证晶粒细于7级，不需采用中冷处理。预氧化采用分段式控制，活化工件表面，降低内外温差，使内外受热更加均匀，零件内在组织启动重复结晶，使内外组织更加均匀，避免急剧升温引起热处理变形加剧；降低含Ni钢淬火零件表面残余奥氏体，提升表硬度不小于HRC61。

技术领域

本发明属于冶金及零件的冷成型技术领域，具体涉及一种含Nb冷成型用Cr-Ni渗碳钢及零件的冷成型方法。

背景技术

重型变速箱圆柱齿轮、环类零件采用冷挤压成型工艺，成型时局部变形大，导致截面变形不均匀，在后续渗碳热处理时晶粒容易粗化。目前，国内冷挤压成型零件广泛采GB/T5216中规定的渗碳钢，坯料经球化退火或完全退火工艺，硬度范围HB135～145，冷挤压成型时抗力大，不容易成型，局部变形量较大区域，容易出现内部微裂纹。另外，对于冷成型零件采用连续炉渗碳或转炉渗碳，设备需具有中冷处理能力来细化晶粒，对渗碳热处理设备提出特殊要求。

中国发明专利(专利号CN201810775502.X)公开一种Nb、Ti复合微合金化高温针孔渗碳重载齿轮用钢的应用，Nb、Ti复合微合金化为非冷加压成型专用渗碳钢，坯料经球化退火或完全退火工艺，硬度范围HB135～145，无法解决冷挤压成型抗力问题，渗碳处理晶粒长大趋势。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能降低球化退火后硬度且热变形小的含Nb冷成型用Cr-Ni渗碳钢及零件的冷成型方法。

为实现上述目的，本发明所设计的含Nb冷成型用Cr-Ni渗碳钢，化学成分按质量百分比包括C 0.10～0.14％、Mn 0.50～1.20％、P≤0.035％、S 0.02～0.04％、Cr 0.90～1.40％、Al 0.015～0.035％、Nb 0.05～0.06％、O≤12ppm、N 100～150ppm、Si≤0.30％、Ni0.90～1.40％、Cu 0.10～0.20％、Mo≤0.06％、V≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述化学成分按质量百分比包括C 0.10～0.12％、Mn 0.50～1.00％、P≤0.035％、S 0.03～0.04％、Cr 0.90～1.10％、Al 0.015～0.020％、Nb 0.05～0.06％、O≤12ppm、N 100～150ppm、Si≤0.30％、Ni 1.20～1.40％、Cu 0.15～0.20％、Mo≤0.06％、V≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

现有GB/T5216中没有含Nb渗碳钢，而渗碳钢中可通过添加Ti、Nb或Al来细化晶粒，Nb与Ti相比，没有液析的TiN大颗粒夹杂物，NbN/NbC在奥氏体化温度1100～1250℃部分析出，保证锻造温度晶粒不粗化。与Al相比，NbN/NbC的析出温度较高，在900～980℃渗碳处理过程完全析出，保证长时间渗碳过程晶粒不粗化。

还提供一种如上述所述含Nb冷成型用Cr-Ni渗碳钢的制造方法，包括如下步骤：

1)初炼：采用电炉或转炉，炉温控制1620～1670℃，出钢前进行预脱氧，1600～1650℃出钢并添加合成渣；

2)LF精炼：降低钢液中O、S及夹杂物含量，O小于12ppm，S≤0.04％，控制温度1520～1620℃，钢包中N≤100ppm，精炼30～50min；

3)Rh/VD真空：真空度小于140ppm，钢包中N含量不大于100ppm，控制温度1530～1650℃，真空时间30～50min；