齿轮用19CrNi5钢的研制(2010.07.06)

齿轮用19CrNi5钢的研制李连江1），李胜利2）（1.中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院，河北石家庄050021；2.石家庄钢铁有限责任公司炼钢厂，河北石家庄050031）摘要：本文介绍了依维柯汽车齿轮用钢19CrNi5材料的研制简况，主要生产工艺及产品的实际质量水平，实现了依维柯系汽车齿轮的国产化。关键词：齿轮钢；纯净度；淬透性；试制中图分类号：文献标识码：文章编号：TheDevelopmentof19CrNi5SteelforGearsLILian‐jiang1,LISheng‐li2(1.SinosteelEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,ShijiazhuangDesignInstitute,Shijiazhuang050021,Hebei,China;2.SteelMakingPlant,ShijiazhuangIron&SteelCo.,Ltd,Shijiazhuang050031,China)Abstract:Thedevelopmentof19CrNi5forgearsteeltobeusedintheIVECOcarsisbrieflyintroducedinthispaper.AnditsmaintechnologicalprocessandpracticalqualitylevelwithrespecttoIVECOcargearhasthusbeenlocalized.Keywords:gearsteel;Purity;Hardenability;Trial-manufacture近年来，我国汽车制造工业和工业机械制造得到了快速发展。尤其外国汽车制造厂纷纷到中国投资建厂，在这种背景下，加快汽车用钢的国产化就显得愈加紧迫。19CrNi5钢是法国钢铁工业标准（NF）中的一个渗碳合金钢，其钢材要求淬透带窄，钢材纯净度高，目前国内生产厂家很难生产达到依维柯汽车要求的产品，S厂根据用户要求进行了试制生产。119CrNi5主要技术要求1.1化学成分（％）C:0.16～0.21，Si:0.15～0.35，Mn:0.70～1.00，P≤0.030，Cr:0.80～1.20，S:0.020～0.040，Al:0.020～0.050，Ni:0.80～1.20，Mo≤0.10，Cu≤0.30。其他残余元素均按19CrNi5标准要求控制。1.2钢材低倍按GB1979检验，中心疏松、一般疏松均不能超过2级，偏析不超过一级，不得有肉眼可见的缩孔、气泡、夹杂及白点。1.3非金属夹杂物A细≤2.0级，A粗≤2.0级，B细≤2.0级，B粗≤2.0级，C细≤2.0级，C粗≤1.5级，D细≤2.0级，D粗≤1.5级，球状夹杂物Ds≤1.5级。1.4淬透性J5＝37～43HRC；J9＝34～40HRC；J15＝27～33HRC。1.5带状组织≤2.0级。1.6力学性能试样经875±10℃保温≥30min，油冷；165±15℃保温≥60min，静止空冷后：Rm在1180～1520MPa，ReL≥930MPa，A（%）≥7，Aku≥61.5。1.7晶粒度奥氏体晶粒度5～8级。1.8交货状态作者简介：李连江(1977-)，男，大学本科,工程师；E-Mail:[e-mail]；修订日期：2010-07-06热轧状态交货，且热顶锻检验合格；钢材表面不得有裂纹、结疤、折叠及夹杂，如有必须清除。2试生产工艺路线高炉铁水+优质废钢转炉冶炼LF精炼VD精炼弧形连铸连轧缓冷精整检验包装、标识称重合格品入库3关键工艺点控制情况3.1化学成分内控要求C：0.17～0.20，Si：0.21～0.24，Mn：0.84～0.85，S：0.026～0.034，Cr：0.90～0.91，Ni：0.85～0.86，Al：0.026～0.030冶炼中严禁使用五害元素含量高的废钢，入炉原辅材料及铁合金必须进行干燥处理。3.2钢的氧含量控制为了防止钢水过氧化和提高LF的精炼效果，LD冶炼终点碳控制在0.08～0.11%。为了提高LF脱氧效果并减少钢中夹杂物，使脱氧生成的Al2O3充分上浮，在初炼炉出钢过程加大预脱氧力度，出钢过程加FeAl量在3.0～4.0Kg/t。3.3淬透性控制为了保证钢的窄淬透性带宽，将钢中影响淬透性的主要元素实行窄成分控制，C：(0.18±0.01)％、Mn：(0.85±0.02)％、Cr：(0.90±0.02)％、Ni：(0.85±0.02)％。为了给LF精炼创造有利条件，初炼炉出钢过程加强挡渣操作，严格控制下渣量。3.4晶粒度控制通过VD后喂入适量的Al线，使钢中Al在0.020以上确保钢的奥氏体晶粒度满足用户要求。同时为了减少喂Al后Al2O3夹杂物增多的问题，连铸上钢前保证大于15分钟的软吹时间，促使钢中Al2O3夹杂物充分上浮。3.5白点的控制为了控制钢中白点缺陷，Ni提前加入钢包进行烘烤；并保证足够的VD真空度和真空时间（67Pa以下保持10分钟以上），将钢中H含量控制在2.0PPm以下。3.6表面裂纹的控制19CrNi5是包晶钢，在钢水凝固过程中容易产生连铸坯表面裂纹；同时该类钢在850～950℃存在低塑性区，铸坯在此温度范围内矫直极易产生裂纹，为此我们首先选用合适的结晶器保护渣和结晶器冷却水量来改善铸坯表面质量，其次通过适当提高拉速和降低二冷配水量来保证铸坯拉矫温度≥950℃改善表面裂纹，实际效果较好。为了减少钢材表面裂纹，在控制连铸坯裂纹的同时，通过控制连铸坯在轧钢加热炉内不同温度的停留时间来减少钢中AlN的析出，进一步减少钢材产生裂纹的几率。4试验结果19CrNi5钢生产实际化学成分、低倍、高倍、力学性能、淬透性等结果见表1～5。表119CrNi5的化学成分Table1ChemicalCompositionfor19CrNi5名称CSiMnSCrNiAl平均0.190.230.840.030.910.850.028表2低倍组织（级）Table2Macrostructure(Grade)项目中心疏松一般疏松一般点状偏析边缘点状偏析检验结果1.5000表3非金属夹杂物（级）Table3Non-metallicinclusion(Grade)项目ABCDDs细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系检验结果201.5000100表4力学性能Table4MechanicalProperties项目Rm（MPa）ReL（MPa）A（%）Aku（J）实际结果1185～1320960～97012～1464～70表5钢材末端淬透性检验结果如下Table5InspectionResultforSteelProductEndQuenchHardenabilityTest端淬距离J3（HRC）J9（HRC）J15（HRC）硬度范围41~4432.5~33.827.2~28.6表6晶粒度与带状Table6GrainSize&Band名称晶粒度带状检验结果7～7.51.5～25结语19CrNi5齿轮钢是一种渗碳用铬镍钢，具有高耐磨性和高韧性特点，同时具有一定的强度，是强韧性结合较好的钢种，主要用于制作承受高负荷的传动齿轮零件。S厂采用转炉初炼、LF+VD精炼、连铸连轧、缓冷生产工艺生产的该钢种，通过控制合理的化学成分以及关键工艺点的重点控制，保证了钢种的内在质量，从而使19CrNi5齿轮钢的各项性能技术指标均满足了用户的要求，为今后的批量生产积累了数据。参考文献：[1]合金钢手册[M].冶金工业部钢铁研究院.北京:冶金工艺出版社,1971.[2]国际钢铁协会.洁净钢—洁净钢生产工艺技术[M].中国金属学会译.北京:冶金工艺出版社,2006.