专利名称：一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法
技术领域：
本发明属于金属材料及加工技术领域，特别涉及一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法，此钢管可用于直接切削加工轿车变速箱同步器齿套。
背景技术：
齿套是轿车变速箱同步器中一个重要的零件，国内的主要汽车厂对于这样的薄壁、环形渗碳零件，采用28MnCr5H齿轮钢棒材，沿用传统的工艺来制造、生产，其工艺步骤是将齿轮钢棒料加热、镦粗、冲孔、辗扩、冷却、正火、机械加工、表面渗碳淬火、热后加工。
此工艺存在以下缺点1)坯料反复加热、冷却，且经大量的热加工、机械加工，生产周期长、工序繁多、材料利用率低、能源浪费大2)用28MnCr5制造齿套，因碳含量较高，齿套心部硬度高，影响齿套的疲劳寿命3)正火组织中常存在贝氏体、魏氏组织等非平衡组织，局部硬度偏高，存在高硬度质点，硬度不均匀，不利于自动化程度很高的切削加工生产线进行自动加工，常发生打刀现象，降低生产效率，浪费昂贵的刀具材料4)因正火组织中存在贝氏体、魏氏组织等非平衡组织，组织不均匀，在后来的表面渗碳淬火后，因组织具有遗传性，齿套表面渗碳淬火加热时，奥氏体晶粒度大小不均匀，造成齿套淬火变形大且无规律性发明内容针对现有齿轮钢存在的问题，本发明提供一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法。
本发明的含硫易切削齿轮钢化学成分重量配比为C0.20～0.25％，Si≤0.30％，Mn0.60～0.85％，P＜0.035％，S0.03～0.05％，Cr0.8～1.10％，Al0.02～0.055％，[O]≤20PPm，余量为Fe。管坯加热温度为1200～1250℃，热轧穿孔变形温度1100～1150℃，变形奥氏体在高温区发生动态再结晶。轧管变形温度1000～1050℃，变形奥氏体在未再结晶区发生加工硬化。补偿加热温度为980～1020℃，奥氏体发生静态再结晶。定、减径工序，变形温度为900～950℃，由于道次变形量小，变形温度低，变形速度快，道次间隙时间短，变形奥氏体发生累积加工硬化。切断后收集堆冷，冷却速度为0.5～1℃/s。
本发明的含硫易切削齿轮钢降低了C含量，提高了S含量。C量从原来的0.25～0.3％控制为0.20～0.25％，这样不仅解决了齿套心硬度高问题，而且降低了奥氏体的稳定性，使轧后奥氏体易于分解成先共析铁素体和珠光体组织。S含量从原来的0.02～0.035％控制为0.03～0.05％，这样，一方面提高了钢管的切削性能，另一方面MnS夹杂物可以作为铁素体的形核点而促进铁素体相变，相应地也促进了珠光体相变。以上2种成份变化均提高了钢管在线获得铁素体加珠光体组织的冷却速度，放宽了生产工艺条件。
在钢管生产工艺方面，合理设计工艺制度，充分利用控轧控冷技术。利用高温区热轧穿孔这个再结晶窗口，使粗大的加热态奥氏体晶粒通过动态再结晶而细化。在穿孔与轧管工序之间，由于间隙时间较长，再结晶后较细小的奥氏体晶粒很容易发生静态再结晶而使奥氏体组织得到进一步的细化。在轧管工序这个未再结晶区域，细小的奥氏体晶粒发生加工硬化。在补偿加热中，通过控制补偿加热温度而使此加工硬化的奥氏体组织发生静态再结晶，这样就得到均匀细小的静态再结晶组织。因此，随着工序的进行，奥氏体会反复地发生动、静态再结晶，从而使奥氏体晶粒逐步地得到充分地细化。在最后的定、减径工序中，由于道次变形量小，变形温度低，变形速度快，道次间隙时间短，奥氏体基本上没有发生动、静态再结晶而是处于完全加工硬化状态，存在变形的累积效果。通过控制变形量而增加奥氏体的加工硬化程度以及上述的2种成份调整，充分细小的奥氏体经较大的加工硬化后就很容易在连续冷却过程中在线地分解成完全的先共析铁素体加珠光体组织，因此能够使钢管具有适合于切削加工的硬度范围。
由于本发明齿轮钢具有的成份特性并配合控轧控冷工艺，使本发明的齿轮钢无缝钢管的组织、性能达到了使用要求HB163～195，组织完全为先共析铁素体加珠光体，没有贝氏体等非平衡组织，切削及淬火变形性能良好，成品齿套心部硬度合格。
本发明的含硫易切削齿轮钢钢管真正具有良好切削、淬火变形性能以及低的成品齿套心部硬度，汽车生产厂家可以用直接切削齿轮钢无缝钢管方法替代热加工及正火工艺来生产轿车变速箱同步器齿套，简化了工艺，节约能源，降低了成本，而且生产效率、齿套质量及材料的利用率都得到了提高。
图1为本发明热轧态齿轮钢管的金相组织；图2为本发明与28MnCr5H二种材料的切屑形态对比，其中(a)为本发明材料，(b)为28MnCr5H；图3为用本发明与用28MnCr5H制成的齿套硬度分布曲线；图4为原齿套材料28MnCr5H热处理变形结果，其中(a)为热处理前尺寸实测值，(b)为热处理后尺寸公差实测值，(c)为热处理变形规律；图5为本发明材料热处理变形结果，其中(a)为热处理前尺寸公差实测值，(b)为热处理后尺寸公差实测值，(c)为热处理变形规律。
具体实施例方式
本发明涉及的含硫易切削齿轮钢是用UHP(超高功率电炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)工艺冶炼，浇注3吨锭，八五零轧机开管坯，经加热、穿孔、轧管、补偿加热、定减径等工序生产齿轮钢管。
以φ115×17mm这一规格的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。表1是实施例齿轮钢化学成分，表2是加热及变形温度，表3是各工序变形量。
此热轧态齿轮钢管的硬度为HB163～190，其金相组织如图1所示，切屑形态如图2所示，渗碳淬火后齿套硬度分布曲线如图3所示(心部硬度标准要求值为320～480VH)，渗碳淬火后外齿跨棒距尺寸变化结果如图4、5所示(尺寸公差范围113.255±0.048mm)。因此，本发明齿套材料的组织、硬度达到要求，切削、淬火变形性能良好，成品齿套心部硬度合格，能够满足使用要求。
表1含硫易切削齿轮钢实施例化学成分(重量，％)
表2加热及变形温度(℃)
表3各工序变形量
权利要求
1.一种含硫易切削齿轮钢，其特征在于其组成按重量百分数为C0.20～0.25，Si≤0.30，Mn0.60～0.85，P＜0.035，S0.03～0.05，Cr0.8～1.10，Al0.02～0.055，[O]≤20PPm，余量为Fe。
2.权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢钢管的制造方法，包括冶炼、注锭、开坯、热轧穿孔、轧管、减径工艺步骤，其特征在于管坯加热温度为1200～1250℃，热轧穿孔变形温度1100～1150℃，变形奥氏体在高温区发生动态再结晶；轧管变形温度为1000～1050℃，变形奥氏体在未再结晶区发生加工硬化；补偿加热温度为980～1020℃，奥氏体发生静态再结晶；定、减径变形温度为900～950℃，变形奥氏体发生累积加工硬化；切断后收集堆冷，冷却速度为0.5～1℃/s。
全文摘要
本发明涉及一种含硫易切削齿轮钢及其钢管的制造方法,其化学成分重量配比为C0.20～0.25％,Si≤0.30％，Mn0.60～0.85％，P＜0.035％，S0.03～0.05％，Cr0.8～1.10％，Al0.02～0.055％，[O]≤20ppm，余量为Fe。按此成分进行冶炼，模注钢锭，钢锭开坯。管坯加热温度为1200～1250℃，热轧穿孔变形温度1100～1150℃，变形奥氏体在高温区发生动态再结晶。轧管变形温度1000～1050℃，变形奥氏体在未再结晶区发生加工硬化。补偿加热温度为980～1020℃，奥氏体发生静态再结晶。定、减径工序，变形温度为900～950℃，变形奥氏体发生累积加工硬化。切断后收集堆冷，冷却速度为0.5～1℃/s。此钢管热轧态组织完全由铁素体加珠光体构成，硬度HB163～195，切削及淬火变形性能良好，成品齿套心部硬度满足要求。
文档编号C21D7/00GK1664150SQ20051004602
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月15日 优先权日2005年3月15日
发明者刘相华, 王国栋, 徐香秋, 王秉新, 徐力, 杨冬, 刘双山, 宋广胜, 赵宏壮 申请人:东北大学