一种41Cr4齿轮钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金制造技术领域，涉及一种41Cr4齿轮钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 41Cr4是德标系列中的高端齿轮钢，主要用于制造汽车、卡车等变速箱轴、齿轮类 零件。随着汽车制造的进步，汽车齿轮向着低成本、静噪声、长寿命的方向发展，对材料的要 求也不断提高，要求材料具有良好的加工工艺性能、窄的淬透性带、高的疲劳寿命等。
[0003] 德标41Cr4齿轮钢的生产存在以下技术难点：（1)为改善切削加工性，降低加工刀 具的磨损，该钢种要求有一定硫含量（S含量0. 020%~0. 040%)，同时要保证非金属夹杂物A 粗< 2. 5级、A细< 3. 0级；（2)钢中的氧含量严重影响齿轮的疲劳寿命，特别对接触疲劳 影响显著，为保证产品的疲劳性能，该钢种要求氧含量< 15ppm，严于国内常规齿轮钢氧含 量< 20ppm的要求；（3)齿轮不同的使用部位和服役条件，要求齿轮钢具有不同的渗层淬透 性和心部淬透性，目前常规齿轮钢对淬透性主要采用单点控制、双点控制或者三点控制，而 该钢种要求15个淬透性点的全淬透性带控制，同时末端淬透性的稳定性对齿轮热处理后 的变形影响很大，淬透性带越窄越有利于齿轮的加工和啮合精度的提高，该钢种要求淬透 性带宽不大于6HRC (国内相关标准对齿轮钢的带宽要求为不大于8-12HRC)。
[0004] 综上所述，该钢种各项性能要求均严于国内常规齿轮钢的控制要求，整体控制水 平要求非常高。国内尚无关于该钢种生产制造的相关技术资料，在当前钢铁行业同质化竞 争较为严重的背景下，该钢种的开发，是齿轮钢生产技术水平的提升，也有利于提升企业的 竞争力。
【发明内容】
[0005] 为克服上述的技术缺点，本发明提供一种41Cr4齿轮钢及其生产方法，它能够通 过合理的精炼渣系控制、加硫和钙处理时机、连铸参数设定和保护浇铸等过程控制手段，使 钢中的氧含量和夹杂物满足技术要求；并通过对淬透性有重大影响的C、Mn、Cr等化学元素 含量的精确设计，结合合理的过程控制方式，降低元素偏析程度，保证上述元素的窄带化、 均匀化控制，从而满足15个淬透性点的全淬透性带要求。。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种41Cr4齿轮钢，其组分及重量 百分比（Wt%)是：C :0· 40%~0· 43%，Si :0· 15%~0· 35%，Mn :0· 65%~0· 75%，S :0· 020%~0· 040%， Cr : L 05%~1· 15%，Mo 彡 0· 15%，Cu 彡 0· 20%，Al :0· 020%~0· 050%，B 彡 0· 0003%，还包括如下 残余成分：[0]彡12X 10-6, P彡0. 018%，剩余的为Fe和一些其它微量残余元素。
[0007] 所述的41Cr4齿轮钢的生产方法，其工艺步骤是： 第一步：转炉冶炼，按照上述的组分及其重量比选取适量材料，然后将材料投入到 130t转炉中冶炼，将铁水与废钢加入转炉中，采取双渣法冶炼，严格控制终点C控制在 0. 08%~0. 30%，控制好终点出钢下澄，将终点P控制在彡0. 015% ; 第二步：炉外精炼，将第一步中获得的钢水钢包吊至LF炉工位，确保炉渣流动性良好， 同时控制好Ar气压，防止钢水翻滚严重造成卷渣，RH真空处理前喂入硫线，调整S含量 到0. 020%~0. 040%范围，对钢水进行真空脱气处理，在小于0. 266kPa真空度以下处理时间 彡18min，真空处理结束后喂入300m硅钙线进行钙处理，然后弱搅拌镇静，控制软吹氩时间 彡15min，保证夹杂物充分上浮； 第三步：连铸，将第二步处理过的钢水钢包吊至平台，采用< 40°C的过热度连铸、恒拉 速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包浸入式水口、 中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程氩气保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处 理或者红送加热轧制； 第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，均热温度为 1180 ± 20 °C，总加热时间彡204min，钢坯出炉后采用高压水除鳞保证钢坯表面的氧化铁皮 除干净，经轧机轧制后制得41Cr4齿轮钢。
[0008] 本发明的有益效果是：通过双渣法冶炼、采取滑板挡渣措施严格控制下渣等措施 控制好初始的全氧含量，控制好精炼温度及渣的碱度，确保RH精炼时间及控制软吹氩时 间，连铸过程全程氩封保护浇铸，确保了钢中氧含量< 12ppm，优于国内常规齿轮钢的控制 要求；在理论模拟计算的基础上，通过对淬透性有重大影响的C、Mn、Cr等化学元素含量的 合理设计；同时经分析对淬透性稳定性影响较大的B元素，优选合金、辅料等，确保B含量 < 0. 0003% ;另外制定合适的连铸工艺降低元素偏析程度，确保了上述元素的窄带化、均匀 化控制，从而满足15个淬透性点的全淬透性带窄带化控制要求。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明41Cr4端淬透性能示意图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。
[0011] 一种41Cr4齿轮钢，其组分及重量百分比（Wt%)是：C :0. 40%~0. 43%，Si : 0. 15%~0, 35%, Mn ：0. 65%~0, 75%, S ：0. 020%~0, 040%, Cr ：1. 05%~1, 15%, Mo ^ 0. 15%, Cu < 0· 20%，Al :0· 020%~0· 050%，B < 0· 0003%，还包括如下残余成分：[0] < 12X 10-6， P < 0. 018%，剩余的为Fe和一些其它微量残余元素。
[0012] 所述的41Cr4齿轮钢的生产方法，其工艺步骤是： 第一步：转炉冶炼，按照上述的组分及其重量比选取适量材料，然后将材料投入到 130t转炉中冶炼，将铁水与废钢加入转炉中，采取双渣法冶炼，严格控制终点C控制在 0. 08%~0. 30%，控制好终点出钢下澄，将终点P控制在彡0. 015% ; 第二步：炉外精炼，将第一步中获得的钢水钢包吊至LF炉工位，确保炉渣流动性良好， 同时控制好Ar气压，防止钢水翻滚严重造成卷渣，RH真空处理前喂入硫线，调整S含量 到0. 020%~0. 040%范围，对钢水进行真空脱气处理，在小于0. 266kPa真空度以下处理时间 彡18min，真空处理结束后喂入300m硅钙线进行钙处理，然后弱搅拌镇静，控制软吹氩时间 彡15min，保证夹杂物充分上浮； 第三步：连铸，将第二步处理过的钢水钢包吊至平台，采用< 40°C的过热度连铸、恒拉 速、液面自动控制技术、结晶器电磁搅拌技术，使用包括大包长水口氩封、中包浸入式水口、 中包覆盖剂、结晶器保护渣的措施对钢水进行全程氩气保护浇注，将钢坯进行堆垛缓冷处 理或者红送加热轧制； 第四步：加热轧制，对缓冷处理后的铸坯或红送钢坯进行加热，均热温度为 1180 ± 20 °C，总加热时间彡204min，钢坯出炉后采用高压水除鳞保证钢坯表面的氧化铁皮 除干净，经轧机轧制后制得41Cr4齿轮钢。
[0013] 实施例1 :一种41Cr4齿轮钢，其组分及重量百分比（Wt%)是：C :0. 42%，Si :0. 25%， Mn ：0. 70%, S ：0. 025%, Cr ：1. 12%, Mo ：0. 001%, Cu ：0. 03%, Al ：0. 028%, B ：0. 0001%, [0]： 8X 1〇Λ P :0. 010%，剩余的为Fe和一些其它微量残余元素。
[0014] 1、转炉冶炼，选取上述材料，采用130t的转炉冶炼，将铁水与废钢加入转炉中，铁 水与废钢之比（重量比Wt%)大于15:1，使用优等废钢，严格控制终点C :0. 08%~0. 30%，将终 点P控制在< 0. 015%，控制好终点出钢下渣，出钢过程采用滑板挡渣技术严格控制下渣量， 出钢1/3时加入铝铁进行预脱氧； 2、 炉外精炼，出钢后天车将钢水钢包吊至LF炉工位，测温、取样测成分，开始电极加 热，通电3分钟后分批加入石灰和萤石进行