专利名称：：一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，特别涉及对渗碳淬火变形要求较严的用于后桥齿轮的易切削Mn-Cr-Ti-Nb-S齿轮钢，属于合金钢领域。
背景技术：
：随着汽车发动机功率的提高，要求传动系统能够承受更高的载荷，同时，为提高功率密度(单位体积的输出功)，要求传动系统体积减小，因而对齿轮的承载能力提出了更高的要求，传统的20CrMnTi钢已经满足不了要求，为提高齿轮的承载能力，齿轮材料往往采用合金元素含量较高的重载齿轮钢，如22CrMoH、20CrNiMoH齿轮钢，然而，这些重载齿轮钢都存在价格高，加工性能差，渗碳淬火变形大的缺点，结果往往导致齿轮后续加工难度大，尺寸精度难以保证。影响齿轮渗碳淬火变形的因素很多，其中以淬透性和晶粒度影响较大，研究表明，降低淬透性和增加晶粒度级别都可以使齿轮渗碳淬火变形降低。不过，重载齿轮钢必须有一定的淬透性，才能保证大截面齿轮能够淬透。因此，对渗碳淬火变形要求严格的重载齿轮钢有必要采用细化晶粒的方法。重载齿轮钢的晶粒细化主要依靠微合金化设计实现。通常采用的方法是控制A1和[N]的含量，或添加Ti和B等微合金化元素，这些方法冶炼工艺控制难度大、晶粒细化效果不稳定。日本专利JP2000—160288通过添加0.03-0.06X的Nb进行微合金化，使齿轮钢的渗碳温度提高到105(TC。最近国内也有研究表明，Nb微合金化在控制齿轮钢晶粒度方面具有显著的作用(杨林等，汽车工艺与材料，2004，(7):5—6)。但是，Nb微合金化齿轮钢在控制渗碳淬火变形等方面的研究至今未见报道。
发明内容本发明的目的在于提供一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，用于后桥齿轮的新型Mn-Cr-Ti-Nb-S齿轮钢，其金相组织由铁素体加珠光体构成，硬度为HB163195，解决了齿轮由于钛夹杂多而引起的接触疲劳寿命的问题、又达到细化晶粒的效果，提高齿轮的疲劳性能的目的，而且又解决了加工难问题。本发明的技术方案是这样实现的一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，其特征在于Mn-Cr-Ti-Nb-S齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分为C:0,200.25%，Si:0.15~0.35%，Mn:1.001.30%，P0.000.035%,S:0.010.035%，Cr:1.101.40%，Ti:0.020.05%，Nb:0.02~0.04%，0.00~0.0020%，其余为平衡量的Fe。本发明的积极效果是新型齿轮钢降低了Ti含量，控制S含量，增加了Nb微合金元素。Ti量从原来的0.040.10%控制为0.02~0.05%，增加的Nb为0.02~0.04%S控制在0.01~0.035%范围内，这样不仅解决了齿轮由于钛夹杂多而引起的接触疲劳寿命的问题、又达到细化晶粒的效果，提高齿轮的疲劳性能的目的，而且又解决了加工难问题。具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步的描述实施例1:齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分C:0.25%，Si:0.29%,Mn:1.14%，Po.on%，S:0.015%，Cr:1.19%，Ti:0.053%,Nb:0.032%，:0.0010,Fe余量;用150kg真空感应炉冶炼。实施例2:齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分C:0.23%，Si:0.30%,Mn:1.05%，P0.012%，S:0.017%，Cr:1.15%，Ti:0,045%,Nb:0.030%，:0.0012，Fe余量；用150kg真空感应炉冶炼。实施例3:齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分C:0.21%，Si:0.32%，Mn:1.10%，Po.oos%，S:0.018%，Cr:1.20%，Ti:0.036%，Nb:0.033%，O:0.0014，Fe余量；用150kg真空感应炉冶炼。实施例4:齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分C:0.22%，Si:0.30%,Mmi.08%，Po.oos%，S:0.010%，Cr:1.22%，Ti:0.038%，Nb:0.031%，:0.0015%，Fe余量；用150kg真空感应炉冶炼。实施例5:齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分C:0.20%，Si:0.34%，Mmi.06%，Po.0060%，S:0.012%，Cr:1.22%，Ti:0.038%，Nb:0.048%，:0.0010%，Fe余量；用150kg真空感应炉冶炼。根据上述所设的化学成分范围，在150kg真空感应炉上冶炼了5炉(炉号l一5)本发明钢，2炉对比钢，此外还有两炉(炉号)经UHP(超高功率电炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)工艺冶炼的商业齿轮钢，其具体化学成分如表1所示，钢水浇注成锭，并经锻造制成棒料，直接加工成晶粒度、非金属夹杂物、淬透性、带状组织标准试样，并按国标进行相应试验，其检验结果如表2所示标准室温拉伸试样(L。二5d。，d。二5mm、夏比U型缺口冲击试样10mmX10mmX55腿)试样，试样加工前经900。C、30分空冷至650。C、90分钟等温退火处理，然后进行粗加工，留出磨削余量经93(TC、3小时渗碳后降温至85(TC油淬，最后经19(TC、4小时低温回火后空冷，精磨后测其力学性能如表3所示。金相试样和变形试样经930。C、3小时渗碳后降温至85(TC油淬，最后经190°C、4小时低温回火后空冷。经热处理后，试样的表面硬度在60HRC左右，有效硬化层深度为0.80-1,20，表面马氏体加残余奥氏体为2级，表面碳化物为1级。通过测定变形试样缺口处距离大小的变化，以变形率R来表征淬火变形的程度，其定义如下R=(D-Do)/UX100%式中R为变形率，D。和D分别为处理前后试样缺口处距离。变形率结果列于表3中，从表3结果中。可以看出，本发明钢的抗拉强度，冲击韧性均高于20CrMnTiH和20CrMoH，在相同的渗碳淬火回火条件下，其变形率低于20CrMnTiH和20CrMoH。在东北特钢冶炼的两炉钢其各项性能指标均达到了设计要求，可以通过钢厂的生产线进行稳定生产。表i实施例和对比钢的化学成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2实施例和对比钢的晶粒度、非金属夹杂物、淬透性、带状組织<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3实施例和对比钢的力学性能和变形率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，其特征在于Mn-Cr-Ti-Nb-S齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分为C0.20～0.25％，Si0.15～0.35％，Mn1.00～1.30％，P0.00～0.035％，S0.01～0.035％，Cr1.10～1.40％，Ti0.02～0.05％，Nb0.02-0.04％，0.00～0.0020％，其余为平衡量的Fe。全文摘要本发明涉及一种NbTi复合微合金化易切削齿轮钢，其特征在于Mn-Cr-Ti-Nb-S齿轮钢按重量百分比包括以下化学成分为C0.20～0.25％，Si0.15～0.35％，Mn1.00～1.30％，P0.00～0.035％，S0.01～0.035％，Cr1.10～1.40％，Ti0.02～0.05％，Nb0.02-0.04％，[O]0.00～0.0020％，其余为平衡量的Fe。其解决了齿轮由于钛夹杂多而引起的接触疲劳寿命的问题、又达到细化晶粒的效果，提高齿轮的疲劳性能的目的，而且又解决了加工难问题。文档编号C22C38/28GK101603151SQ20081005081公开日2009年12月16日申请日期2008年6月11日优先权日2008年6月11日发明者徐香秋申请人:中国第一汽车集团公司