收稿日期:2002-12-26作者简介:张悦,女,工程师,重庆大学钢铁冶金专业毕业,从事炼钢工艺研究、企业的标准管理及企业标准的制修订工作。

齿轮钢的开发与生产张　悦,霍松波,黄一新(南京钢铁集团有限公司　江苏南京　210035)摘　要:自2001年以来南京钢铁集团有限公司相继开发了20Cr 、20CrM o 、20CrMnT i 等齿轮用钢,着重介绍了公司齿轮钢的开发与生产实践。

关键词:齿轮钢;开发中图分类号:TG 142.4　文献标识码:B 文章编号:1003-0514(2003)01-0017-03Developing and producing of gear steelZH ANG Y ue ,H UO S ong -bo ,H UANG Y i -xin (Nanjing Iron &S teel C o.,Ltd ,Nanjing 210035,China )Abstract :Introduce the developing and producing of gear steel such as 20Cr ,20CrM o ,20CrMnT i in Nangang since 2001.K ey w ords :gear steel ,developing0　前言随着中国加入WT O ,中国将成为全球制造业中心,而江浙沪是我国机械制造业、汽配、摩配的发达地区。

对南钢公司而言,充分利用有利的生产设备开发以齿轮钢为主的机械制造用钢,具有深远的战略意义。

齿轮是汽车、农用机械及机械制造业的主要传动部件。

在传递动力和改变速度的运行过程中,相互啮合的齿面之间既有滚动又有滑动,同时齿根部还将受到脉动和交变弯曲应力的作用,因此要求齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性以承受冲击、弯曲和接触应力,而且还要求其变形小,精度高和噪音低。

齿轮常采用铸铁、铸钢、机械结构用碳素钢、调质钢(如20-40CrH )、渗碳淬火钢(如20CrMnT i )等进行热处理,除了正常的淬火回火热处理外,还采用渗碳淬火、氮化处理、高频淬火、火焰淬火等多种表面硬化处理。

因此齿轮钢不仅与高质量的钢有关,还与热处理工艺密切相关。

1　齿轮钢开发的前景根据中国齿轮专业协会对车辆齿轮行业26家骨干企业的统计数据和特钢协会统计(见表1),我国农用车行业年消费齿轮钢20万吨左右,另外工程机械齿轮用量约10万吨,全国每年约需齿轮钢50万吨。

但随着机械加工、汽车、摩托车行业的迅猛发展,齿轮钢的用量将日益增长。

表1　车辆齿轮钢用量统计吨钢　号2000年实际用量2001年预计用量20CrM oH 9786010049020CrMnT iH 364323779820CrMnT i3470039100其它13010158008620H 8244888016-28MnCr53340463017-18CrMnBHZ 30003500SC M82H 2600260014-19CN52400256045Cr12801760合计20306621711871　第1期 齿轮钢的开发与生产江浙地区主要齿轮钢材生产情况见表2。

表2　2001年齿轮钢生产量简表吨单位小计20CrMnT i20CrMnT iH20-40CrH15-25CrM oH16-28MnCr515-40CrNiM o 五钢3362255818663321064204426兴澄992823323323074436537244810556锡钢181401041040503330350全国合计483080118204157444848978924014649170682　衡量齿轮钢质量水平的主要指标高质量渗碳(氮)齿轮钢的主要技术要求有:⑴足够的心部淬透性和良好的渗层淬透性⑵齿轮渗碳淬火后变形小⑶良好的成型性2.1　末端淬透性要求我国已采用末端淬透性能代替以往的机械性能检验是评价齿轮钢质量的进步。

淬透性和窄淬透性带宽的控制,主要取决于化学成分的精确控制和化学成分的均匀性。

末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后变形量的大小影响很大。

公司与科研院所密切合作,进行末端淬透性研究,形成基础数据库后,按成分用计算机进行淬透性予报,以满足客户需要。

2.2　纯洁度要求钢的纯洁度要高,主要指氧化物、夹杂含量的降低以及除硫外其它有害元素的降低。

一般要求齿轮钢的氧含量小20ppm,甚至15ppm以下,我厂采用真空处理后能达到要求,但未用真空处理的钢氧含量在20-24ppm,只能作低档次的齿轮钢用,如农用机车、汽、摩配件。

2.3　晶粒度要求细小均匀的奥氏体晶粒度对于稳定钢材的末端淬透性、减少齿轮热处理的变形量,提高渗碳钢的脆断拉力具有重要意义。

晶粒度至少5级,日本特别强调渗C齿轮钢的晶粒度不粗于6级,我公司生产的齿轮晶粒度在6-8级,综合机械性能较好。

2.4　加工性和易切性要求齿轮用钢是热加工用钢(热顶锻),故对棒材的表面质量要求很高。

鉴于我国易切齿轮用钢(加Pb、加S)的开发和应用刚刚起步,市场也不够成熟,技术中心已请日本易切屑钢专家多次进行技术交流以作技术储备。

3　开发思路和技术支持3.1　开发思路优质钢的开发与生产有其自身的科学规律,公司本着先易后难,先低级后高级,先技术难度小后技术难度大,先干技术风险小后做技术风险大,先做市场容量大后做市场容量小,先打基础后提高的原则。

根据市场调研分析,公司选择了市场容量较大的钢种作为开发和生产的方向。

3.2　管理和技术支持3.2.1　钢水冶炼:公司100吨大电炉+LF+VDΠVOD 及8米合金钢连铸机是生产高质量齿轮钢的设备保证。

自2001年至今加大了合金结构钢(研制了11个钢种)、弹簧钢(研制了3个钢种)、锚链钢的开发,从而积累了技术上的经验。

3.2.2　钢材轧制:技术(观念)的进步是轧材质量的强有力保障。

a.管理观念的改变,公司在总结圆钢生产经验时讲:要干好品种钢,领导首先要转变旧观点;三次组织到特殊钢厂学习,从而带动职工转变观点,要求干任何一个新品必须做好技术上的准备充分,相关人员跟班督促指导,并在生产中调整、完善工艺。

b.加热温度控制制度化。

c.孔型优化调整如调大孔型过度角,解决料型过充问题。

d.成品矫直设备改造与现有设备挖潜结合。

e.成品修磨设备与人工修磨相结合。

f.工艺制度的细化与考核。

g.过程控制计算机程序的优化与改进。

h.包装、标签规范化。

4　产品的研制、工艺路线和生产过程控制首先开发了20Cr,客户主要用该钢种替代20CrM o作农用齿轮使用,另外也可以作普通合金结构钢用。

随着客户对20Cr的认可,开发了20CrM o和20CrMnT i。

选择的工艺路线:铁水、废钢→90吨超高功率电81冶金标准化与质量 第41卷　炉→LF精炼→VDΠVOD真空处理全保护浇注、结晶器电磁搅拌连铸→矩形坯→三段蓄热式加热炉ф65034Πф42034Πф35034→冷床→剪定尺→ф550平辊矫矫直→修磨机修磨或人工修磨→包装、入库20Cr、20CrM o、20CrMnT i在冶炼、连铸过程中控制入炉废钢的质量、真空脱气时间、喂入定量的A L和连铸的拉速。

在轧制过程中注意加热温度和中间料型控制,加热炉温度一般控制预热段温度800～1000℃,加热段温度1100～1200℃,均热段温度1150～1220℃。

通过烧木印观察中间料型并及时调整。

2002年1～11月20Cr、20CrM o、20CrMnT i的生产情况见表3。

表3　2002年齿轮钢产量表吨钢　种20Cr20CrM o20CrMnT i 11月份产量55815285281～11月合计948316605101555　检验结果5.1　表面质量20CrM o生产了167炉,有一炉成品结疤与电炉拉速高有一定关系,其高倍夹杂物的来源主要有脱氧产物,钢包和中间包耐火材料的浸浊,结晶器保护渣卷入,二次氧化产物等。

20CrMnT i低温钢轧制有1.3吨出现细小裂纹,分析认为主要是强脱氧剂合金元素Al用量多造成,采取高温加热可以防止缺陷产生。

5.2　理化性能检验热处理后的性能为今年1～11月的均值。

表4　齿轮钢性能钢　种晶粒度夹杂物中心疏松中心偏析σSσbδ5Π%ψΠ% 20Cr5～70.5～10.50.58159501244 20CrM o5～70.5～10.50.58559951157 20CrMnT i7～80.5～20.5～10.5910111013486　市场开发20Cr是我公司开发的第一个齿轮钢,客户主要用该钢种,替代20CrM o作农机齿轮使用。

2001年首次开发20CrM o一组2炉,由于客户对南钢齿轮钢的质量存在疑惑不敢大量订货,去年共生产400吨,客户对购买的钢材进行使用和化学成分检验后,有了初步认识。

2002年1月,公司技术、经销部门和相关生产厂联合走访市场,向中间商、客户广泛宣传产品,并针对客户提出的表面质量、包装、标签和质保书不及时等问题做了承诺,客户纷纷表示同意扩大订货,并希望南钢进一步开发20CrMnT i(H)齿轮钢的开发。

回公司后立即组织技术人员统一思想,提出了市场的需要,客户的要求就是我们努力的方向,经过对20Cr2 MnT i技术资料的交流,在技术上做了充分准备,成功开发了20CrMnT i齿轮钢。

7　结语公司齿轮钢的开发已形成规格齐全、品种多样,通过工艺优化不断提高质量,满足客户的需要。

同时成立了棒材专职推进组将更有利齿轮钢的发展。

《冶金标准化与质量》诚征稿件电子信箱:yukai999@ 91　第1期 齿轮钢的开发与生产。