齿轮钢的开发与生产

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)01-0017-03

Developing and producing of gear steel

ZH 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 ,developing

0　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 i

3470039100其它

13010158008620H 8244888016-28MnCr53340463017-18CrMnBHZ 30003500SC M82H 2600260014-19CN52400256045Cr

12801760合计

203066

217118

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1　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48308011820415744484897892401464917068

2　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