20CrMnTiH齿轮钢质量现状与分析

杂物 。
表 ３ 齿轮钢的晶粒 度和非金属夹杂 （ ） 级 项目 晶 度 Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｃ Ｃ Ｄ Ｄ 粒 细 粗 细 粗 细 粗 细 粗
轧钢专业。现为特钢 事业部助理工程师 ， 从事质量检查工作 。
４ ５
李 金浩 ， ：０ ｒ ＴＨ齿轮 钢质 量现 状 与分析 等 ２ ＣＭｎ ｉ
成 分 如表 ４所示 。
表 ４ 影响淬透性主要元素的化学成分 ％
图 ３ ２ ＣＭｎ ｉ 锰 元 素 分 布 ０ ｒ ＴＨ钢
电炉 钢锰 含 量主 要集 中在 ０ ８ ％ ～０９ ％ ， ．６ ．０ 极 差 ００％ ， ．４ 均值 ０ ８ ％ ， 炉 之 间 锰 含 量 波 动 范 围 ．９ 每 大 ， 含 量 偏 中 下 限 ， 炉 钢 锰 含 量 主 要 集 中 在 锰 转 ０ ９ ％ ～ ．５ ， 差 ００ ％ ， ．０ ０９ ％ 极 ．５ 均值 ０９ ％ ， 炉 之 ．２ 每
作者简介： 李金浩 （９ ７一） 男 ，０ ０年 ７月毕业于 内蒙古科技 大学 １８ ， ２１
最高 级别 不 大 于 ３级 ， 者 之 和不 大 于 ５５级 。统 二 ． 计数据 表 明 （ ３ ： 表 ） 电炉 钢 与转 炉 钢 非 金 属 夹杂 控 制在 较低 级别 ， 中 电炉 钢 ｃ细 、 其 ｃ粗 均为 ０级 ， 夹 杂物 去除 情况 良好 ， 这是 由于 钢包 吹氩条 件下 ， 中 钢 固相 夹杂 物随气 泡 上 浮 而去 除 ， 用 低 强 度 吹氩 并 采 适 当延长 时间有 效 的提 高钢 洁 净 度 ， 除 细 小 的夹 去
２ 齿轮钢质量现状与分析
由表 ２可 以看 出 ， 电炉钢 Ｐ含 量 均 值 ０ ０７ ， ． １％
２１ ０ １年 １～８月 ， 生 产 ７ ０ ８炉 ２ Ｃ Ｍｎ ｉ 共 ４ ０ ｒ ＴＨ
ｓ 含量均值 ０ ００ ， ．１％ 转炉钢 Ｐ含量均值 ０ ０９ ， ．１％ Ｓ 含量均值Ｏ ００ ， ．１％ 无论是电炉钢或者是转炉钢 ， 其 有害元素硫磷控制得 比较好Ｏ通过降低钢 中的 Ｓ Ｐ 、
第 ２期 （ 第 １８期 ） 总 ５ 的碳 含量 之差基 本控 制在 ± ．％ 内。 ０２
渗碳齿轮钢要求晶粒度不粗于 ５级 ， 电炉钢与
转炉 钢均 能达 到要 求 ， 材 的细 晶粒 是 制 品渗碳 层 钢 晶粒 细化 的基 础 。如 果 渗 层 晶粒 粗 大 ， 轮 在 使 用 齿 过程 中容 易剥 落 。原 因是粗 晶 的晶界 比细 晶的 晶界 具有 更 高 的碳 量 ， 而 更 容 易形 成 碳 化 物 。淬 火 时 从 碳化 物不 能充 分溶解 ， 因而 阻碍再 结 晶和 晶粒 细化 ，
２ ５ 齿轮 钢淬 透值 ．
月份
用预备热处理过的毛坯制成 ０ ５ｍ ２ ｍ标准试样
检 验钢材 的 末 端 淬 透 性 ： 处 理 工 艺 ： 火 ９０～ 热 正 ０ ９ ０ｏ 淬火 ８０± Ｃ， ２ Ｃ， ８ ５ｏ 统计 其 检 验 数 据见 表 ５ 表 、
６。
图 ６ ０ ｒ ＴＨ钢一次顶锻合格率变化 ２ ＣＭｎ ｉ
图 ５ ２ ＣＭｎ ｉ 钢钛 元 素 分 布 ０ ｒ ＴＨ
电炉钢钛 含量 主要 集 中在 ０ ０６ ～００ ５ ， ．５ ％ ．７ ％ 极 差 ０ ０９ ， 值 ０ ０６ ， 炉 钢 钛 含 量 主 要 集 ． １％ 均 ．６ ％ 转 中 在 ０ ０ ５ ～０ ０３ ， 差 ０ ０ ８ ， 值 ． ５％ ． ７％ 极 ． １％ 均
３ 结 论
１ 齿 轮钢总体 质 量 水平 控 制 在较 好 水 平 ， 能 ） 均 由表 ６数 据表 明 ， 电炉钢 淬 透值 Ｊ５均 值 ２ ． １ ６９ Ｈ Ｃ， Ｒ 淬透 值 带 宽小 于 等 于 ８Ｈ Ｃ 占 ８ ．％ ； 炉 Ｒ ０１ 转 钢 淬透值 Ｊ５均 值 ２ ． Ｒ 淬透 值带 宽小 于 等 于 １ ６ ９Ｈ Ｃ，
组 织性 能及 淬透性 ， 对齿轮 钢 的质量 现状作 出分析 。 并 关 键词 ：０ ｒ ｎ ｉ 齿轮 钢 ２ ＣＭ ＴＨ 淬 透性 化 学成分
表 ２ 磷硫有害元素分析
１ 前 言
２ ＣＭ ＴＨ齿 轮钢 是 国 内各 种 工 程 机 械 、 车 ０ ｒｎｉ 汽
等传动齿轮、 齿轮轴材料广泛使用的钢种 。工艺方 面要求化学成分 的均匀性 ， 更小的波动性 ， 钢液 的高 纯净 度 。
莱 钢 科技
２１ ０２年 ４月
２ ＣＭｎ ｉ ０ ｒ ＴＨ齿轮 钢 质 量 现 状 与分 析
李金浩 ， 李 飞 ， 秦桂 芝 （ 特钢事 业部 ） ．
摘 要 ： ＣＭ ＴＨ钢是用于生产齿轮钢的渗碳用钢 ， ２ ｒｎｉ ０ 要求具有较好的淬透性及较窄的淬透性 带。以大量的实际测试数据为基础 ， 分别研 究电炉和转 炉冶炼的 ２ ＣＭ ＴＨ钢 的化 学成分、 ０ ｒ ｎｉ
蒜
霉 蕞 一
Ｓ ｉ Ｓ ｉ
从而使齿轮剥落的因素增强。
２ ４ 主 要化 学成分 ．
（ ） 炉钢 ａ电
（ ） 炉钢 ｂ转
图 ２ ０ ｒ ＴＨ钢硅元素分布 ２ ＣＭｎ ｉ
影 响淬 透 性 的 因素 是 很 多 的 ， 化 学 成 分 、 如 夹
电炉 钢硅 含量 主 要集 中在 ０ ２ ％ ～ ．５ ， ．０ ０ ２ ％ 极 差 ００％， ． ５ 均值 ０ ２ ％ ， 炉 钢 硅 含 量 主要 集 中在 ．２ 转
至 １×０ １ １ 时 ， 其接触疲劳寿命可提高 ４ 。 倍
表 ７ ０ ｒｎ ｉ ２ ＣＭ ＴＨ齿轮钢的氧含量／ ０ １
由 表 ５数 据 表 明， 炉 钢 淬 透 值 Ｊ 电 ９均 值 ３ ＨＲ 淬透 值带 宽 小 于 等 于 ８ＨＲ 占 ７ ． ％ ； ５ Ｃ， Ｃ ８ ５ 转
炉钢 淬透 值 Ｊ ９均值 ３ ． Ｃ， 透值 带 宽 小 于等 ４ ６ＨＲ 淬
锰 、 等元 素在加 热 时溶 人 奥 氏体 中 ， 大 了 Ａ Ｆ 钛 增 — ＋Ｐ相变 的形 核功 或 激 活能 ， 迟 和减 慢 Ａ Ｆ＋Ｐ 推 — 的转 变 ， 而 降 低 了 ２ ＣＭｎ ｉ 钢 的 临 界 冷 却 速 从 ０ ｒ ＴＨ 度 ， 加 了淬 透 性 。通 过 回归分 析 得 出 影 响淬 透 性 增 主要元 素 的 化 学 成 分 碳 、 、 、 、 硅 钛 铬 锰 Ｊ 。其 化 学
差 ００ ％ ， ．８ 均值 １０ ％ ， 炉 钢 铬 含 量 主要 集 中在 ．９ 转
元 素 ｃ、ｉＭｎ Ｃ 、ｉ Ｓ、 、ｒＴ 的分布直 方 图 。
１０ ％ ～ ．２ 极差 ０ ０ ％， ．５ １ １ ％， ．７ 均值 １０ ％。每 炉 ．８
图 １ ２ Ｃ Ｍ ＴＨ钢碳元素分布 ０ ｒｎｉ
于 ８ Ｈ Ｃ占 ７ ． ％ 。 Ｒ ８０
表 ６ ０ ｒ ＴＨ齿轮钢淬透性 ，１ （ Ｃ） ２ ＣＭｎ ｉ Ｊ５ ＨＲ
从 表 ７可 以看 出 ， 电炉 钢 氧平 均 含 量为 １． ５ ３× １ ～， 差 为 ８ ４； 炉 钢 氧 平 均 含 量 为 １． × Ｏ 极 ． 转 ５９ ｌ ， ０ ¨极差 为 ７ ８ Ｉ ． 。总 体 齿 轮 钢 氧 含 量控 制 在 ２ ０× １ Ｉ以下 。 ０６
０ １％ ～ ．１ ， 差 ００ ％ ， 值 ０ ２ ， ．９ ０２％ 极 ．２ 均 ．０ 每炉 之 间
莱钢 科技
２ １ ４月 ０ ２年
００５ 。 ．６ ％ 每炉 之 间钛 含量 波 动范 围大 。 由 以上 分析 可 以得 出 ， 元 素分 布在 中限 ， 碳 主要 合 金元 素锰 铬均 窄 范 围地 控 制 在标 准 的下 限 ， 出于
降成本考虑 。电炉钢集 中分布范围碳 、 、 、 、 硅 锰 铬 钛 极差 （ ） ０ ０ 、．５ ０ ０ 、．８ ０ ０９； 炉 钢 ％ 为 ．２ Ｏ ０ 、．４ ０ ０ 、． １ 转
集 中分 布 范 围碳 、 、 、 、 极 差 （ ） ０ ０ 、 硅 锰 铬 钛 ％ 为 ． ２ ０ ０ 、．５００ 、．１ ， 学成分 稳 定 。 ．４０ ０ 、．７ ００ ８化
２７ 齿轮 钢氧 含量情 况 ． 电炉 钢 、 炉 钢 的平 均 氧 含 量 见 表 ７ 转 。氧 含 量 对齿 轮疲 劳寿命 的影 响 ， 现在 已愈加 受到 重视 ， 根据 “ 山阳新钢种系列”３ Ｅ 介绍 ， ］ 当氧含量从 ２ １ Ｉ降 ５ｘ ０ ６
表 ５ ２ ＣＭｎ ｉ ０ ｒ ＴＨ齿轮钢淬透性 。９ Ｈ Ｃ） Ｊ（ Ｒ
杂 、 析 、 氏体 晶粒 度 、 氏体 化温 度 、 问 、 火 偏 奥 奥 时 淬 介 质 、 格及 取样 部 位 等 。影 响 淬 透性 ２ ％ 。 ．２ ０２ ％ 极 ．４ 均 ．４
是 固溶在奥氏体 中的碳含量 ， 晶粒度大小也有一 与
间锰含 量波 动范 围大 ， 含量 偏 中下 限。 锰
Ｉ ｊ
Ｃ ｒ
Ｃ
（ ） 炉钢 ａ电
（ ） 炉 钢 ｂ转
图 ４ ２ ＣＭ ＴＨ 钢 铬 元 素 分 布 ０ ｒｎ ｉ
电炉 钢铬 含量 主 要集 中在 １０ ％ ～１１％ ， ．６ ．４ 极
图 】 ２ ３ ４、 别 为 ２ ＣＭｎ ｉ 齿 轮 钢 化 学 、 、 、 ５分 ０ ｒ ＴＨ
８Ｈ Ｃ占 ８ ． ％ 。 Ｒ ２９
达到 Ｇ ／ ５ １ Ｂ Ｔ２６—２０ ０４要 求 。采 取 炉 外 精 炼 技 术 ， 使得 冶炼 时化学 成 分 的精 确 控 制 得 到 了显 著 进 步 。 在钢水 冶 炼 时 ， 过 钢 包 精 炼 技 术 ， 进 行 成 分 微 通 可 调 ， 以将 硫磷 等有 害元素 含量 控制 到较低 水平 ， 可 低 倍组织 、 高倍组 织质量 优 良， 晶粒度 ７— ８级 ， 能满 均
对于电炉钢和转炉钢的低倍组织分别统计 ， 两 者一 般疏 松 与 锭 型 偏 析 均 为 ０ ５级 ， 低 于 Ｇ ／ ． 远 Ｂ Ｔ ２６ ２０ ５ １ — ０４标准的要求 ， 中心疏松波动范围不大 ， 均在可控范围之内， 低倍合格率 １０ ０ ％。 ２ ２ 有 害元素 分析 ． 钢液 中 ＳＰ等是 易 偏 析元 素 ， 钢 液 中的 含量 、 在 和分布形态影响铸坯 的中心偏析和中心疏松。通过 冶炼洁净钢 ， 采用铁水预处理或钢包脱硫等技术 ， 降 低钢 液 中 Ｓ Ｐ等易偏 析元素含量 ， 、 提高 钢水纯净 度， 可有效 防止 中心偏析和中心疏松的产生。
定关 系。 化 学成分 是影 响 淬 透性 最 强 烈 的 因素 … ， 金 合
元 素对 钢 的淬透性 的影 响是 它们 对钢淬 火 时的 临界
冷 却速 度 影 响 的 反 映 。２ Ｃ Ｍｎ ｉ 钢 的碳 、 、 、 ０ ｒ ＴＨ 硅 铬
一 一
■ｎ ■ｎ
（） ａ 电炉 钢
（ ） 炉钢 ｂ转
２ １ 低倍 组 织 ．
表 １ 低倍组织 （ ） 级
性能指标 ， 提高钢材的综合质量。
２ ３ 非金 属夹 杂和 晶粒度 ．
非金 属 夹 杂破 坏 了钢 的连 续性 ， 成 了钢 的组 造
织不均匀 ， 严重危害钢材质量 ， 降低钢的使用 寿命。
钢 中的非 金属夹 杂 物应尽 量少 ， 其氧 化物 、 硫化 物 的
（ ） 炉钢 ａ电
（ ） 炉 钢 ｂ转
电炉钢 碳含 量 主要 集 中在 ０ １％ ～ ．１ ， ．９ ０ ２ ％ 极
差 ００ ％ ， ．２ 均值 ０ ２ ％ ， 炉 之 间 的碳 含 量 之 差 基 ．０ 每 本 控 制 在 ±０ ２ 内 ， 炉 钢 碳 含 量 主 要 集 中 在 ．％ 转
含量 ， 能够 有效 地提 高钢水 的洁净度 ， 降低 钢 中夹杂 物含量 与 级别 ， 减少 钢材裂 纹缺 陷 ， 改善钢 材 的各项
钢 ， 中电炉钢 ９０炉 ， 炉 钢 ６１８炉 。通 过 生产 其 ０ 转 ４ 的这些 电炉钢 与转 炉钒 的实测 数据对 齿 轮钢 的质量
现状 进行 描述 。