本發(fā)明屬于滲碳齒輪鋼領(lǐng)域，主要適用于制造汽車后橋主、從動齒輪，亦可用于制造其它大規(guī)格齒輪零件。
背景技術(shù)：
：隨著汽車制造技術(shù)和材料生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，汽車向著高速度、高載重量、低噪聲和輕量化發(fā)展，對汽車齒輪用特殊鋼提出了更高的要求。汽車用齒輪鋼中以滲碳齒輪鋼為主，滲碳處理需要在高溫下長時間保溫，消耗的能源多、工時長。降低滲碳處理成本的有效途徑是縮短滲碳時間。試驗表明，當(dāng)滲碳溫度高于常用的930℃提高到1000℃時就能夠大幅度縮短滲碳時間。近年來，工業(yè)大生產(chǎn)較成熟的高溫滲碳設(shè)備可滿足960-980℃滲碳的條件。盡管高溫滲碳技術(shù)可提高滲碳效率節(jié)約能源，但對滲碳齒輪鋼也提出了更高的要求。高溫滲碳時奧氏體晶粒很容易長大，因此控制奧氏體晶粒對滲碳齒輪鋼來說尤為重要。目前控制高溫滲碳奧氏體晶粒長大的方法主要是添加微合金化元素nb、ti。中國專利cn103361559a公布了一種采用nb、ti復(fù)合微合金化高溫滲碳齒輪鋼，通過添加ti0.02-0.06％，nb0.02-0.06％形成析出相控制晶粒。但并未提及對鋼中n含量的控制，含ti鋼需要極低的n含量以避免形成大尺寸tin析出相破壞齒輪鋼疲勞性能。另外，鋼中加入ti元素可導(dǎo)致淬透性降低，顯然該專利并未對齒輪鋼的綜合性能考慮全面。中國專利cn102560255a發(fā)明了一種高溫真空滲碳齒輪用鋼。通過添加al0.033％-0.055％細(xì)化晶粒。但當(dāng)al＞0.033％會造成中間包水口堵塞，無法實現(xiàn)連續(xù)澆鑄，該專利并未提及解決問題的技術(shù)方案。日本專利jp2000-160288也同樣采用添加0.03％-0.06％的nb控制晶粒長大。上述發(fā)明表明，國內(nèi)外有關(guān)高溫滲碳齒輪鋼控制晶粒長大的技術(shù)普遍采用添加微合金元素形成碳化物析出相來阻礙晶粒長大的方案。眾所周知，微合金元素nb、ti等的析出會使奧氏體中固溶的c含量下降，從而降低鋼的淬透性，齒輪鋼又是對淬透性要求較嚴(yán)格的鋼種，并且含ti、nb鋼存在高溫脆性區(qū)，軋制過程中由于ti、nb元素在晶界的析出導(dǎo)致晶界薄弱發(fā)生鋼坯斷裂的事故，產(chǎn)生大量廢品。因此采用微合金元素控制晶粒長大的方案應(yīng)用在齒輪鋼領(lǐng)域并不十分理想。淬透性和淬透性帶寬也是滲碳齒輪鋼的重要指標(biāo)。淬透性可通過增加或減少淬透性元素來調(diào)節(jié)，該問題在齒輪鋼領(lǐng)域已經(jīng)得到較好解決。淬透性帶寬的大小很大程度上影響熱處理變形，淬透性帶寬愈窄，離散度愈小，愈有利于齒輪的加工及提高其嚙合精度。然而目前我國gb/t5216-201x對淬透性的要求為j27/41-15，j24/38-25，相當(dāng)于淬透性帶寬在14hrc，汽車行業(yè)對淬透性帶寬的要求比國標(biāo)嚴(yán)格，但也僅限于帶寬≤7hrc。而美國、德國等發(fā)達(dá)國家的滲碳齒輪鋼實物淬透性帶寬可控制在4-6hrc。隨著汽車行業(yè)對汽車齒輪精密加工及裝配尺寸公差要求的不斷提高，縮小滲碳齒輪鋼的淬透性帶寬成為近年來國內(nèi)外滲碳齒輪鋼研究的熱點。綜上所述，國內(nèi)外還沒有提供一種充分利用冶煉殘余元素控制晶粒長大且滿足工業(yè)生產(chǎn)多爐次連續(xù)澆鑄的高溫滲碳齒輪鋼，也沒有公開將齒輪鋼淬透性帶寬穩(wěn)定控制在≤4hrc的化學(xué)成分控制技術(shù)。針對高溫滲碳齒輪鋼存在的問題，有必要提供一種高溫滲碳條件下晶粒不長大，且具有窄淬透性帶寬的高溫滲碳齒輪鋼以滿足汽車齒輪行業(yè)技術(shù)進(jìn)步對材料的需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種980℃-1000℃高溫滲碳晶粒不長大的低成本高溫滲碳齒輪鋼，并且具有窄淬透性帶寬的特點。根據(jù)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種具有細(xì)晶粒窄淬透性帶寬的高溫滲碳齒輪鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：c：0.19～0.21％，si：0.20～0.30％，mn：0.70～0.80％,p≤0.010,s：≤0.005％,cr：1.10～1.20％,mo：0.35-0.38％,al：0.025～0.055％，ca0.0015～0.0025％，n：0.0080～0.0200％，o≤0.0015％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)?；瘜W(xué)成分：(1)利用淬透性計算公式，計算獲得滿足j15、j25處淬透性帶寬不大于4hrc的齒輪鋼中影響淬透性主要元素的成分上下線，淬透性計算曲線如圖2所示。依據(jù)計算c、si、mn、mo、cr元素的含量需控制在如下范圍：c：0.19～0.21％，si：0.20～0.30％，mn：0.70～0.80％,cr：1.10～1.20％,mo：0.35-0.38％。(2)本發(fā)明鋼利用齒輪鋼冶煉過程脫氧元素al，與鋼中n元素形成aln析出相控制980℃-1000℃晶粒長大，前提是需要保證足夠量的aln析出才能獲得抑制晶粒長大的效果，通過析出相對原奧氏體晶粒細(xì)化的計算公式，發(fā)明鋼中al含量需要保證不小于0.025％，才能將晶?？刂圃诓淮笥?0μm的水平。由于al/n相對原子量之比約為2，因此其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2時有利于全部結(jié)合成為aln，最大限度發(fā)揮aln的作用，因此鋼中n含量應(yīng)不小于0.008％。進(jìn)一步提高al含量，并按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)2:1的關(guān)系提高n含量可實現(xiàn)更高溫度條件下控制晶粒長大，但al含量超過0.06％將提高鋼的淬透性，無法保證獲得穩(wěn)定的淬透性，因此al含量的最佳范圍在0.025-0.055％之間，n含量的最佳范圍在0.08-0.020％之間。此外，采用al脫氧的齒輪鋼鋼液中易殘留脫氧產(chǎn)物al2o3影響鋼液流動造成中間包水口堵塞，因此需添加ca0.0015～0.0030％與al2o3形成鋁酸鈣以解決水口堵塞的問題。一種具有細(xì)晶粒窄淬透性帶寬的高溫滲碳齒輪鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：c：0.19～0.21％，si：0.20～0.30％，mn：0.70～0.80％,p≤0.010,s：≤0.005％,cr：1.10～1.20％,mo：0.35-0.38％,al：0.025～0.055％，ca0.0015～0.0025％，n：0.0080～0.0200％，[o]≤0.0015％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。采用上述方案本發(fā)明的優(yōu)點在于：不采用微合金化高成本且不易大生產(chǎn)應(yīng)用的思路，而是通過利用齒輪鋼冶煉過程的副產(chǎn)物來達(dá)到控制高溫晶粒長大的目的，首先節(jié)約原材料成本，其次降低生產(chǎn)工藝的風(fēng)險系數(shù)，降低廢品率。通過淬透性模型計算保證淬透性帶寬小于4hrc的主要合金元素控制范圍，獲得窄淬透性帶寬的高溫滲碳齒輪鋼，可減小齒輪熱處理后的變形，較少性能波動。發(fā)明鋼熱經(jīng)過980-1000℃高溫滲碳后晶粒尺寸扔然保持在15-20μm范圍內(nèi)，晶粒度控制在7-8級。此外，發(fā)明鋼經(jīng)過淬透性模型計算獲得控制窄淬透性帶寬的精準(zhǔn)成分范圍。附圖說明圖1(1)-(12)本發(fā)明實施例與對比鋼經(jīng)過980℃/6小時滲碳后原奧氏體晶粒照片圖2設(shè)計成分上、中、下線淬透性帶寬計算值具體實施方式下面通過對最優(yōu)實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明鋼的化學(xué)成分為(重量％)：c：0.19～0.21％，si：0.20～0.30％，mn：0.70～0.80％,p≤0.010,s：≤0.005％,cr：1.10～1.20％,mo：0.35-0.38％,al：0.025～0.055％，ca0.0015～0.0025％，n：0.0080～0.0200％，[o]≤0.0015％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。按照上述化學(xué)成分要求共生產(chǎn)9爐本發(fā)明鋼，并采用電爐(eaf)+爐外精煉(lf)+真空脫氣(rh)+連鑄+軋制的工藝生產(chǎn)發(fā)明鋼的連鑄坯，連鑄坯經(jīng)過1200-1250℃加熱保溫4小時后進(jìn)行圓鋼熱連軋。開軋溫度：1100-1150℃，終軋溫度：890-920℃，軋后經(jīng)過緩冷線冷卻到550-600℃入緩冷坑。按照gb/t5216-201×中的要求生產(chǎn)3爐22crmoh作為對比鋼(上線、中線、下線成分)，并采用電爐(eaf)+爐外精煉(lf)+真空脫氣(rh)+連鑄+軋制的工藝生產(chǎn)對比鋼的連鑄坯，連鑄坯經(jīng)過1150-1200℃加熱保溫3小時后進(jìn)行圓鋼熱連軋。開軋溫度：1100-1150℃，終軋溫度：900-950℃，軋后經(jīng)過緩冷線冷卻到550-600℃入緩冷坑。發(fā)明鋼與對比鋼的化學(xué)成分如表1所示。下面為本發(fā)明高溫滲碳齒輪鋼的具體實施例：實施例1：爐號為1的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分上線，al、n偏下限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例2：爐號為2的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分上線，al、n偏中限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例3：爐號為3的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分上線，al、n偏上限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)1000℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例4：爐號為4的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分中線，al、n偏下限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例5：爐號為5的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分中線，al、n偏中限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例6：爐號為6的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分中線，al、n偏上限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)1000℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例7：爐號為7的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分下線，al、n偏下限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例8：爐號為8的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分下線，al、n偏中限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)980℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。實施例9：爐號為9的發(fā)明鋼(c、si、mn、cr、mo成分下線，al、n偏上限)與對比鋼熱軋棒材取樣經(jīng)1000℃保溫6小時高溫滲碳后對比其原奧氏體晶粒度，另取淬透性試樣經(jīng)925℃/1小時正火，925℃端淬對比其淬透性帶寬。從表1、2、3的結(jié)果可以看出，發(fā)明鋼熱軋棒材涵蓋成分上線、中線、下限以及不同尺寸規(guī)格，經(jīng)過980-1000℃高溫滲碳后晶粒尺寸扔然保持在15-20μm范圍內(nèi)，晶粒度控制在7-8級。而對比鋼則出現(xiàn)混晶現(xiàn)象，且最大晶粒尺寸超標(biāo)，無法正常使用。此外，發(fā)明鋼經(jīng)過淬透性模型計算獲得控制窄淬透性帶寬的精準(zhǔn)成分范圍。表1.實施例和對比鋼的化學(xué)成分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)％表2.本發(fā)明實施例和對比鋼經(jīng)過980℃/6小時高溫滲碳后原奧氏體晶粒尺寸爐號鋼種棒材規(guī)格，mm滲碳后原奧氏體晶粒尺寸，μm1發(fā)明鋼φ110162發(fā)明鋼φ110163發(fā)明鋼φ110154發(fā)明鋼φ130155發(fā)明鋼φ130166發(fā)明鋼φ130157發(fā)明鋼φ150168發(fā)明鋼φ150179發(fā)明鋼φ1501510對比鋼φ110混晶(最大晶粒100)11對比鋼φ130混晶(最大晶粒60)12對比鋼φ150混晶(最大晶粒80)表3.本發(fā)明實施例和對比鋼經(jīng)過925℃/1小時正火，925℃端淬后淬透性帶寬上面對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12