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铝氮比对轿车用渗碳钢欧标20MnCr5齿轮钢（化学成分）晶粒混晶的影响
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-07-16
专门研究了在不同的热处理工艺下，铝含量、氮含量和铝氮比对欧标20MnCr5齿轮钢混晶影响，从而确定了炼钢过程铝和氮含量的合理控制范围，达到了大众汽车公司等欧洲轿车企业对齿轮钢晶粒度的要求。
渗碳钢品种繁多，主要应用于工程机械、商用车和轿车等，其中轿车用渗碳齿轮是技术质量要求最高的。齿轮制造过程中，其表面需经渗碳化学热处理，而齿轮渗碳温度高（930℃）、渗碳时间长（3～6h），该条件下奥氏体晶粒长大的倾向明显，易出现晶粒粗大或混晶现象。若齿轮渗碳淬火后出现严重的混晶现象，将导致齿轮淬火变形和开裂倾向增大，同时显著降低齿轮的结构强度，引起应力集中，容易造成齿轮脆性断裂。为此，专门研究了在不同的热处理工艺下，铝含量、氮含量和铝氮比对欧标20MnCr5齿轮钢混晶影响，从而确定了炼钢过程铝和氮含量的合理控制范围，达到了大众汽车公司等欧洲轿车企业对齿轮钢晶粒度的要求。
试验用20MnCr5钢材生产工艺：60t转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸→步进式加热炉加热→连轧机组轧制。选取生产中铝、氮含量不同的20MnCr5钢材4炉。采用ARL-4460火花直读光谱仪分析钢材的化学成分，结果如表1所示，其化学成分（wt%）符合20MnCr5齿轮钢的技术要求：C0.17～0.22，Si0.15～0.40，Mn1.10～1.40，Cr1.00～1.30，P≤0.020，S0.015～0.035，Al0.020～0.045。
表1 20MnCr5钢的化学成分（wt %）
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试样
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Cu
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Al
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Mo
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N
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1#
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0.18
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0.24
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1.26
|
0.012
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0.020
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1.14
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0.01
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0.02
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0.029
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0.008
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0.0036
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2#
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0.18
|
0.24
|
1.25
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0.012
|
0.020
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1.14
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0.01
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0.02
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0.021
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0.002
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0.0035
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3#
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0.18
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0.23
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1.31
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0.014
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0.023
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1.17
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0.02
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0.03
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0.025
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0.005
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0.0102
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4#
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0.19
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0.26
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1.23
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0.014
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0.016
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1.16
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0.01
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0.02
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0.030
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0.003
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0.0100
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采用25-13型自动箱式电阻炉进行模拟渗碳热处理，检测不同铝、氮含量钢材在不同保温时间的奥氏体晶粒度。试样经预磨、抛光后，采用饱和苦味酸水溶液腐蚀以显示奥氏体晶粒度，采用OLYMPUS PMG3金相显微镜依据GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定方法》评定其奥氏体晶粒度。结果表明：
（1）轿车用20MnCr5渗碳钢中的铝含量≥0.020%时，氮含量偏低是导致其在渗碳温度发生混晶的主要原因。
（2）轿车用20MnCr5渗碳钢中的铝含量≥0.025%且[Al]/[N]≥3时，能够保证在930℃保温6h的热处理工艺下不发生混晶现象。
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