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19CrNi5齿轮钢法国钢铁工业标准NF渗碳合金钢化学成分力学性能
近年来,我国汽车制造工业和工业机械制造得到了快速发展。尤其外国汽车制造厂纷纷到中国投资建厂,在这种背景下,加快汽车用钢的国产化就显得愈加紧迫。19CrNi5钢是法国钢铁工业标准(NF)中的一个渗碳合金钢,其钢材要求淬透带窄,钢材纯净度高,目前国内生产厂家很难生产达到依维柯汽车要求的产品,S厂根据用户要求进行了试制生产。
1 19CrNi5主要技术要求
1.1 化学成分(%)
C:0.16~0.21,Si:0.15~0.35,Mn: 0.70~1.00,P≤0.030,Cr:0.80~1.20,S:0.020~0.040,Al:0.020~0.050,Ni:0.80~1.20,Mo≤0.10,Cu≤0.30。其他残余元素均按19CrNi5标准要求控制。
1.2 钢材低倍
按GB1979检验,中心疏松、一般疏松均不能超过2级,偏析不超过一级,不得有肉眼可见 的缩孔、气泡、夹杂及白点。1.3 非金属夹杂物
A细≤2.0级,A粗≤2.0级,B细≤2.0级,B粗≤2.0级,C细≤2.0级,C粗≤1.5级,D细≤2.0级,D粗≤1.5级,球状夹杂物Ds≤1.5级。
1.4 淬透性
J5=37~43HRC;J9=34~40HRC;J15=27~33HRC。
1.5 带状组织≤2.0级。
1.6 力学性能
试样经875±
1.7 晶粒度
奥氏体晶粒度5~8级。
1.8 交货状态
热轧状态交货,且热顶锻检验合格;钢材表面不得有裂纹、结疤、折叠及夹杂,如有必须清除。
2 试生产工艺路线
3 关键工艺点控制情况
3.1 化学成分内控要求
C :0.17~0.20,Si:0.21~0.24,Mn :0.84~0.85,S: 0.026~0.034,Cr: 0.90~0.91,Ni: 0.85~0.86,Al :0.026~0.030
冶炼中严禁使用五害元素含量高的废钢,入炉原辅材料及铁合金必须进行干燥处理。
3.2 钢的氧含量控制
为了防止钢水过氧化和提高LF的精炼效果,LD冶炼终点碳控制在0.08~0.11%。为了提高LF脱氧效果并减少钢中夹杂物,使脱氧生成的Al2O3充分上浮,在初炼炉出钢过程加大预脱氧力度,出钢过程加FeAl量在3.0~
3.3 淬透性控制
为了保证钢的窄淬透性带宽,将钢中影响淬透性的主要元素实行窄成分控制,C:(0.18±0.01)%、Mn:(0.85±0.02)%、Cr:(0.90±0.02)%、Ni:(0.85±0.02)%。为了给LF精炼创造有利条件,初炼炉出钢过程加强挡渣操作,严格控制下渣量。
3.4 晶粒度控制
通过VD后喂入适量的Al线,使钢中Al在0.020以上确保钢的奥氏体晶粒度满足用户要求。同时为了减少喂Al后Al2O3夹杂物增多的问题,连铸上钢前保证大于15分钟的软吹时间,促使钢中Al2O3夹杂物充分上浮。
3.5 白点的控制
为了控制钢中白点缺陷, Ni提前加入钢包进行烘烤;并保证足够的VD真空度和真空时间(67Pa以下保持10分钟以上),将钢中H含量控制在2.0PPm以下。
3.6表面裂纹的控制
19CrNi5是包晶钢,在钢水凝固过程中容易产生连铸坯表面裂纹;同时该类钢在850~
为了减少钢材表面裂纹,在控制连铸坯裂纹的同时,通过控制连铸坯在轧钢加热炉内不同温度的停留时间来减少钢中AlN的析出,进一步减少钢材产生裂纹的几率。
4 试验结果
19CrNi5钢生产实际化学成分、低倍、高倍、力学性能、淬透性等结果见表1~5。
表1 19CrNi5的化学成分
Table 1 Chemical Composition for 19CrNi5
名称 |
C |
Si |
Mn |
S |
Cr |
Ni |
Al |
平均 |
0.19 |
0.23 |
0.84 |
0.03 |
0.91 |
0.85 |
0.028 |
表2 低倍组织(级)
Table 2 Macrostructure(Grade)
项目 |
中 心疏 松 |
一 般疏 松 |
一般点状偏析 |
边缘点状偏析 |
检验结果 |
1.5 |
0 |
0 |
0 |
表3 非金属夹杂物(级)
Table 3 Non-metallic inclusion(Grade)
项目 |
A |
B |
C |
D |
Ds |
||||
细系 |
粗系 |
细系 |
粗系 |
细系 |
粗系 |
细系 |
粗系 |
||
检验结果 |
2 |
0 |
1.5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
表4 力学性能
Table 4 Mechanical Properties
项目 |
Rm(MPa) |
ReL(MPa) |
A(%) |
Aku(J) |
实际结果 |
1185~1320 |
960~970 |
12~14 |
64~70 |
表5 钢材末端淬透性检验结果如下
Table 5 Inspection Result for Steel Product End Quench Hardenability Test
端淬距离 |
J3(HRC) |
J9(HRC) |
J15(HRC) |
硬度范围 |
41~44 |
32.5~33.8 |
27.2~28.6 |
表6 晶粒度与带状
Table 6 Grain Size & Band
名称 |
晶粒度 |
带状 |
检验结果 |
7~7.5 |
1.5~2 |
5 结语
19CrNi5齿轮钢是一种渗碳用铬镍钢,具有高耐磨性和高韧性特点,同时具有一定的强度,是强韧性结合较好的钢种,主要用于制作承受高负荷的传动齿轮零件。S厂采用转炉初炼、LF+VD精炼、连铸连轧、缓冷生产工艺生产的该钢种,通过控制合理的化学成分以及关键工艺点的重点控制,保证了钢种的内在质量,从而使19CrNi5齿轮钢的各项性能技术指标均满足了用户的要求,为今后的批量生产积累了数据。