本發明涉及汽車變速箱齒輪用齒輪鋼，更具體地是指一種窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼及其制備方法。

　　背景技術：

　?。糊X輪是機械工業的基礎零件。它在工作時長期受到變載荷的沖擊力、接觸應力、脈動彎曲應力及摩擦力等多種應力的作用，工作環境惡劣，因此要求制造齒輪的齒輪鋼具有較高的強韌性、疲勞強度和耐磨性。近年來隨著汽車工業的發展，特別是小轎車，對齒輪在強度、韌性、耐磨及抗疲勞、低噪音等方面具有比其他機械齒輪更嚴格的要求。這就對齒輪鋼性能質量提出更高的要求。高質量的齒輪鋼應具有以下四大質量指標：特定的淬透性及窄的淬透性帶寬；高的純凈度；細小均勻的晶粒；良好的表面質量；良好的熱加工和切削性能。公開號：cn102560255a，名為″一種高溫真空滲碳齒輪用鋼″的專利介紹了鋼材的化學成分：c：0.10～0.30％，si：0.15～0.25％，mn：0.60～0.90％，p≤0.025，s：0.010～0.020％，cr：0.85～1.25％，al：0.033～0.055％，n：0.0160～0.0300％，ti：0.001～0.009％，[o]≤0.0020％，其余為fe以及不可避免雜質。本發明（是指上述專利)采用微合金化方式，控制齒輪鋼高溫真空滲碳過程中奧氏體晶粒異常長大，使鋼材晶粒度嚴格控制在7.0-8.0級，保證淬透性j5mm穩定控制在32hrc-42hrc，滿足普通齒輪鋼的各項性能要求。鋼材的淬透性帶寬在10hrc，遠遠大于高等級齒輪鋼帶寬≤6hrc的要求，寬的淬透性會導致齒輪熱處理后變形嚴重。公開號：cn103361559a，名為″一種nb、ti復合微合金化高溫滲碳齒輪鋼″，該齒輪鋼按重量百分比其成分為：c0.17～0.22％、si0.20～0.35％、mn0.90～1.10％、cr：1.05-1.30％，ti：0.02-0.06％，nb：0.02-0.06％，al0.015～0.035％、p≤0.025％、s0.020～0.035％，余量是fe和不可避免的雜質。本發明控制nb、ti微合金元素含量，提高現行齒輪的滲碳溫度；縮短齒輪的滲碳時間，降低齒輪生產成本。雖然nb、ti復合微合金化能保證鋼材在1000℃及以上的高溫滲碳，但是目前工業化高溫滲碳的溫度只有960℃，另外添加nb增加了冶煉成本，并且含ti、nb鋼存在高溫脆性區，軋制過程中由于ti、nb元素在晶界的析出導致晶界薄弱發生鋼坯斷裂。公開號：cn101306435a，名為″一種齒輪鋼的生產方法″的專利介紹了一種齒輪鋼及其生產方法，其組成按質量百分數為：c：0.10～0.35％、si：0.15～0.45％、mn：0.60～1.50％、cr：0.80-1.50％、p：≤0.030％、s：≤0.045％、ti：0.03-0.12％；al：0.01-0.1％；ni：0-0.30％、mo：0-0.2％、cu：0-0.20％，n：0.004-0.015％，鐵余量。采用的生產工藝流程為：轉爐冶煉-鋼包精煉或者真空脫氣爐精煉-連鑄-連軋。其不足之處在于，該齒輪鋼能承受的滲碳溫度為930℃，對于在960～980℃的高溫下滲碳會導致鋼材晶粒的過分粗大，形成混晶，使材料變形嚴重，工件尺寸超標。上述現有技術的細晶粒齒輪鋼的生產方法均不利于同時滿足窄的淬透性帶寬、高的表面質量以及較高滲碳溫度的要求。技術實現要素：本發明的目的是提供一種窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼及其制備方法，能夠保證鋼材的淬透性帶寬窄、鋼材軋制表面質量好、晶粒細小。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案。一方面，一種窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼，按重量百分比計，包含：c：0.19％～0.21％、mn：1.25％～1.35％、si：0.20～0.30％、cr：1.20％～1.30％、p：≤0.020％、s：0.010％～0.025％，n：0.013％～0.02％、al：0.034～0.050％、[o]≤0.0015％、[h]≤0.0002％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。另一方面，一種窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼的制備方法，包括以下步驟：s1：按照所述齒輪鋼的組分進行配料，采用電爐冶煉及爐外精煉，得到鋼水；s2：將所述鋼水進行真空脫氣后，進行連鑄，得到連鑄鋼坯；s3：將連鑄鋼坯采用1300初軋機開坯成210方方坯；s4：將所述方坯進行加熱軋制，得到所述齒輪鋼。步驟s1的具體操作為：采用電爐冶煉，氧化期流渣去p，拉渣干凈，出渣畢加sial合金、石灰，化渣均勻；控制終點[p]≤0.008％，出鋼溫度為1640～1680℃；爐外精煉時造堿性渣，分批補加石灰和碳化硅，使渣色變白，同時控制氬氣壓力，以鋼水不翻出渣面為準；控制鋼水氧含量≤0.0015％。步驟s2的具體操作為：對鋼水進行真空脫氣處理，在小于66.7pa真空度以下處理時間不低于10min，控制底吹氬弱攪拌時間不低于10分鐘，控制吊包溫度不低于1557℃，以控制鋼水中h含量≤0.0002％。步驟s3的具體操作為：對連鑄坯進行加熱，控制連鑄坯在高溫均熱段的溫度為1200～1230℃，時間為100～150min，總加熱時間不低于450min。步驟s4的具體操作為：對初軋坯進行加熱，控制加熱溫度為1190～1240℃，總加熱時間不低于120min，終軋溫度大于950℃。采用本發明的低硅高硫的窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼及其制備方法，具有如下有益效果：1、成分優化設計，采用本發明鋼制成的齒輪末端淬透性帶寬窄，加工成齒輪熱處理后變形小，且同時具有良好的疲勞性能及穩定的力學性能。2、各制備工序嚴格按照目標成分進行控制，確保鋼的成分精準化。3、對連鑄坯進行加熱，控制連鑄坯在高溫均熱段的溫度為1200～1230℃，時間為100～150min，總加熱時間不低于450min，使鋼坯均勻熱透又不至于高溫段時間過長；冷卻后對軋坯表面進行檢查，有缺陷的地方予以清除；提高鋼材的成分均勻性和表面質量.5、對初軋坯進行加熱，控制加熱溫度為1190～1240℃，總加熱時間不低于120min，終軋溫度大于950℃，加熱溫度為1190℃以上，aln的固溶量比較高，且析出的孕育期比較長，不容易產生大量的應變誘導析出；其次在當終軋溫度大于950℃，終軋過程中形變產生的位錯也比較容易消除。因此在后續的冷卻過程中，析出相的形核點較少，不容易在奧氏體中析出。6、通過冶煉、軋制鋼坯加熱工藝、定尺工藝的綜合控制可實現生產性能穩定、表面質量良好的汽車齒輪用鋼。具體實施方式本發明的窄淬透性高溫細晶粒mncr齒輪鋼，按重量百分比，包含如下成分：c：0.19％～0.21％、mn：1.25％～1.35％、si：0.20～0.30％、cr：1.20％～1.30％、p：≤0.020％、s：0.010％～0.025％，n：0.013％～0.02％、al：0.034～0.050％、[o]≤0.0015％、[h]≤0.0002％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。根據產品具體性能要求，各元素內控范圍為，c：目標值±0.01％，mn合金元素：目標值±0.04％，殘余有害元素盡可能低。該鋼種的成分設計原理如下：利用seep1664的淬透性計算公式，計算獲得滿足j5和j9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限，依據計算c、si、mn、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：1.25-1.35％，cr：1.20～1.30％。當運動的晶界遇到析出相質點時，受到質點的釘扎作用，將有效阻止奧氏體晶粒長大。gladman公式表明，高溫滲碳時晶粒粗化與否取決于析出相的尺寸和體積分數。根據試驗結果，al元素在0.034％～0.050％，n元素在0.013％～0.02％，同時保證al/n比在2以上時，析出的aln粒子數量最多。當al含量大于0.050％，容易形成水口結瘤，影響連鑄可澆性。o：氣體氧含量是鋼中的有害元素，隨著氧含量的增加，鋼材的塑性特別是韌性顯著降低?？刂苚含量≤0.0015％，使鋼具有相當高的純凈度，提高材料的韌性和疲勞性能。同時在技術條件允許情況下，碳元素與各元素之間達到理想的最佳配比含量，并且保證成分的穩定性和均勻性，從而為材料在后續加工生產的批量穩定生產奠定了基礎。該窄淬透性細晶粒齒輪鋼的生產方法，具體包括如下步驟：s1：按照齒輪鋼的元素組分計量比進行配料，采用電爐冶煉及爐外精煉，得到鋼水；s2：將所述鋼水進行真空脫氣后，進行連鑄，得到連鑄鋼坯；s3：將所述連鑄鋼坯采用1300初軋機開坯成210方方坯；s4：將所述210方初軋坯進行加熱軋制，得到所述齒輪鋼。步驟s1的具體操作為：采用電爐冶煉，氧化期流渣去p，拉渣干凈，出渣畢加sial合金、石灰，化渣均勻；終點[p]控制為≤0.008％，出鋼溫度控制為1640～1680℃，以保證鋼水初始氧化量低，為后續脫氧創造條件；爐外精煉時造堿性渣，分批補加石灰和碳化硅，確保爐渣流動性良好，渣色變白，同時控制氬氣壓力，以鋼水不翻出渣面為準；控制鋼水氧含量≤0.0015％。步驟s2的具體操作為：對鋼水進行真空脫氣處理，在小于66.7pa真空度以下，處理時間不低于10min，保證底吹氬弱攪拌時間不低于10分鐘；吊包溫度不低于1557℃；可保證鋼水中h含量在較低的范圍(≤0.0002％)。步驟s3的具體操作為：對連鑄坯進行加熱，一般包括加熱一段、加熱二段及高溫均熱段，加熱一段、加熱二段是對連鑄坯進行快速加熱，逐漸升到較高溫度，而高溫均熱段為關鍵控制區域，本發明通過控制連鑄坯在高溫均熱段的溫度為1200～1230℃，時間為100～150min，總加熱時間不低于450min，使鋼坯均勻熱透又不至于高溫段時間過長；有利于成分均勻化，減小淬透性的波動。步驟s4的具體操作為：對初軋坯進行加熱，控制加熱溫度為1190～1240℃，總加熱時間不低于120min，終軋溫度大于950℃，使aln在加熱爐中充分回溶到鋼材基體中，在后續的軋制和熱處理過程中析出納米級的析出相。具體實施例如下：表1化學成分(wt，％)元素csimnpscralnoh實施例10.190.281.280.0100.0121.250.0390.0140.00130.0001實施例20.200.261.260.0120.0141.270.0380.0190.00120.0001實施例30.210.231.240.0090.0151.230.0340.0170.00100.0002本發明的鋼種的化學成分范圍窄，氧含量較低，純凈度高。表2低倍組織性能本發明的鋼種的低倍組織級別較佳，達到了gb/t3077-2015標準的特級優質合金結構鋼的水平。表3晶粒度本發明的鋼種在930℃保溫4小時晶粒度為8級，晶粒細小均勻，達到了gb/t5216-2014標準的要求。另外，本發明的鋼種在960℃和980℃保溫4小時后，晶粒度仍然保持在7級，所以本發明的鋼種可以在960℃進行高溫滲碳，和原來的930℃滲碳相比，可以比原來的滲碳時間縮短一半。表4末端淬透性本發明鋼種經過925℃保溫1小時正火，925℃保溫30分鐘端淬后，淬透性帶寬j5為42-45，j9為35-38，帶寬≤4hrc，淬透性范圍窄，減小了齒輪熱處理的變形，達到國際領先水平。表5力學性能本發明鋼種淬回火的抗拉強度超過標準范圍的上限，且不同爐號的力學性能差異小，均勻性較佳。附不同al和n含量對應的晶粒度試驗結果本

　　技術領域：