铌微合金在齿轮钢中的应用研究

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1、铌微合金在齿轮钢中的应用研究王文军中信微合金化技术中心报告题目1.齿轮钢发展现状和方向2.铌微合金在钢中的作用3.铌微合化齿轮钢的研究进展4.结论11.齿轮钢发展现状和方向齿轮钢主要用于汽车（70%）和机械船舶行业（30%），随着汽车工业的快速发展，齿轮钢产量也呈现了稳步的增长。350300250200150齿轮钢产量，万吨10050050100150200250300汽车产量，千辆1.齿轮钢发展现状和方向我国是汽车大国，齿轮钢产量和用量已超过200万吨/年，主要齿轮钢品种国内均能生产我国齿轮钢体系繁杂，与汽车品牌有关日

2、本Cr系、Cr-Mo系（SCr420H、SCM420H）德国Mn-Cr系（20MnCr5H）美国Cr-Ni-Mo系（SAE8620H）齿轮钢冶金质量不稳定[O]含量不能稳定控制在20ppm以下淬透性带宽8-12HRC，波动范围大1.齿轮钢发展现状和方向高性能化1.齿轮钢高性能化有利于实现汽车轻量化2.通过材料质量控制，提高弯曲疲劳和接触疲劳性能3.减少淬火变形的程度低成本化1.通过生产工艺的提高，有效地较低生产成本、提高生产效率2.产品应具有低渗碳变形的能力3.冷精锻（防止晶粒粗化、省略退火）4.高温渗碳（节省能

3、源、提高效率、降低污染）5.低成本合金元素（降低Ni、Mo含量）2.铌微合金在钢中的作用过去20年间汽车结构件对钢的疲劳强度和韧性的要求的变化2.铌微合金在钢中的作用MPaP:析出强化，G:细晶强化屈服强度增加韧脆转变温度，℃在常用的微合金化元素中Nb对晶粒细化的效果最显著，每增加0.01%Nb约可获得8～14MPa的强度增量，并使钢的韧-脆性转变温度下降8～10℃。2.铌微合金在钢中的作用800MPa级钢+0.03%Nb微量的Nb显著细化了钢的显微组织并使MA岛变得弥散而细小2.铌微合金在钢中的作用铌在钢中的作用之一：在加热

4、过程中铌的碳氮化物质点钉扎奥氏体晶界，从而使奥氏体晶粒细化。2.铌微合金在钢中的作用1000再结晶区Nb950Ti900非再结晶区850V80075000.020.040.060.080.10.120.140.16Nb,Ti,V含量，%铌在钢中的作用之二：提高了非再结晶轧制温度，使奥氏体变得扁平，同时形成的大量的变形带和亚晶界，都会成为相变时铁素体形核点，从而保证了相变后细小的组织。2.铌微合金在钢中的作用铌在钢中的作用之三：在铁素体中析出的碳氮化铌可起到析出强化的作用。2.铌微合金在钢中的作用Nb(C,N)在奥氏体中的固溶度

5、0.120.1141200C1150C0.101100C1050C950C0.080.0740.060.057Nb,%0.0460.040.0370.0380.0280.0230.0250.0230.020.0180.0150.0150.0120.0090.0000.10.20.30.40.50.6C,%2.铌微合金在钢中的作用晶粒细化对结构钢零部件机械性能的影响抗拉强度静屈服强度紧固件态性抗松弛下垂性能抗延迟断裂性能+Nb弹簧弯曲疲劳强度动态冲击性能齿轮和轴件性能抗点蚀性3.铌微合化齿轮钢的研究进展用铌微合金改善齿轮钢问题

6、的提出1.齿轮渗碳通常在930℃×10h，大多依靠齿轮钢中AlN细化晶粒，奥氏体晶粒长大问题突出2.渗碳层晶粒异常长大导致变形大、疲劳寿命不高且波动范围大3.添加铌可克服以上问题，改善齿轮钢的性能4.同时含铌高温渗碳齿轮钢可提高效率、降低成本、降低污染3.铌微合化齿轮钢的研究进展渗碳钢疲劳寿命与晶粒度的关系：晶粒越粗则疲劳寿命越低MPa，疲劳强度3.铌微合化齿轮钢的研究进展齿轮淬火变形与奥氏体晶粒度的关系：晶粒大小越分散越容易变形Source：Prof.HardyMohrbacher3.铌微合化齿轮钢的研究进展提高渗碳钢温度可

7、产生的经济效益分析VacuumCarburizingTimeTemperatureCaseDepth=1.5mmooo930C980C1030C17CrNiMo6Loadinghr0.250.250.25Heatinghr1.51.752Carburizationandhr8.553DiffusionCoolingtoQuenchhr0.7511.25TemperatureQuenchingandhr0.50.50.5unloadingOverallhr11.58.57hr34.5ReductionofTime%~25~40S

8、ource：Prof.HardyMohrbacher3.铌微合化齿轮钢的研究进展1.18CrNiMo7-6齿轮钢加入0.03%Nb+0.01%Ti后晶粒度变化（1030℃连续渗碳25小时）加铌钢晶粒明显细化而且变动范围改善显著。Source：Prof.HardyMohrbac