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Mn-Cr系齿轮钢的发展与研究方法发布时间：2023-04-12T00:41:38.304Z 来源：《科学与技术》2023年1期作者：李东阳1，刘冰1，*，邹琦1 [导读] 齿轮钢是汽车用材中要求较高的关键材料之一，其质量不仅影响车辆寿命、能耗等经济技术指标，李东阳1，刘冰1，*，邹琦1（1.辽宁科技学院，辽宁本溪 117004）摘要：齿轮钢是汽车用材中要求较高的关键材料之一，其质量不仅影响车辆寿命、能耗等经济技术指标，而且对于满足汽车的安全、舒适及环保要求也至关重要。
本文介绍了Mn-Cr系齿轮钢的发展现状、趋势、存在的问题和研究方法。
关键词：齿轮钢、研究方法中图分类号：TD41 文献标识码：ADevelopment and Research method of Mn-Cr Gear SteelLi Dong-yang,LIU Bing,ZOU Qi(1.Liaoning Institute of Science and Technology,Liaoning Benxi 117004,China)Abstract: Gear steel is one of the key materials in automobile materials. Its quality not only affects the economic and technical indexes such as vehicle life, energy consumption, but also is very important to meet the requirements of safety, comfort and environmental protection of cars. This paper introduces the development status, trend, existing problems and research aspects of Mn-Cr gear steel. Key words: gear steel; research method1研究概况和发展趋势近年来，随着汽车行业引进车型的增多，国产汽车齿轮钢的品种和需求量明显增多，汽车齿轮钢的开发与研制成为特钢厂研究的核心内容，齿轮钢的性能提升对钢铁企业有着至关重要的影响。
齿轮钢行业分析报告及未来五至十年行业发展报告目录概述 (4)一、齿轮钢企业战略选择 (5)(一)、齿轮钢行业SWOT分析 (5)(二)、齿轮钢企业战略确定 (6)(三)、齿轮钢行业PEST分析 (6)1、政策因素 (6)2、经济因素 (7)3、社会因素 (8)4、技术因素 (8)二、齿轮钢行业政策环境 (8)(一)、政策持续利好齿轮钢行业发展 (8)(二)、齿轮钢行业政策体系日趋完善 (9)(三)、一级市场火热,国内专利不断攀升 (9)(四)、宏观环境下齿轮钢行业定位 (10)(五)、“十三五”期间齿轮钢业绩显著 (10)三、齿轮钢行业财务状况分析 (11)(二)、现金流对齿轮钢业的影响 (13)四、齿轮钢企业战略目标 (13)五、齿轮钢产业未来发展前景 (13)(一)、我国齿轮钢行业市场规模前景预测 (14)(二)、齿轮钢进入大规模推广应用阶 (14)(三)、中国齿轮钢行业的市场增长点 (14)(四)、细分齿轮钢产品将具有最大优势 (15)(五)、齿轮钢行业与互联网等行业融合发展机遇 (15)(六)、齿轮钢人才培养市场广阔，国际合作前景广阔 (16)(七)、齿轮钢行业发展需要突破创新瓶颈 (17)六、关于“十四五”齿轮钢业发展战略规划的建议 (18)(一)、齿轮钢业“十四五”战略规划简介 (18)1、齿轮钢业的社会化 (18)2、大规模的齿轮钢业 (19)(二)、“十四五”期间齿轮钢业的市场应用方向 (19)(三)、十四五”期间齿轮钢业的发展重点 (20)七、齿轮钢行业竞争分析 (20)(一)、齿轮钢行业国内外对比分析 (20)(二)、中国齿轮钢行业品牌竞争格局分析 (21)(三)、中国齿轮钢行业竞争强度分析 (22)1、中国齿轮钢行业现有企业的竞争 (22)2、中国齿轮钢行业上游议价能力分析 (22)3、中国齿轮钢行业下游议价能力分析 (22)4、中国齿轮钢行业新进入者威胁分析 (23)5、中国齿轮钢行业替代品威胁分析 (23)八、齿轮钢成功突围策略 (23)(一)、寻找齿轮钢行业准差异化消费者兴趣诉求点 (23)(二)、齿轮钢行业精准定位与无声消费教育 (23)(三)、从齿轮钢行业硬文广告传播到深度合作 (24)(四)、公益营销竞争激烈 (24)(五)、电子商务提升齿轮钢行业广告效果 (25)(六)、齿轮钢行业渠道以多种形式传播 (25)(七)、强调市场细分，深耕齿轮钢产业 (25)九、齿轮钢行业多元化趋势 (26)(一)、宏观机制升级 (26)(二)、服务模式多元化 (26)(三)、新的价格战将不可避免 (26)(四)、社会化特征增强 (27)(五)、信息化实施力度加大 (27)(六)、生态化建设进一步开放 (27)1、内生发展闭环,对外输出价值 (27)2、开放平台,共建生态 (28)(七)、呈现集群化分布 (28)(八)、各信息化厂商推动齿轮钢发展 (29)(九)、政府采购政策加码 (29)(十)、个性化定制受宠 (30)(十一)、品牌不断强化 (30)(十二)、互联网已经成为标配“风生水起“ (30)(十三)、一体式服务为发展趋势 (31)(十四)、政策手段的奖惩力度加大 (31)概述近年来，齿轮钢行业市场火爆，其应用场景跨越式发展的根本原因在于技术、安全和多样性的创新。
齿轮钢20CrMnTiH的开发与试制吴胜军（湘潭钢铁有限公司炼钢厂，湖南湘潭411101）摘要：针对齿轮钢20CrMnTiH的性能要求以及生产控制难点，在参考国家标准的基础上重新设计化学成分'对产品性能影响较大的ω(Ti)控制在0.06 %～0. 09%，以满足C-Ti差控制在0.12%而实现淬透性和塑性指标最佳。
湘钢生产的φ50～150 mm各种规格的20CrMnTiH圆钢表面质量、内部质量及外形尺寸均符合国家标准，机械性能达到预期目标。
关键词：20CrMnTiH；设计；检验中图分类号：TF762+.3 文献标识码：A 文章编号：l001-1447(2011)03-0054-04Exploitation and trial-manufacture of gear steel 20CrMnTiHWU Sheng-jun(Xiangtan Iron and Steel Co. Ltd. , Xiangtan 411101, China)Abstract: Based on the property requirements of 20CrMnTiH and difficulties in the pro-duction process, the composition of trial-manufactured 20CrMnTiH is designed in ac-cordance with the national standard. The content of Ti is in a range of 0. 06 %-0. 09%，which can control the difference of C-Ti to be 0. 12% for reaching best indexes of quenching and plasticity. The quality of surface, interior and formal size of 20CrMnTiH in series of cp50 - 150 mm produced by Xiangtan Steel Co. Ltd are in good accordance with the national standard. In addition, its mechanical properties can also a-chieve the expected goal.Key words: 20CrMnTiH; designing;i:nsp.ection20CrMnTiH是齿轮用钢的主体钢种，是机械制造业使用最广、用量最大的钢种之一，主要用于承受高速、中等及以上载荷的重要零件，用于机械、汽车、摩托车等行业。
齿轮钢齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称。
一般有低碳钢如20#钢，低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等。
中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等，都可以称为齿轮钢。
这类钢材通常按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度和韧性，或者是表面耐磨而心部有良好的韧性和耐冲击。
目录一齿轮用钢的机械要求二齿轮用钢的冶金质量要求三我国齿轮钢的生产现状四齿轮用钢一、齿轮用钢的机械要求齿轮在工作过程中起着传递动力和改变速度的作用, 啮合齿面间既有滚动、又有滑动, 轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。
在由此而引起的各种应力的作用下, 齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。
引起齿轮失效的主要应力有: 摩擦力、接触应力和弯曲应力。
根据齿轮失效的形式和原因, 在选择齿轮材料及热处理方法时应从以下几方面考虑:1轮齿表面有足够的硬度。
齿面存在实际上的凹凸不平, 因而局部会产生很大的压强, 引起金属塑性变形或嵌入相对表面, 导致金属直接接触和粘着, 当啮合齿面相对滑动时, 产生了摩擦力。
齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。
减少这类磨损的关键, 是提高轮齿表面的塑变抗力, 即提高齿面硬度。
提高齿面硬度还可以改善齿面接触状态, 从而提高齿面的抗疲劳能力。
2轮齿芯部要有足够的强度和韧性, 以保证在变载荷或冲击载荷作用下, 轮齿有足够的抗冲击能力。
3大小齿轮应有一定硬度差, 以提高其抗胶合能力。
4须考虑材料加工性和经济性。
二齿轮用钢的冶金质量要求2. 1 末端淬透性我国目前对齿轮的带宽控制情况是:骨干企业是两点控制,J9 一般为6～8HRC ,J15 一般为6～10HRC;一般企业要求符合GBPT3077 -1999 或单点控制。
国外对齿轮钢淬透带宽的控制一般是全带控制在4～7HRC。
2. 2 纯洁度我国目前对齿轮钢的[O] 要求是小于20 ×10 -6 ,外国一般要求小于15 ×10-6。
齿轮钢综述齿轮产品是机械工业的关键基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。
近年来，我国齿轮产业快速发展，齿轮产业已成为中国机械通用零部件基础件领域的领军级行业，中国已经成为名副其实的世界齿轮制造大国。
而齿轮行业的主要上游产业为钢铁产业，钢铁是齿轮产品的主要原材料来源，因此齿轮钢的变动对齿轮行业有着直接的影响。
一、齿轮钢的应用及市场1、齿轮钢的应用齿轮钢使用覆盖面较广，我国齿轮产业由三部分合成：车列齿轮、工业齿轮和齿轮装备。
其中，车列齿轮其市场份额达到60；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为18、12、8；齿轮装备占市场份额的2。
车辆齿轮主要是为汽车、摩托车、农用运输车、农机、工程机械配套的齿轮，以汽车齿轮为主。
车辆齿轮中汽车齿轮占60%、摩托车3.5 %、农用运输车15 %、农机12 %、工程机械9.5%。
工业齿轮是为工业企业用各种成套机械装备配套的齿轮装置（如减速机），约占齿轮总量的40%。
2、齿轮钢的市场需求2013年我国齿轮钢的消费量接近280万t，从国内市场供需情况看，国产齿轮钢在数量上基本能满足国内汽车及工程机械齿轮的需求。
随着我国经济的稳步增长，机械制造业持续发展，汽车等制造业用高档齿轮钢，作为重点发展的关键特钢品种；高强高韧汽车用钢、高品质轴承钢、齿轮钢等生产技术列入钢铁行业十二五期间的技术创新重点。
齿轮需求量日趋增长，无疑将对齿轮钢市场注入强大的动力和活力，未来市场巨大，前景广阔。
二、我国齿轮钢的生产概况我国齿轮钢的生产主要集中在特钢企业，大约占总量的35%。
1、生产工艺路线我国齿轮钢的生产工艺路线基本上有两种类型：1) EF（或BOF）＋LF（或V AD或RH）精炼→模注成锭→初轧开坯（或锻材）→横列式轧机或半连轧轧机成材→精整→检验入库2) UHP(或EBT) ＋LF/VD精炼→合金钢方坯连铸→（半）连轧轧机成材→精整→检验入库2、主要钢种按照合金系列分类，齿轮钢可分为Cr—Mn—Ti系、Cr系、Mn—Cr系、Cr—Mo系、Cr—Mn—B系以及Cr—Ni—Mo系。
收稿日期:2002-12-26作者简介:张悦,女,工程师,重庆大学钢铁冶金专业毕业,从事炼钢工艺研究、企业的标准管理及企业标准的制修订工作。
齿轮钢的开发与生产张 悦,霍松波,黄一新(南京钢铁集团有限公司 江苏南京 210035)摘 要:自2001年以来南京钢铁集团有限公司相继开发了20Cr 、20CrM o 、20CrMnT i 等齿轮用钢,着重介绍了公司齿轮钢的开发与生产实践。
关键词:齿轮钢;开发中图分类号:TG 142.4 文献标识码:B 文章编号:1003-0514(2003)01-0017-03Developing and producing of gear steelZH ANG Y ue ,H UO S ong -bo ,H UANG Y i -xin (Nanjing Iron &S teel C o.,Ltd ,Nanjing 210035,China )Abstract :Introduce the developing and producing of gear steel such as 20Cr ,20CrM o ,20CrMnT i in Nangang since 2001.K ey w ords :gear steel ,developing0 前言随着中国加入WT O ,中国将成为全球制造业中心,而江浙沪是我国机械制造业、汽配、摩配的发达地区。
对南钢公司而言,充分利用有利的生产设备开发以齿轮钢为主的机械制造用钢,具有深远的战略意义。
齿轮是汽车、农用机械及机械制造业的主要传动部件。
在传递动力和改变速度的运行过程中,相互啮合的齿面之间既有滚动又有滑动,同时齿根部还将受到脉动和交变弯曲应力的作用,因此要求齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性以承受冲击、弯曲和接触应力,而且还要求其变形小,精度高和噪音低。
齿轮常采用铸铁、铸钢、机械结构用碳素钢、调质钢(如20-40CrH )、渗碳淬火钢(如20CrMnT i )等进行热处理,除了正常的淬火回火热处理外,还采用渗碳淬火、氮化处理、高频淬火、火焰淬火等多种表面硬化处理。
因此齿轮钢不仅与高质量的钢有关,还与热处理工艺密切相关。
1 齿轮钢开发的前景根据中国齿轮专业协会对车辆齿轮行业26家骨干企业的统计数据和特钢协会统计(见表1),我国农用车行业年消费齿轮钢20万吨左右,另外工程机械齿轮用量约10万吨,全国每年约需齿轮钢50万吨。
但随着机械加工、汽车、摩托车行业的迅猛发展,齿轮钢的用量将日益增长。
表1 车辆齿轮钢用量统计吨钢 号2000年实际用量2001年预计用量20CrM oH 9786010049020CrMnT iH 364323779820CrMnT i3470039100其它13010158008620H 8244888016-28MnCr53340463017-18CrMnBHZ 30003500SC M82H 2600260014-19CN52400256045Cr12801760合计20306621711871 第1期 齿轮钢的开发与生产江浙地区主要齿轮钢材生产情况见表2。
表2 2001年齿轮钢生产量简表吨单位小计20CrMnT i20CrMnT iH20-40CrH15-25CrM oH16-28MnCr515-40CrNiM o 五钢3362255818663321064204426兴澄992823323323074436537244810556锡钢181401041040503330350全国合计483080118204157444848978924014649170682 衡量齿轮钢质量水平的主要指标高质量渗碳(氮)齿轮钢的主要技术要求有:⑴足够的心部淬透性和良好的渗层淬透性⑵齿轮渗碳淬火后变形小⑶良好的成型性2.1 末端淬透性要求我国已采用末端淬透性能代替以往的机械性能检验是评价齿轮钢质量的进步。
淬透性和窄淬透性带宽的控制,主要取决于化学成分的精确控制和化学成分的均匀性。
末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后变形量的大小影响很大。
公司与科研院所密切合作,进行末端淬透性研究,形成基础数据库后,按成分用计算机进行淬透性予报,以满足客户需要。
2.2 纯洁度要求钢的纯洁度要高,主要指氧化物、夹杂含量的降低以及除硫外其它有害元素的降低。
一般要求齿轮钢的氧含量小20ppm,甚至15ppm以下,我厂采用真空处理后能达到要求,但未用真空处理的钢氧含量在20-24ppm,只能作低档次的齿轮钢用,如农用机车、汽、摩配件。
2.3 晶粒度要求细小均匀的奥氏体晶粒度对于稳定钢材的末端淬透性、减少齿轮热处理的变形量,提高渗碳钢的脆断拉力具有重要意义。
晶粒度至少5级,日本特别强调渗C齿轮钢的晶粒度不粗于6级,我公司生产的齿轮晶粒度在6-8级,综合机械性能较好。
2.4 加工性和易切性要求齿轮用钢是热加工用钢(热顶锻),故对棒材的表面质量要求很高。
鉴于我国易切齿轮用钢(加Pb、加S)的开发和应用刚刚起步,市场也不够成熟,技术中心已请日本易切屑钢专家多次进行技术交流以作技术储备。
3 开发思路和技术支持3.1 开发思路优质钢的开发与生产有其自身的科学规律,公司本着先易后难,先低级后高级,先技术难度小后技术难度大,先干技术风险小后做技术风险大,先做市场容量大后做市场容量小,先打基础后提高的原则。
根据市场调研分析,公司选择了市场容量较大的钢种作为开发和生产的方向。
3.2 管理和技术支持3.2.1 钢水冶炼:公司100吨大电炉+LF+VDΠVOD 及8米合金钢连铸机是生产高质量齿轮钢的设备保证。
自2001年至今加大了合金结构钢(研制了11个钢种)、弹簧钢(研制了3个钢种)、锚链钢的开发,从而积累了技术上的经验。
3.2.2 钢材轧制:技术(观念)的进步是轧材质量的强有力保障。
a.管理观念的改变,公司在总结圆钢生产经验时讲:要干好品种钢,领导首先要转变旧观点;三次组织到特殊钢厂学习,从而带动职工转变观点,要求干任何一个新品必须做好技术上的准备充分,相关人员跟班督促指导,并在生产中调整、完善工艺。
b.加热温度控制制度化。
c.孔型优化调整如调大孔型过度角,解决料型过充问题。
d.成品矫直设备改造与现有设备挖潜结合。
e.成品修磨设备与人工修磨相结合。
f.工艺制度的细化与考核。
g.过程控制计算机程序的优化与改进。
h.包装、标签规范化。
4 产品的研制、工艺路线和生产过程控制首先开发了20Cr,客户主要用该钢种替代20CrM o作农用齿轮使用,另外也可以作普通合金结构钢用。
随着客户对20Cr的认可,开发了20CrM o和20CrMnT i。
选择的工艺路线:铁水、废钢→90吨超高功率电81冶金标准化与质量 第41卷 炉→LF精炼→VDΠVOD真空处理全保护浇注、结晶器电磁搅拌连铸→矩形坯→三段蓄热式加热炉ф65034Πф42034Πф35034→冷床→剪定尺→ф550平辊矫矫直→修磨机修磨或人工修磨→包装、入库20Cr、20CrM o、20CrMnT i在冶炼、连铸过程中控制入炉废钢的质量、真空脱气时间、喂入定量的A L和连铸的拉速。
在轧制过程中注意加热温度和中间料型控制,加热炉温度一般控制预热段温度800～1000℃,加热段温度1100～1200℃,均热段温度1150～1220℃。
通过烧木印观察中间料型并及时调整。
2002年1～11月20Cr、20CrM o、20CrMnT i的生产情况见表3。
表3 2002年齿轮钢产量表吨钢 种20Cr20CrM o20CrMnT i 11月份产量55815285281～11月合计948316605101555 检验结果5.1 表面质量20CrM o生产了167炉,有一炉成品结疤与电炉拉速高有一定关系,其高倍夹杂物的来源主要有脱氧产物,钢包和中间包耐火材料的浸浊,结晶器保护渣卷入,二次氧化产物等。
20CrMnT i低温钢轧制有1.3吨出现细小裂纹,分析认为主要是强脱氧剂合金元素Al用量多造成,采取高温加热可以防止缺陷产生。
5.2 理化性能检验热处理后的性能为今年1～11月的均值。
表4 齿轮钢性能钢 种晶粒度夹杂物中心疏松中心偏析σSσbδ5Π%ψΠ% 20Cr5～70.5～10.50.58159501244 20CrM o5～70.5～10.50.58559951157 20CrMnT i7～80.5～20.5～10.5910111013486 市场开发20Cr是我公司开发的第一个齿轮钢,客户主要用该钢种,替代20CrM o作农机齿轮使用。
2001年首次开发20CrM o一组2炉,由于客户对南钢齿轮钢的质量存在疑惑不敢大量订货,去年共生产400吨,客户对购买的钢材进行使用和化学成分检验后,有了初步认识。
2002年1月,公司技术、经销部门和相关生产厂联合走访市场,向中间商、客户广泛宣传产品,并针对客户提出的表面质量、包装、标签和质保书不及时等问题做了承诺,客户纷纷表示同意扩大订货,并希望南钢进一步开发20CrMnT i(H)齿轮钢的开发。
回公司后立即组织技术人员统一思想,提出了市场的需要,客户的要求就是我们努力的方向,经过对20Cr2 MnT i技术资料的交流,在技术上做了充分准备,成功开发了20CrMnT i齿轮钢。
7 结语公司齿轮钢的开发已形成规格齐全、品种多样,通过工艺优化不断提高质量,满足客户的需要。
同时成立了棒材专职推进组将更有利齿轮钢的发展。
《冶金标准化与质量》诚征稿件电子信箱:yukai999@ 91 第1期 齿轮钢的开发与生产。
