20CrMnTiH齿轮钢的淬透性计算及窄淬透性带控制

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20CrMnTi齿轮钢的淬透性试验研究

20CrMnTi齿轮钢的淬透性试验研究
黄继平
【期刊名称】《福建冶金》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘要】目前三钢生产的齿轮钢在检测试验过程中常出现20CrMnTiH4的端淬硬度值接近上限。

通过对产品的成分比对,端淬试验的过程分析,经分析齿轮钢的成分是决定产品端淬性能的根本原因、产品压缩比、检测过程中试验面的机械加工环节的控制对端淬性能影响明显。

【总页数】4页(P43-46)
【作者】黄继平
【作者单位】福建三钢闽光股份有限公司质量计量部
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
【相关文献】
1.20CrMnTi齿轮钢的淬透性试验研究 [J], 黄继平
2.浅析20CrMnTi渗碳齿轮钢的淬透性 [J], 程雷;陈清
3.浅析20CrMnTi渗碳齿轮钢的淬透性 [J], 程雷;陈清
4.20CrMnTiH齿轮钢的淬透性计算及窄淬透性带控制 [J], 王继臣;赵千水;李超群;白刚
5.20CrMnTiH齿轮钢淬透性试验研究 [J], 角阳娇;白晶;王猛;任海芳;朱鹏福;梁嘉琦;黄福妍
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20CrMnTiH钢化学成份与淬透性研究

20CrMnTiH钢化学成份与淬透性研究姚忠承德建龙钢铁有限公司河北·兴隆067201摘要：利用科学绘图软件origin对313炉20CrMnTiH钢淬透性的带宽，并对做过淬透性的钢样用直读光谱仪做出化学成份进行回归分析，找出影响淬透性的主要因素。

并通过实际数据进行验证，得出回归公式的可靠性在84%以上，从而为准确控制钢材化学成份及淬透性提供参考。

关键词：淬透性回归分析化学成份20CrMnTiH Steel Chemical Composition and ItsQuench-hardening Ability ResearchYaoZhongChengde jianlong steel Co.,LTD. Xinglong 067201 hebei,ChinaAbstract: Origin of the drawing software for 313 furnace 20CrMnTiH steel, andits quench-hardening ability of bandwidth. Did the steel with its quench-hardeningability to direct reading spectrometer sample regression analysis of chemicalcomposition, its quench-hardening ability.The main factors. And through the actualdata, the regression equations verify the reliability in 84% above. Thus for accuratecontrol of steel, chemical composition and its quench-hardening ability to providethe reference.Keywords: quench-hardening,Regression analysis, chemical composition1、前言20CrMnTiH钢是国内齿轮行业使用量最大的齿轮钢种，要求具有较高的机械性能和较窄的淬透性带宽等。

20CrMnTiH钢端淬预报模型

1.2 数学建模理论
系统模型是对实际系统进行简化和抽象、能够揭示系统元素之间关系和系统特征的相关元素实体。所谓系统是由诸多元素组成的，且元素之间是相互作用的，是通过某种逻辑关系组合在一起的一个集合体。研究系统就是研究系统中各个元素是怎样相互作用、相互影响的，及这样的作用和影响会产生怎样的结果。由于实际的生产系统比较复杂，为便于研究，通常要建立一种与实际系统相类似，但经过抽象简化的“模型” 。只要系统模型的简化能够反映所需研究特征的法则，在模型上能够对系统行为特性及其产生结果进行研究就能代表实际的系统。早期的模型，如用于军事的沙盘、房屋的模型、飞机风洞实验等，都是用建立物理模型进行研究的。物理仿真是建立在物理模型基础上进行的仿真方法。物理模型是用一些实物之间的相互关系和结合规律来反映系统集合元素之间的某些对应关系所建立起来的模型。物理模型又分为两类：一类是把系统的“实体”按比例缩放所构成的模型，称为静态物理模型，又称为比例模型，如地形图、工程设计图纸、房屋建筑模型等；另一类是可以模拟系统特征状态随时间变化规律的模型，称为动态物理模型，如汽车模型、输送系统模型等。随着计算机技术和离散数学应用技术的发展与推广，人们有可能对系统的特征建立其数学表达式，这种运用数学函数关系来反映系统特征的形式就称为数学模型。将数学模型运用计算机进行模拟系统运行和试验的方法被称为数学仿真。简单地说，数学模型是利用数学符号表示集合元素之间的相互关系（如函数关系）和结合规律（如方程式）而建立的模型。由于数学模型的应用广泛、费用低廉，因此数学模型正在各行各业逐步推广。数学模型根据描述系统的时间性特征，也可以分为静态、动态两类。静态数学模型是反映系统处于各个平衡点时，系统状态有关属性变量之间的方程式；动态数学模型是用数学符号之间的相互关系和结合规律来反映系统集合元素之间的某些对应关系含有时间ｔ的变量，其中ｔ可以是连续的或离散的取值，也就是说，当找到的系统全部实体的属性在时刻ｔ所取值的集合Ｓ（ｔ），ｔ∈Ｔ。根据模型的建立方法：一种是利用数学

炼20CrMnTiH系列钢末端淬透性过程关键点控制

三炼20CrMnTiH系列钢末端淬透性过程关键点控制1、生产组织1）、冶炼含硫20CrMnTiH系列钢时，一个浇次的连浇炉数不得大于6炉；不含硫20CrMnTiH系列钢时，一个浇次的连浇数不得大于8炉。

2）、禁止在含硼钢后排产20CrMnTiH系列钢，防止使用冶炼B钢后钢包残铁造成增硼。

3）、冶炼20CrMnTiH系列钢时，三炼分厂需确认原材料、生产工装及工艺条件是否满足。

2、钢铁料、原辅材料及冶炼过程、化验与判定的管控1）、冶炼20CrMnTiH系列钢时，钢中残余元素含量的规定：B≤0.0005%、Ni≤0.07%、Mo≤0.03%。

2）、生产20CrMnTiH系列钢时，需对冶炼该系列钢所使用的预熔渣、复合脱氧剂、中间包覆盖剂、结晶器保护渣等取样化验硼含量。

3）、冶炼过程或成品钢出现Ni、Mo、B残余元素含量不符合要求时，以及化学成分不符合内控要求的连铸坯，三炼分厂需按炉号单独管理，品质保证部三炼检查站不允许判定，待信息批示后方可判定与转移。

4）、要求三炼分厂成品钢的熔炼分析试样必须在吊包前15分钟取，不允许取样后调整成分或长时间等待等造成试样无代表性。

5）、20CrMnTiH系列钢连铸时，如出现过热度＞35℃或＜15℃的连铸坯、或LF炉冶炼时间超过5小时的，三炼分厂需按炉号单独管理，品质保证部三炼检查站不允许判定及红送，待信息批示后方可判定与转移。

3、钢坯加热及轧制严格执行20CrMnTiH系列钢加热及轧制工艺，高温扩散时间不小于2.5小时，钢材实际晶粒度不允许级差≥3级。

4、钢材检验试样的取样、检验过程异常控制1）、品质保证部精棒分厂检查站负责一次样、复验料的监取。

2）、同支末端淬透性试样的两个面淬透性值散差>4HRC的异常试样，实验室需排查检测中的制样、热处理与硬度检验等过程，确保无误后方可报出结果。

3）、同一炉产不同规格、同一车间钢材末端淬透性差值>4HRC的异常试样，实验室需排查检测中的制样、热处理与硬度检验等过程，确保无误后方可报出结果；如相差>4HRC，需作出书面的分析报告。

20CrMnTiH钢淬透性预测与成分影响分析

ＢＩ＝』生—丙———————一 ∑Ｄ，２—９８
ＤＩ
∑一；ＤＩｉ一９８
ＤＩ・Ｊ９
Ａ。：一１９一Ｂ。一ＤＩ
（３）
结合现场采集的Ｊ９、Ｊ１５实测数据与由式ｌ计算得来的每一组成分对应的Ｄ，值，计算出所需各项数据，结果列予表１。
表１计算所需数据
把表１中数据代人式（３）解得Ｂ。＝８．２５，Ａ。＝
２０．５。
蕾甜电
第４期总第２００期
２０１２年Ｓ月
冶
金
丛
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Ｓｕｍ．２００
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Ｎｏ．４
２０
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２０ＣｒＭｎＴｉＨ钢淬透性预测与成分影响分析葛允宗１・２
颜慧成２王建军１杨庚朝３
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徐瑞军３
（１．安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山２４３００２；２．钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京１０００８１；３．湖南华菱湘潭钢铁有限公司，湖南湘潭４１１１０１）
竖：１３笪！！：！
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万方数据
．１２－
冶金丛刊Байду номын сангаас
总第２００期
这与金属学理论相符合。由表３数据可知，化学成分对ＤＩ值（也即淬透性）影响大小的顺序为碳、锰、铬、镍、硅、铜。根据上述分析，结合大量现场数据与现场经验，若淬透性预测值与企业内部所规定的淬透性范围发生偏差，拟定了齿轮钢钢液化学成分调整规则：（１）当预测误差大于８ＨＲＣ时，调整碳、锰成分。（２）当预测误差处于４—８ＨＲＣ之间时，调整锰、铬成分。（３）当误差小于４ＨＲＣ时，调整铬、硅成分。２．３数学模型验证用第二组数据１５炉２０ＣｒＭｎＴｉＨ钢的主要化学成分（碳、铬、锰、硅、镍、铜）实际值，按上述数学模型计算得到Ｊ９、Ｊ１５的预测值，同时采集相对应炉号的Ｊ９、Ｊ１５实测值进行对比，结果如表４、图４所示。

120t转炉-LF—CC短流程20CrMnTiH窄淬透性带生产工艺

１４轧制工艺．
第１期（总第１５期）４
２３晶粒度等级．
采用步进式加热炉，预热段温度控制在３０℃ ，０加热段温度控制在１３０℃ 以下，均热段０温度控制在１５－０ｏ开轧温度不低于２０４１Ｃ，
对２ＣＭｎｉ轮钢取样做金相见图３０ｒＴＨ齿，由图
可见组织全部正常（＋Ｐ）统计１０炉Ｆ。０
２ＣＭｎｉ０ｒＴＨ齿轮钢晶粒度，晶粒度等级稳定在７５．
莱钢科技
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２１００年２月
÷实践与创新 ÷
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１０转炉一Ｌｔ２Ｆ—ＣＣ短流程２Ｍｎｉ０ｒＴＨＣ
窄淬透性带生产工艺
放钢碳００％～０１％，严格控制转炉下渣，采．８．３
用刺状挡渣球挡渣，钢包渣层厚度要求控制在７０ｍ以下。脱氧采用铝锰钛铁，能有效脱除钢水中ｍ
的氧，并且对炉渣也有一定的脱氧能力，放钢后期
小型车间。该生产线自投产以来，通过调整工艺措
施，形成了２ＣＭｎｉ０ｒＴＨ齿轮钢窄淬透性生产工艺。
１２ＣＭｎｉ０ｒＴＨ齿轮钢生产工艺
２ＣＭｎｉ０ｒＴＨ齿轮钢生产工艺为：１０ｔ底复２顶

20CrMnTiH钢的成分控制规范

0. 019 0. 065 0. 042 0. 026 0. 093 0. 013 0. 010 0. 071 0. 040 0. 018 8 0. 082 0. 010 3. 343
0. 526 0. 897 0. 794 3. 077 0. 627 0. 769 0. 98 0. 818 0. 83 3. 807 0. 708 0. 984 0. 598
— 43 —
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2001 年钢铁研究学报第 13 卷
Si N i Cr
Ti
0. 17～ 0. 80～ 0. 17～ ≤0. 30 1. 00～ 0. 04～ 0. 17～ 0. 80～ 0. 17～ ≤0. 30 1. 00～ 0. 04～
0. 23 1. 15 0. 37
1. 35 0. 10 0. 23 1. 15 0. 37
1. 35 0. 10
Investiga tion on Com position Con trol Regula tion
of 20CrM nT iH Steel
ZHAN G H a i1, YU H u i1, YAO Feng2chen2
(1. Yan shan U n iversity, Q inhuangdao 066004, Ch ina; 2. Yan ta i Sp ecia l Steel Fo rg ing P lan t, Yan ta i 264000, Ch ina)
C
Cr
20
1. 050
0. 240

20CrMnTiH齿轮钢淬透性试验研究

性的效果，同时，它也能够细化晶粒，提高钢的淬透性。一般情
况下宜向下限控制［６］。
３．１．５硼
Ｂ元素虽然是残余元素，但是影响钢的淬透性比较明显。
在其含量很低时也会显著增加钢的淬透性。这是因为Ｂ作为
表面活性元素，吸附在奥氏体晶界上，利于形成马氏体，提高淬
透性。所以Ｂ含量的控制要尽可能低。
在含碳０．２０％左右的齿轮钢中，硅是铁素体强化的元素，以
固溶状态存在于钢中，但会明显增加材料的冷弯开裂倾向，故
不宜高，否则会对材料的疲劳性能产生不利影响。铝是强脱氧
元素，具有明显的细化晶粒作用［２－３］，鉴于其对淬透性影响较
小，选择适量加入。
３．１．３锰、铬
锰对淬透性贡献显著，其在低碳钢中对淬透性的影响略高
钢的淬透性。
２．１试样尺寸
试样尺寸为：直径２５ｍｍ，长度１００ｍｍ的圆棒状试样。为
方便淬火时试样的夹持，并快速对中，在试样非淬火端加工出
直径为３０ｍｍ的凸台。加工试样如图１所示。
１２０ＣｒＭｎＴｉＨ化学成分要求
２０ＣｒＭｎＴｉＨ系列齿轮钢是目前国内用量最大的一个钢种，本
３．２２０ＣｒＭｎＴｉＨ齿轮钢窄成分控制
结合以上分析可知，仅仅依据国家标准制定的化学成分配
比一般很难达到理想效果，也无法满足窄淬透性带宽的要求，
需要合理优化各元素的配比。在确定了各化学元素影响淬透
性大小的基础上，利用专业软件对合金成分配比进行系统分
析，经过一系列的试验、分析，并且不断优化，确定了２０ＣｒＭｎＴｉＨ
２钢的淬透性及其试验方法
淬透性是指钢在一定条件下淬火时获得淬硬深度的能力。
钢的淬透性可用试验测定。常用的试验方法为ＧＢ／Ｔ２２５—

20CrMnTiH淬透性

中国齿轮用钢合金化体系的选用及淬透能力的构成常曙光中国齿轮专业协会专家委一．齿轮制造对齿轮用钢合金化体系及淬透能力构成的要求1．保证齿轮有高的抗弯曲疲劳性能（1）足够的抗弯强度：齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮心部的冷却速度相匹配；保证各种齿轮都能有理想的心部硬度。

（2）低的氧含量（脆性夹渣物）：疲劳裂纹源数量少。

（3）齿轮心部的塑韧性高，缺口敏感性低：疲劳裂纹扩张速度慢。

2．保证齿轮有高的接触疲劳性能(1) 齿轮热处理后渗层的非马组织不高（2）齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮渗层的冷却速度相匹配；保证各种齿轮热处理后渗层的残余奥氏体含量适中（3）齿轮热处理后渗层的马氏体组织不粗（4）齿轮热处理后渗层的碳化物弥散分布或没有碳化物析出3．保证齿轮的加工精度(1）齿轮的热处理变形波动幅度小：变形对钢的成分波动和齿轮热处理冷速的波动敏感度不高。

(2）齿轮热处理变形量小4．保证齿轮有良好的切削性能5．齿轮渗碳后，能采用直接淬火工艺6．保证齿轮钢材具有价格竞争优势二．国内外齿轮用钢合金化体系及淬透能力构成的现状齿轮的抗弯曲疲劳能力、抗接触疲劳能力、齿轮的啮合精度三大要素，决定了齿轮的使用寿命。

齿轮用钢合金化体系与淬透能力的构成，是决定三大要素水平高低，最重要的先决条件。

因此，揭示与分析国内外齿轮用钢合金化体系与淬透能力的构成，十分重要。

1．美国钢号合金化体系保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力SAE1522H Mn J3.5SAE4118H Mn-Cr-Mo J3.5SAE8617H Cr-Mn-Ni-Mo J4.0SAE4620H Ni－Mo J4.5SAE5120H Mn－Cr J4.5SAE1524H Mn J4.8SAE4720H Ci-Ni-Mo J5.0SAE8620H Cr-Mn-Ni-Mo J5.5SAE4815H Ni－Mo J6.0SAE8720H Cr-Mn-Ni-Mo J6.0SAE8622H Cr-Mn-Ni-Mo J6.4SAE4320H Cr-Ni-Mo J6.5SAE4817H Ni－Mo J7.5SAE8822H Cr-Mn-Ni-Mo J8.0SAE4820H Ni－Mo J9.5SAE4820H(上) Ni－Mo J15.022CrNiMoH Cr-Mn-Ni-Mo J15.0SAE9310H Cr-Mn-Ni-Mo 注解SAE94B17H Cr-Mn-Ni-Mo-B J15.02．欧洲钢号合金化体系保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力16MnCr5H Mn－Cr J6.525MnCr5H Mn－Cr J5.0ZF6 Mn-Cr-(B) J5.020MoCr4 Cr－Mo J5.028MnCr5H Mn－Cr J7.0ZF7 Mn-Cr-(B) J7.520MnCr5H Mn－Cr J9.020CD4 Cr－Mo J9.019CN5H Cr－Ni J9.0ZF7BH Mn-Cr-(B) J10.015CrNi6H Cr－Ni J11.021NiCrMo5H Cr-Mn-Ni-Mo J11.027MnCr5H Mn－Cr J15.015CrNi6H（上） Cr－Ni J15.021NiCrMo5H(上) Cr-Mn-Ni-Mo J15.027CD4 Cr－Mo J15.030CD4 Cr－Mo J21.017NiCrMo6H Cr-Mn-Ni-Mo J25.018NiCrMo6H Cr-Mn-Ni-Mo J40.018CrNi8H Cr－Ni J50.03．日本钢号合金化体系保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力SNC415H Ni－Cr J3.5SMn420H Mn J3.7SCr415H Cr J4.0SCM415H Cr－Mo J4.0SNCM220H Cr-Ni-Mo J5.0SCM418H Cr－Mo J5.5SCr420H Cr J6.0SMnC420H Cr－Mn J6.0SNCM420H Ci-Ni-Mo J6.5SMn433H Mn J7.0SCM420H Cr－Mo J7.0SCM822H(下) Cr－Mo J9.5SNC815H Ni－Cr J10.0SCr430H Cr J11.0SCM822H Cr－Mo J12.0SCM822H(上) Cr－Mo J15.0SNC631H Ni－Cr J35.04．前苏联钢号合金化体系保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力15Г Mn J312XH2 Cr－Ni J3.015H2M Ni－Mo J3.020Г Mn J420XH Cr－Ni J4.512XH3 Cr－Ni J5.018XГT Cr-Mn-Ti J6.018XГ Cr－Mn J7.015XГH2T Cr-Mn-Ni-Ti J7.520XH2M Cr-Ni-Mo J8.025XГT Cr-Mn-Ti J11.020XH3 Cr－Ni J11.012X2H4 Cr－Ni J14.025XГH M Cr-Mn-Ni-Mo J1520XГHTP Cr-Mn-Ni-Ti-B J18.025XM Cr-Mn-Mo J21.020XГP Cr-Mn-B J22.027XГP Cr-Mn-B J29.014X2H3M Cr-Ni-Mo J36.020X2H4 Cr－Ni J45.018X2H4M Cr-Ni-Mo >J50.05．中国目前，我国齿轮用钢的合金化体系，涵盖了世界各国的合金钢体系；是苏、美、日、德、英、法、意、以及中国自主创新合金化体系的总和。

20CrMnTiH(FQ)淬透性工艺研究

素，能减小珠光体的片间距，使珠光体中渗碳体片
的厚度减薄，善钢的韧性；改
针对上述因素，课题组对淬透性作以下工艺调整：定严格的化学成分内控范围；铸坯采用高制连
决淬透性问题，格率由最初的５Ｖ０．高到９％。合０￣６％４／ｇ：８关键词：０ｒＴＨ（Ｑ）淬透性；能研究２ＣＭｉＦ；性
中图分类号：Ｇｌ６３，Ｇ１５＋Ｔ５．１Ｔ１．１６
文献标识码：Ａ
ｒｔａｅｎｒｉｅｏ５％～０ｔ８ａｉｈｄｂｅｓｄｆｍ０ｏａｒ６％ｏ９％．
Ｋｅｗｒｓ２ＣＭＴＨＦ）Ｈｒｅａｉｔ，ｅｏｍｎｅｔｄｙｏｄ：０ｒｉ（Ｑ，ａｄｎｂｌｙＰｒｒａｃｕｙｉｆｓ
Ａｂｔａｔａｄｎｂｌｙｉａｍｐｒｎｅｆｒａｃｎｅｏ０ｒＴＨＦ）ｓｅ．Ｈｒｅａｉｔｂｎｓｃ：Ｈｒｅａｉｔｓｎｉｏｔｔｐｒｍｎｅｉｄｘｆｒ２ＣＭｎｉ（Ｑｔ１ａｄｎｂｌｙａｄｒｉａｏｅｉ
ｒｑｉｄｂ０ｒＴＨＦ）ａｇｓｆｍ６ｔ８Ｒ，ｈｃｅｏｇｏｎ￣ｗｂｎ．ｎｔｅｐｓｄｖｌｍｎｆｅｕｒｙ２ＣＭｎｉ（ＱｒｎｅｒｏＨＣｗｉｂｌｎｓｔａｏａｄＩｈａｔｅｅｐｅｔｅｏｈｏｏ２ＣＭｎｉ（Ｑ，ｈｒｄｃｏｅｕｒｍｎｓｗｒｏｅｅｅａｓｆｌｇｒｏｉｎｕｌｉａｄｎｂｌｙ０ｒＴＨＦ）ｔｅｐｏｕｔｎｒｑｉｅｔｅｅｌｗｒｄｂｃｕｅｏａｅｐｏｒｏｕｑａｉｅｈｒｅａｉｔ．ｉｅｒｐｔｎｆｄｉ

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可实现国际先进水平的末端淬透性ＨＲＣ４带宽控制。
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关键词２０ＣｒＭｎＴｉＨ淬透性计算窄淬透性带控制
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（本钢板材股份有限公司特殊钢厂，本溪
０００７
１１
）
摘要采用非线性方程计算法计算２０ＣｒＭｎＴｉＨ钢末端淬透性只需利用生产实际数据加以修正就能进行
，
，
精确的淬透性计算和预报，与实测值偏差不超过２ＨＲＣ。