19CrNi5齿轮钢法国钢铁工业标准NF渗碳铬镍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**过2级，偏析不**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±10℃保温≥30min，油冷；165±15℃保温≥60min，静止空冷后：Rm在1180～1520 MPa，ReL ≥930 MPa，A（%）≥7，Aku≥61.5。


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**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


高炉铁水+优质废钢     转炉冶炼  LF精炼     VD精炼    弧形连铸     连轧    缓冷     精整     检验     包装、标识   称重   合格品入库


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3.0～4.0Kg/t。


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850～950℃存在低塑性区，铸坯在此温度范围内矫直较易产生裂纹，为此我们首先选用合适的结晶器保护渣和结晶器冷却水量来改善铸坯表面质量，其次通过适当提高拉速和降低二冷配水量来保证铸坯拉矫温度≥950℃改善表面裂纹，实际效果较好。


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。