Был разработан высокотемпературный цементируемый зубчатый стальной сплав, устойчивый к росту аустенитных зерен во время процесса холодной штамповки зубьев, при котором зерна аустенита после высокотемпературного цементирования не увеличиваются в размере. Использование остаточного тепла для непосредственного закалки позволяет отказаться от промежуточной охлаждающей обработки. С помощью проектирования состава и контроля размера выделений второй фазы систематически изучено влияние элементов B, Ti, Nb, Al, N на размер зерен, закаливаемость и поведение выделений. Результаты показали, что в стали, содержащей B, B преимущественно соединяется с N, образуя BN, уменьшая количество выделяемого AlN и ослабляя эффект закрепления границ зерен AlN, что приводит к росту зерен. В стали без B с высоким содержанием N у формируются наномасштабные выделения AlN, Nb(C,N) и др., обладающие сильным эффектом закрепления границ зерен и значительно подавляющие рост зерен. Дальнейшие исследования показали, что оптимизация технологии нагрева слитка непрерывного литья (1220 ℃, выдержка 200 мин) позволяет полностью растворить крупные выделения и в процессе последующего охлаждения образовать мелкодисперсные вторичные фазы, значительно увеличивающие силу закрепления и обеспечивающие отсутствие роста зерен после цементирования. Разработанная сталь с оптимизированным составом без B (массовая доля/%: 0.16~0.25C, 0.10~0.30Si, 0.90Mn, 1.80Cr, 0.05Nb, 0.05Al, 0.016N) образует мелкозернистые выделения AlN, Nb(C,N) благодаря комплексному выделению, а с помощью рационального контроля режима нагрева (температура нагрева ≥ 1220 ℃, время выдержки ≥ 200 мин) получают выделения размером менее 0.2 мкм. При этом закаливаемость J9 (38HRC), J15 (33HRC) удовлетворяет требованиям (J9 - 34~40HRC, J15 - 28~35HRC), что позволяет проводить непосредственную закалку после цементирования без промежуточного охлаждения, обеспечивая материаловую основу для высокоэффективного и энергосберегающего производства зубчатых колес.

высокотемпературное цементирование; холодное штамповка; сталь для зубчатых колес; рост зерен; AlN; Nb(C,N); без промежуточного охлаждения; прямая закалка