滲碳鋼品種繁多，主要應(yīng)用于工程機(jī)械、商用車和轎車等，其中轎車用滲碳齒輪是技術(shù)質(zhì)量要求最高的。齒輪制造過程中，其表面需經(jīng)滲碳化學(xué)熱處理，而齒輪滲碳溫度高（930℃）、滲碳時(shí)間長（3～6h），該條件下奧氏體晶粒長大的傾向明顯，易出現(xiàn)晶粒粗大或混晶現(xiàn)象。若齒輪滲碳淬火后出現(xiàn)嚴(yán)重的混晶現(xiàn)象，將導(dǎo)致齒輪淬火變形和開裂傾向增大，同時(shí)顯著降低齒輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中，容易造成齒輪脆性斷裂。為此，專門研究了在不同的熱處理工藝下，鋁含量、氮含量和鋁氮比對歐標(biāo)20MnCr5齒輪鋼混晶影響，從而確定了煉鋼過程鋁和氮含量的合理控制范圍，達(dá)到了大眾汽車公司等歐洲轎車企業(yè)對齒輪鋼晶粒度的要求。
試驗(yàn)用20MnCr5鋼材生產(chǎn)工藝：60t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→VD真空脫氣→連鑄→步進(jìn)式加熱爐加熱→連軋機(jī)組軋制。選取生產(chǎn)中鋁、氮含量不同的20MnCr5鋼材4爐。采用ARL-4460火花直讀光譜儀分析鋼材的化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示，其化學(xué)成分（wt%）符合20MnCr5齒輪鋼的技術(shù)要求：C0.17～0.22，Si0.15～0.40，Mn1.10～1.40，Cr1.00～1.30，P≤0.020，S0.015～0.035，Al0.020～0.045。
采用25-13型自動(dòng)箱式電阻爐進(jìn)行模擬滲碳熱處理，檢測不同鋁、氮含量鋼材在不同保溫時(shí)間的奧氏體晶粒度。試樣經(jīng)預(yù)磨、拋光后，采用飽和苦味酸水溶液腐蝕以顯示奧氏體晶粒度，采用OLYMPUS PMG3金相顯微鏡依據(jù)GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》評定其奧氏體晶粒度。結(jié)果表明：
?。?）轎車用20MnCr5滲碳鋼中的鋁含量≥0.020%時(shí)，氮含量偏低是導(dǎo)致其在滲碳溫度發(fā)生混晶的主要原因。
?。?）轎車用20MnCr5滲碳鋼中的鋁含量≥0.025%且[Al]/[N]≥3時(shí)，能夠保證在930℃保溫6h的熱處理工藝下不發(fā)生混晶現(xiàn)象。