一种高扭矩输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳处理方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高扭矩输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳处理方法和应用，成分：C：0.24

【技术实现步骤摘要】
一种高扭矩输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳处理方法和应用


[0001]本专利技术属于齿轮钢领域，涉及一种高扭矩输出齿轮用钢及其制造方法和应用，适用于制造高扭矩汽车变速输出齿轮用钢。

技术介绍

[0002]新能源汽车以其低污染、高效能等特点而成为未来汽车行业发展的重点方向。与传统燃油车相比，减/差速器齿轮转速高、瞬时扭矩大是制约新能源汽车发展的重要瓶颈，也是亟需解决的重点难题。
[0003]通常齿轮钢增加扭矩的技术包括提高合金含量，增加淬透性提高马氏体含量来提高扭矩；另一种技术方案是添加微合金化元素，如Nb、V来细化晶粒，提高扭矩，但这些技术方案带来的成本的增加，使得这些技术方案在推广时遇到巨大的阻力。
[0004]目前常用的新能源齿轮钢材料为17CrNiMo6齿轮钢，其淬透性控制范围J9： 37
‑
47HRC，J15：34
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46HRC，J25：31
‑
43HRC。但是随着高输出扭矩的需求，现有的齿轮钢材料性能剩余量已不足，无法满足未来新能源汽车设计需要。 20Cr2Ni4性能虽然优于17CrNiMo6，但是合金成本太高，材料推广难度大，仅被少量应用。因此，有必要开发一种具有高淬透性、高输出扭矩、优异的强韧性能的低成本齿轮材料，以满足汽车行业对低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。
[0005]中国专利，公布号为CN108866439A，公开日为2018年11月23日的专利技术专利公开了一种Nb、Ti复合微合金化高温真空渗碳重载齿轮用钢，通过复合微合金化设计，提高了渗碳温度，细化了晶粒，但对淬透性并没有严格要求，尚无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。
[0006]中国专利，公布号为CN 104109816A，公布日为2014年10月22日的专利技术专利公布了一种高淬透性CrNiMo系齿轮钢，该专利技术通过提高Cr、Ni等元素在较高范围，有效的提高的材料的淬透性，淬透性可达到J9：40
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46HRC，J15： 39
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44HRC，J25：38
‑
44HRC；并通过Al和N的含量控制保证了渗碳过程中奥氏体晶粒不发生明显长大，提高渗碳合金钢的抗疲劳性能和综合力学性能。虽然淬透性得到了进一步提高，但Ni、Mo含量极高，还添加V、Nb等贵金属，成本大幅度增加，尚无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。
[0007]中国专利，公布号为CN107604253A，公布日为2018年1月19日的专利技术专利公布了一种高淬透性Mn
‑
Cr系列渗碳钢，该专利技术通过提高C、Mn、Cr等元素在较高范围，含B有效的提高的材料的淬透性，淬透性可达到J9：40
‑
46HRC， J15：34
‑
40HRC，J25：30.5
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33.5HRC；并通过Al和N的含量控制保证了渗碳过程中奥氏体晶粒不发生明显长大。虽然淬透性得到了进一步提高，尚无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。
[0008]目前CrNiMo系齿轮钢具有良好的强韧性，并且对CrNiMo系齿轮钢的开发中有了一定的技术积累，但目前无法做到提高淬透性、高输出扭矩，性能与 20Cr2Ni4相当但成本大幅度降低的需求。因此迫切需要开发新的技术手段，提高淬透性、强韧性、高输出扭矩并且
低成本的高性能齿轮钢，用来满足汽车行业的不断发展。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种高扭矩输出齿轮用钢及其制造方法，未添加Nb、 V、B等元素，降低成本；且齿轮用钢的末端淬透性J9：40
‑
47，J15：40
‑
45HRC，J25：39
‑
44HRC。
[0010]本专利技术还提供了一种高扭矩输出齿轮用钢的渗碳处理方法，上述钢经渗碳处理后，旋转弯曲疲劳强度≥1000MPa，扭转疲劳强度≥600MPa，具有高淬透性、强韧性、高输出扭矩。
[0011]本专利技术还有一个目的在于提供一种高扭矩输出齿轮用钢的应用，用于制造高扭矩汽车变速输出齿轮。
[0012]本专利技术具体技术方案如下：
[0013]一种高扭矩输出齿轮用钢，包括以下质量百分比成分：
[0014]C：0.24
‑
0.30％，Si：0.17
‑
0.37％，Mn：1.00
‑
1.50％，Cr：1.50
‑
2.00％，Mo： 0.30
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0.50％，Ni：1.00
‑
1.20％，Al：0.030
‑
0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.020％， T.O：≤10ppm，[N]：0.0090
‑
0.0120％，[H]≤1ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0015]所述高扭矩输出齿轮用钢成分还满足：0.01％≤Al
f
＝Al
‑
1.52
×
[N]≤0.030％， 2.5≤Al/[N]≤5；其中，2.5≤Al/N≤5保证奥氏体AlN第二相能够析出足够的量保证晶粒度细小均匀，过多的Al容易引起AlN分布不均匀，引起混晶；自由 Al
f
能够大幅度提高淬透性，但过高反而降低淬透性，其中[N]的系数重新进行了拟合修订，自由Al
f
提高淬透性的临界值为0.01％
‑
0.030％，过低作用不大，过高反而降低淬透性。
[0016]本专利技术提供的一种高扭矩输出齿轮用钢的制造方法，包括以下工艺流程：
[0017]冶炼
‑
LF精炼
‑
RH真空处理
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连铸
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精整成材。
[0018]所述冶炼是指电弧炉冶炼；
[0019]钢在精炼过程中充分脱氧，氧含量控制在10ppm以下，并在真空处理前期加入铝线进行调Al，保证符合自由铝的控制，严禁在真空处理后期对Al进行大幅度调整，这样既可以保证铝的含量，也能防止钢中夹杂物过多。
[0020]所述精整成材包括加热、轧制和缓冷。
[0021]所述加热为：钢坯在加热炉的均热温度控制在1230
‑
1250℃、预热、加热和均热总时间控制6.0h
‑
10.0h。
[0022]所述轧制，控制开轧温度1180
‑
1200℃、终轧温度860
‑
880℃。采用低温轧制，防止有马氏体生成，热扎态硬度保证在300HBW以下。
[0023]所述缓冷具体为：轧后经过冷床冷却至600
‑
650℃入坑缓冷，缓冷时间≥24h，出坑后进行修磨扒皮，确保表面无脱碳、零缺陷。
[0024]本专利技术生产的高扭矩输出齿轮用钢，其末端淬透性J9：40
‑
47，J15：40
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高扭矩输出齿轮用钢，其特征在于，所述高扭矩输出齿轮用钢包括以下质量百分比成分:C：0.24
‑
0.30％，Si：0.17
‑
0.37％，Mn：1.00
‑
1.50％，Cr：1.50
‑
2.00％，Mo：0.30
‑
0.50％，Ni：1.00
‑
1.20％，Al：0.030
‑
0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，T.O：≤10ppm，[N]：0.0090
‑
0.0120％，[H]≤1ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的高扭矩输出齿轮用钢，其特征在于，所述高扭矩输出齿轮用钢，其末端淬透性J9：40
‑
47，J15：40
‑
45HRC，J25：39
‑
44HRC。3.一种权利要求1或2所述的高扭矩输出齿轮用钢的制造方法，其特征在于，所述精整成材包括加热、轧制和缓冷；所述加热为：钢坯在加热炉的均热温度控制在1230
‑
1250℃、预热、加热和均热总时间控制6.0h
‑
10.0h。4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述轧制，控制开轧温度1180
‑
120...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少朋，胡芳忠，金国忠，汪开忠，杨志强，吴林，陈世杰，高振波，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：