一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种高温渗碳齿轮用钢，包括按质量百分比计的化学成分：C：0.17～0.23％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.55～1.00％，S：0.010～0.030％，Cr：0.85～1.25％，Mo：0.15～0.30％，Al：0.025～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.019％。还提供了一种高温渗碳齿轮用钢的制造方法，所述高温渗碳齿轮用钢具有良好的高温晶粒稳定性，并具有较窄的淬透性带宽，且易于切削加工。且易于切削加工。

【技术实现步骤摘要】
一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及合金钢领域，特别涉及一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着汽车工业全球化深入发展，市场和用户对汽车安全、环保和舒适的需要日益增长，汽车零部件的技术要求也越来越高。其中，高温稳定和高疲劳寿命且易于加工及经济高效的齿轮是重要的发展方向之一。
[0003]高性能齿轮表面一般要经过渗碳和淬火+回火等处理，以得到硬度较高的表面和韧性较好的心部，最终获得优异的抗疲劳寿命及耐磨性能。近年来，面对汽车特别是新能源车减速器及差速器对齿轮的高技术要求，高温渗碳技术应用日趋广泛，既可以获得性能优异的渗碳齿轮，又可以大幅提升生产效率，并减少气体排放而保护环境。
[0004]目前国内外常用的气体渗碳温度一般不高于930℃，而高温真空渗碳由于其处理环境无氧，因此其渗碳温度可高达960℃甚至更高。根据渗碳原理计算，渗碳温度提高50℃左右，获得同样厚度硬化层的渗碳时间可以缩短50％左右；因此如果把渗碳温度从930℃提高到980℃，可以使渗碳时间缩短为原来的50％，生产效率明显提升。此外，采用高温真空渗碳所得齿轮，表面少甚至无沿晶氧化，可以明显提高抗冲击断裂性能。高温真空渗碳技术以其自身的优势逐渐成为替代气体渗碳技术的必然选择。
[0005]典型CrMo渗碳齿轮钢如20CrMoH或SCM420H是广泛采用保证淬透性的结构钢，冶炼工艺稳定，淬透性好，渗碳或碳氮共渗工艺成熟，宜制造中、小模数齿轮、轴类等。CrMo系渗碳齿轮钢以其优异的综合性价比，在新能源车减速器及差速器上有广阔的应用前景。CrMo系高温渗碳齿轮钢的主要技术难题是在提高渗碳温度的同时，齿轮不出现混晶和晶粒粗大现象；而一旦发生晶粒异常长大，则容易导致热处理变形和早期疲劳断裂等，有影响传动效率和造成交通事故的可能性。不仅如此，为了应对复杂形状齿轮的淬火及回火，伴随高温真空渗碳后的气体淬火应用日趋广泛，对齿轮钢的淬透性也提出了更高要求。
[0006]经理论分析后的试验研究表明，在CrMo系渗碳齿轮钢中添加Al、Nb、V、Ti及N等元素，利用碳氮化物可防止高温渗碳时的晶粒粗化。但仍存在着齿轮高温晶粒异常长大、大生产所得齿轮钢晶粒度不稳定等问题。
[0007]例如：公告号为CN 10047346 C、名称为“高强度汽车用齿轮钢”的中国专利，其钢中复合加入了Mo、Nb、V、Al等合金元素，细化了原始奥氏体晶粒，其成分质量百分比为：C：0.20～0.40％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.50～1.00％，Cr：0.80～1.30％，Nb：0.015～0.080％，V：0.030～0.090％，Mo：0.15～0.55％，Al：0.015～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。通过加入微量的Nb、V后，齿轮钢的晶粒度、淬透性及其带宽均得到明显优化；同时增加了齿轮钢的综合力学性能，使用寿命延长。但该专利没有说明具体渗碳温度，添加了Al、Nb和V等微合金元素，仅可以满足常规气体渗碳的温度要求。
[0008]又例如：公告号为CN 103361559 B、名称为“一种Nb、Ti复合微合金化高温渗碳齿轮钢”的中国专利，公开了一种Nb、Ti复合微合金化的20CrMnTi易切削齿轮钢，钢的组分为：
C：0.17～0.22％，Si：0.20
‑
0.35％，Mn：0.9～1.10％，P:≤0.025％，S：0.020～0.035％，Cr：1.05～1.30％，Al：0.015～0.035％，Ti：0.02～0.06％，Nb：0.02～0.06％，余量为铁与不可避免的杂质。通过控制Nb、Ti及Al等微合金元素含量，提高齿轮渗碳温度或缩短渗碳时间，如1050℃*1h，或者1000℃*6h。该专利添加了0.02～0.06％的Ti和Nb，可将渗碳温度提高到1000℃。
[0009]又例如：公布号CN 106967925 B、名称为“一种具有细晶粒窄淬透性带宽的高温渗碳齿轮钢”的中国专利，公开了一种高温渗碳齿轮钢，化学成分包括C：0.19～0.21％，Si：0.20～0.30％，Mn：0.70～0.80％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cr：1.10～1.20％，Mo：0.35～0.38％，A l：0.025～0.055％，Ca：0.015～0.0025％，N：0.0080～0.020％，[O]≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质。所述钢在980
‑
1000℃高温渗碳处理后基体晶粒尺寸仍然保持在15～20μm范围内，晶粒度控制在7
‑
8级。该专利成分范围较窄，添加了较高含量的Mo元素。
[0010]考虑到V元素控制高温奥氏体晶粒度效果并不明显，Ti元素添加后易于形成方块状夹杂物而影响疲劳寿命，为应对越来越高的渗碳齿轮钢技术要求，适用于高温(真空)渗碳且易于切削的大规格CrMo系渗碳齿轮用钢的研发制造迫在眉睫。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于解决高温晶粒稳定性差的问题。本专利技术提供了一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法，该高温渗碳齿轮用钢具有良好的高温晶粒稳定性，并具有较窄的淬透性带宽，且易于切削加工。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种高温渗碳齿轮用钢，包括按质量百分比计的化学成分：
[0013]C：0.17～0.23％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.55～1.00％，S：0.010～0.030％，Cr：0.85～1.25％，Mo：0.15～0.30％，Al：0.025～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.019％。
[0014]采用上述技术方案，所述高温渗碳齿轮用钢具有良好的高温晶粒稳定性，且具有较窄的淬透性带宽。
[0015]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开了一种高温渗碳齿轮用钢，所述高温渗碳齿轮用钢还包括：余量为Fe和其他不可避免的杂质。
[0016]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开了一种高温渗碳齿轮用钢，还包括：V≤0.02％，Cu≤0.20％中的至少一种元素。
[0017]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开了一种高温渗碳齿轮用钢，在其他不可避免的杂质中，各杂质元素含量满足下述各项要求：P≤0.020％、O≤0.0020％，H≤0.0002％，B≤0.0010％，Ti≤0.010％。
[0018]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开了一种高温渗碳齿轮用钢，所述高温渗碳齿轮用钢的微合金元素系数r
M/X
的范围为0.5～2.0，其中
[0019]r
M/X
＝(20*[Nb]/93+[V]/51+[Al]/27
‑
[Mo]/192)/([N]/14+[C]/120)，式中的各化学元素均为该化学元素的质量百分比数值。
[0020]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，包括按质量百分比计的化学成分：C：0.17～0.23％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.55～1.00％，S：0.010～0.030％，Cr：0.85～1.25％，Mo：0.15～0.30％，Al：0.025～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.019％。2.根据权利要求1所述的高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，所述高温渗碳齿轮用钢还包括：余量为Fe和其他不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，还包括：V≤0.02％，Cu≤0.20％中的至少一种元素。4.根据权利要求2所述的高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中，各杂质元素含量满足下述各项要求：P≤0.020％、O≤0.0020％，H≤0.0002％，B≤0.0010％，Ti≤0.010％。5.根据权利要求2所述的高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，所述高温渗碳齿轮用钢的微合金元素系数r
M/X
的范围为0.5～2.0，其中r
M/X
＝(20*[Nb]/93+[V]/51+[Al]/27
‑
[Mo]/192)/([N]/14+[C]/120)，式中的各化学元素均为该化学元素的质量百分比数值。6.根据权利要求2所述的高温渗碳齿轮用钢，其特征在于，所述高温渗碳齿轮用钢在940～1020℃的高温真空渗碳前后的奥氏体晶粒度为5～8级。7.一种高温渗碳齿轮用钢的制造方法，其特征在于，所述高温渗碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵四新，高加强，黄宗泽，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：