一种低变形气淬贝氏体齿轮钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种低变形气淬贝氏体齿轮钢及其生产方法，属于齿轮钢技术领域。本发明专利技术的齿轮钢，其组分包括以下重量百分比的化学成分：C：0.16～0.20％，Si：1.00～1.30％，Mn：0.75～1.00％，P≤0.010％，S：≤0.010％，Cr：0.25～0.55％，Mo：0.10～0.30％，V：0.15～0.25％，Al：0.030～0.050％，B：0.0010～0.0015％，P：≤0.010％，[N]：90～160ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素，采用电弧炉冶炼

【技术实现步骤摘要】
一种低变形气淬贝氏体齿轮钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于齿轮钢
，涉及一种低变形气淬贝氏体齿轮钢及其生产方法，适用于汽车及工程机械用齿轮。

技术介绍

[0002]随着中国汽车行业的不断发展，汽车的产销量逐年增加，国内汽车行业在国际上的影响力越来越大，汽车关键零部件也在不断的蓬勃发展，我国已经成为世界汽车零部件不可缺少的中坚力量。汽车有底盘系统、传动系统、发动机系统等，其中齿轮作为动力传输中的关键零部件，要求具有较高的强韧性、耐磨性以及抗扭转性能等，尤其是近些年新能源汽车的爆发式增长，对齿轮的需求量逐年增加，同时，由于新能源车的瞬时加速度大，扭矩高，对齿轮的性能需要也越来越高。
[0003]常用的齿轮钢材料通常经过渗碳热处理进行表面强化处理，保证表面具有一定的硬度而心部具有一定的韧性，从而达到良好的强韧性匹配，但目前大多齿轮钢经过渗碳热处理后表面为马氏体，心部为珠光体+铁素体+少量的贝氏体，尤其是大型齿轮这种特征更为明显。近些年，高性能齿轮钢中出现了贝氏体齿轮钢等新钢种，其组织为细长的贝氏体铁素体和残余奥氏体组织成，贝氏体内部的高密度位错与内部碳化物等出现缠绕交割，显著提高了钢的强度，但碳化物的粗大，影响的钢的强韧性。同时新能源汽车要求齿轮啮合的精度更高，低渗碳变形成为一种技术瓶颈。因此，有必要开发一种具有高淬透性低变形齿轮材料，以满足汽车行业对新能源汽车用齿轮高啮合低振动的需求。
[0004]经检索，中国专利公开号为CN108866439B的专利技术专利中公开了一种Nb、Ti复合微合金化高温真空渗碳重载齿轮用钢，其成分质量百分比为：C：0.15～0.23％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.45～0.90％，Cr：1.50～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.55％，Nb：0.02～0.08％，Ti：0.015～0.08％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，其余为Fe和不可避免杂质。该专利采用复合微合金化方式，通过添加Nb、Ti微合金元素并控制其含量，实现了重载齿轮钢渗碳温度的提高，细化了晶粒，但对齿轮钢的淬透性却没有进行严格控制。
[0005]又如，国际专利公开号为WO2015197007A的专利技术专利中公开了一种高淬透性CrNiMo系齿轮钢，该专利技术专利通过提高Mn、Ni等元素至较高范围，有效的提高了材料的淬透性，其淬透性可达到J9：40～46HRC，J15：39～44HRC，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，但该专利方案材料的扭转强度不足，热处理后的变形量较大。

技术实现思路

[0006]1.要解决的问题
[0007]本专利技术的目的在于从根本上解决高淬透性齿轮钢在渗碳热处理后变形量过大，以及适应齿轮钢性能不断提高而带来的变形过大问题，提供了一种低变形气淬贝氏体齿轮钢及其生产方法。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]其一，本专利技术提供了一种低变形气淬贝氏体齿轮钢，其包括以下重量百分比的化学成分：
[0011]C：0.16～0.20％，Si：1.00～1.30％，Mn：0.75～1.00％，P≤0.010％，S：≤0.010％，Cr：0.25～0.55％，Mo：0.10～0.30％，V：0.15～0.25％，Al：0.030～0.050％，B：0.0010～0.0015％，P：≤0.010％，[N]：90～160ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。需要说明的是，本专利技术提供的齿轮钢成分中，各成分作用及其含量控制如下：
[0012]C：C是钢中最基本有效的强化元素，是影响淬透性最有效的元素，并且成本较低，为了保证齿轮钢有足够的强度和足够的淬透性，要含有一定量的碳含量，本专利技术采用低碳含量，同时为保证心部具有足够的强韧性，控制碳含量在0.16～0.20％。
[0013]Si：Si是脱氧剂，同时通过固溶强化提高钢的强硬度，也可以提高齿轮钢的淬透性，本专利技术中的Si一方面起到固溶强化的作用，另一方面促进贝氏体的形成，同时抑制碳化物形成，尤其是渗碳层中的碳化物，细化碳化物尺寸，降低残余奥氏体含量，故Si含量不能低于1.0％，但过量的硅使C的活性增加，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向使得渗碳层易氧化，故Si的含量控制在1.00～1.30％。
[0014]Mn：Mn可以扩大奥氏体相区，并且稳定奥氏体组织，提高钢的淬透性，但是过高的Mn可溶于铁素体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时Mn可以提高奥氏体组织的稳定性，显著提高钢的淬透性。本专利技术中的Mn主要用来降低珠光体和铁素体相变区，提高贝氏体相变区，同时提高淬透性，但过量的Mn会降低钢的塑性，钢在热轧时韧性变坏。Mn含量控制在0.75～1.00％。
[0015]Cr：Cr可提高钢的淬透性及强度，Cr在钢中和碳结合，形成碳化物，由于齿轮钢淬火后低温回火，并无大块的碳化物析出，均以细小的碳化物析出，析出的碳化物在马氏体板条间富集，抑制板条在应力下移动，马氏体中的位错可以缠结，提高强度和抗疲劳性能，但与此同时，过高的Cr会形成碳化物膜影响渗碳效果，降低渗碳层性能。Cr含量控制在Cr：0.25～0.55％。
[0016]Mo：Mo能明显提高钢的淬透性，防止回火脆性及过热倾向。此外，本专利技术中Mo元素与Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明显提高，并且Mo能细化晶粒。而Mo含量过低则上述作用有限，Mo含量过高，促进晶界铁素体薄膜的形成，不利于钢的热塑性，增加钢的再热裂纹倾向，且成本较高。因此，控制Mo含量为0.10～0.30％。
[0017]B：硼元素能够大幅度提高淬透性，并且加入硼之后能够改善钢的致密性和热轧性能，提高强度，并且硼在齿轮钢常用的淬火+低温回火后热处理后能够稳定钢材的韧性，但是过高的硼含量时会在心部生成针状铁素体而影响机械性能。因此，控制B含量为0.0010～0.0015％。
[0018]V：V元素和碳、氧有极强的亲和力，能够细化晶粒和组织，同时能够产生固溶强化，经过热处理后提高钢的强度和热敏感性，过高的V含量其细晶作用及强度增量不明显，但增加了额外的成本。故控制V含量为0.15～0.25％。
[0019]Al：Al是有效的脱氧剂，且能形成AlN细化晶粒，Al含量低于0.030％时，作用不明显，高于0.050％时易形成粗大的夹杂物，恶化钢的性能。本专利技术中的Al元素另一个作用是
降低因为加入B而导致的奥氏体粗化温度降低，因此需要特殊在炼钢过程中Al的加入时机加以调整，保证Al含量应控制在0.030～0.050％。
[0020]P和S：硫容易在钢中与锰形成MnS夹杂，使钢产生热脆；P是具有强烈偏析倾向的元素，增加钢的冷脆，降低塑性，对产品组织和性能的均匀性有害。控制P≤0.010％，S≤0.010％。
[0021]T.O和[H]：T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低变形气淬贝氏体齿轮钢，其特征在于：包括以下重量百分比的化学成分：C：0.16～0.20％，Si：1.00～1.30％，Mn：0.75～1.00％，P≤0.010％，S：≤0.010％，Cr：0.25～0.55％，Mo：0.10～0.30％，V：0.15～0.25％，Al：0.030～0.050％，B：0.0010～0.0015％，P：≤0.010％，[N]：90～160ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种低变形气淬贝氏体齿轮钢，其特征在于：其组分满足以下公式：1.8≤K＝(Mn+2.2*Si+1.3*C
‑
0.2*V)*A
f
≤2.3，其中A
f
为材料参数，A
f
取0.6～0.7。3.根据权利要求1或2所述的一种低变形气淬贝氏体齿轮钢的生产方法，其特征在于：包括步骤：电弧炉冶炼
‑
LF精炼
‑
RH真空处理
‑
连铸
‑
轧制成材。4.根据权利要求3所述的一种低变形气淬贝氏体齿轮钢的生产方法，其特征在于，所述轧制成材包括加热、轧制、缓冷。5.根据权利要求3中所述的一种低...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少朋，胡芳忠，汪开忠，金国忠，吴胜付，杨志强，陈世杰，周大元，景宏亮，李小虎，
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：