一种易切削高温晶粒度稳定的表面硬化钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削高温晶粒度稳定的表面硬化钢，其含有

【技术实现步骤摘要】
一种易切削高温晶粒度稳定的表面硬化钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种齿轮钢及其制造方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着汽车工业的深入发展，市场和用户对汽车安全
、
环保和舒适的需要也在日益增长，同时对汽车零部件的技术要求也越来越高
。
[0003]众所周知，在制备汽车零部件时，特别是在制备高性能齿轮或轴类零部件时，零部件表面通常需要进行硬化处理，如渗碳和淬火及回火处理，或者感应淬火及低温回火，或者经过碳氮共渗处理，以得到硬度较高的表面和韧性较好的心部，并最终获得优异的抗疲劳寿命及耐磨性能
。
[0004]当前，针对汽车领域，特别是新能源车减速器及差速器对于齿轮或轴类零部件的高技术要求，高温渗碳技术的应用已经变得日趋广泛，采用高温渗碳工艺不仅能够获得性能优异的渗碳齿轮，还可以大幅提升生产效率，并减少气体排放而保护环境
。
[0005]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
1000℃
以上
。
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℃
，则可以使渗碳时间缩短为原来的
50r/>％，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
。
[0006]由此可见，高温真空渗碳技术以其自身的优势已经逐渐成为替代气体渗碳技术的必然选择
。
[0007]在当前现有技术中，中低碳齿轮钢通常在调质状态下使用，也可在正火后使用，用于制造在磨损及摩擦条件下或在很大冲击负荷下工作的重要机件，如轴
、
小轴
、
平衡杠杆
、
摇杆
、
连杆
、
螺栓
、
螺帽
、
齿轮和各种滚子等
。
这种钢可用作高频表面淬火用钢，也可以渗碳或者渗氮或者碳氮共渗，用于制作对表面硬度及耐磨性要求较高的零件
。
[0008]目前广泛使用的中低碳
MnCr
系齿轮钢，以其优异的综合性价比，在新能源车减速器及差速器上也有大量应用
。MnCr
系高淬透性齿轮钢的主要技术难题是：如何在提高渗碳温度或延长感应加热时间的同时，确保齿轮后轴类零部件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，为了应对复杂形状零部件的淬火及回火，伴随高温真空渗碳的气体淬火应用日趋广泛，对钢的淬透性也提出了更高要求
。
[0009]试验研究表明，在
MnCr
系渗碳齿轮钢中添加
Al、Nb、V、Ti
及
N
等元素，利用碳氮化物可以有效抑制高温晶粒异常长大
。
但是这种技术方案仍然存在着：晶粒粗化温度不够高
、
大生产所得零部件奥氏体晶粒度不稳定等问题
。
[0010]例如：公开号为
CN103361559A
，公开日为
2013
年
10
月
23
日，名称为“一种
Nb、Ti
复合微合金化高温渗碳齿轮钢”的中国专利文献，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。
在该技术方案中，其添加了
0.02
～
0.06
％的
Ti
和
Nb
元素，可将渗碳温度提高到
1000℃。
[0011]又例如：公开号为
CN106967925A
，公开日为
2017
年7月
21
日，名称为“一种具有细晶粒窄淬透性带宽的高温渗碳齿轮钢”的中国专利文献，公开了一种具有细晶粒窄淬透性带宽的高温渗碳齿轮钢，其化学成分包括
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
％，
Al
：
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
。
在该技术方案中，钢材在经过
980
‑
1000℃
高温渗碳处理后基体晶粒尺寸仍然保持在
15
～
20
μ
m
范围内，晶粒度控制在7‑8级
。
[0012]再例如：公开号为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种易切削高温晶粒度稳定的表面硬化钢，其含有
Fe
和不可避免的杂质，其特征在于，还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C
：
0.225
～
0.265
％，
Si
：
0.05
～
0.35
％，
Mn
：
0.80
～
1.20
％，
S
：
0.015
～
0.040
％，
Cr
：
0.90
～
1.20
％，
Al
：
0.020
～
0.050
％，
N
：
0.008
～
0.020
％，
Nb
：
0.003
～
0.030
％，
Ti
：
0.002
～
0.020
％
。2.
如权利要求1所述的表面硬化钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
C
：
0.225
～
0.265
％，
Si
：
0.05
～
0.35
％，
Mn
：
0.80
～
1.20
％，
S
：
0.015
～
0.040
％，
Cr
：
0.90
～
1.20
％，
Al
：
0.020
～
0.050
％，
N
：
0.008
～
0.020
％，
Nb
：
0.003
～
0.030
％，
Ti
：
0.002
～
0.020
％；余量为
Fe
和其他不可避免的杂质
。3.
如权利要求1或2所述的表面硬化钢，其特征在于，其还含有下述各化学的至少其中之一：0＜
Ni≤0.20
％，0＜
Cu≤0.20
％，0＜
Mo≤0.10
％，0＜
V≤0.010
％
。4.
如权利要求1或2所述的表面硬化钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，
P≤0.015
％，
O≤0.0020
％，

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