【技术实现步骤摘要】
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
1、近年来，随着汽车、高铁和风电等产业迅速发展，齿轮钢的应用也变得越来越广泛，其在一定程度上促进了齿轮钢在全球范围内的迅速进步，各国都逐步开始了加强对齿轮钢的研究开发。
2、在当前碳达峰、碳中和的时代背景下，汽车行业面临种种挑战，汽车全生命周期碳排放概念的提出，导致汽车企业对原料端和用户制造加工端也越来越重视，高温渗碳可以提高生产效率，降低成本，属于绿色技术，也更被用户重视。众所周知，在实际制备齿轮钢时，齿轮钢通常需要在930℃左右进行渗碳，且渗碳时间一般控制在10h左右，而当渗碳温度提高到960～1000℃时，整个渗碳热处理时间比在常规930℃温度下渗碳时间缩短了50％。因此，为了缩短渗碳时间，诸多研究人员对于960℃及以上的高温渗碳工艺进行了大量的研究。
3、然而，研究发现，当渗碳温度达到960℃及以上时，齿轮钢中的奥氏体晶粒容易粗化，且会导致齿轮疲劳性能降低，甚至出现混晶现象。
4、目前，为了抑制齿轮钢高温渗碳后奥氏体晶粒的异常长大，主要利用ti、 nb、v和al微合金化或复合微合金化，以形成nbc、tin、aln、(nb,ti) (c，n)及v(c，n)等析出相钉扎晶界，从而有效抑制奥氏体晶粒的长大。
5、例如：公开号为cn104928588a，公开日为2015年9月23日，名称为“一种高温渗碳钢及其熔炼方法”的中国专利文献，公开了一种高温渗碳钢及其熔炼方法，其通过添加大量nb(0.085％～0
6、又例如：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，公开了一种nb、ti复合微合金化高温渗碳齿轮钢，该技术方案通过添加0.02％～0.06％的ti、0.02％～0.06％的nb以及0.015％～0.035％的al，可以形成ti(c，n) 和nb(c，n)析出相钉扎晶界，从而能够确保该齿轮钢在1000℃进行渗碳后的奥氏体晶粒度不小于8.0级。但是，该技术方案中添加了大量的nb，其容易导致铸坯出现裂纹，且增加了生产成本，从而很难实现工业化生产。
7、由此可见，为了提高渗碳效率，突破奥氏体晶粒粗化对渗碳温度的限制，当前现有技术在设计高温渗碳齿轮钢时，主要通过添加大量的nb、ti、v进行合金化，这无疑提高生产成本，同时也没有达到复合微合金化对奥氏体晶粒细化的最佳效果。
8、此外，随着新能源电动汽车的迅速发展，汽车性能的不断提升，其对于自身非金属夹杂物、晶粒度等指标也提出了更高的要求，传统的mn-cr系齿轮钢对夹杂物等级的要求为硫化物类a≤2、氧化铝类b≤2、硅酸盐类c≤1、球状氧化物类d≤1，钢中的[o]≤0.0020％，当前传统的齿轮钢已不能满足新能源电动汽车对纯净度和性能质量的要求。
9、因此，为了满足市场需求，除了要求对齿轮钢的高温渗碳性能有要求外，还需要所制备的齿轮钢具有优异的纯度。为此，本专利技术通过合理的化学成分设计，以期望在降低合金成本的同时，获得一种新的高温渗碳齿轮钢及其制造方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种电动汽车用高温渗碳齿轮钢，该高温渗碳齿轮钢复合添加了nb、ti、al元素，其通过合理的化学成分设计，可以确保在1080℃高温渗碳条件下的奥氏体晶粒度不小于8.0级，并且无混晶现象，以达到提高齿轮钢渗碳效率，降低生产成本，降低碳排放的目的。
2、该高温渗碳齿轮钢在具有良好的奥氏体晶粒度稳定的同时，还具有高纯净度的优势，其夹杂物评级满足a≤1.5、b≤1.5、c≤1、d≤1，且可以满足新能源电动汽车等应用场景对齿轮钢材料的性能要求，并提高新能源电动汽车用钢性能的稳定性和安全性，其具有良好推广前景和应用价值。
3、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高温渗碳齿轮钢，其含有fe和不可避免的杂质，还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
4、c：0.18％～0.25％、si：0.15％～0.25％、mn：1.30％～1.40％、s：0.015％～0.025％、 ni：0.10％～0.20％、cr：1.20％～1.30％、nb：0.006％～0.02％、al：0.030％～0.045％、 ti：0.006％～0.025％、n：0.01％～0.015％、cu≤0.1％、mo≤0.020％；
5、所述高温渗碳齿轮钢不含有v。
6、进一步地，在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，其各化学元素质量百分含量为：
7、c：0.18％～0.25％、si：0.15％～0.25％、mn：1.30％～1.40％、s：0.015％～0.025％、 ni：0.10％～0.20％、cr：1.20％～1.30％、nb：0.006％～0.02％、al：0.030％～0.045％、 ti：0.006％～0.025％、n：0.01％～0.015％、cu≤0.1％、mo≤0.020％；余量为fe和其他不可避免的杂质。
8、在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
9、c：在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，c元素是影响mncr系列齿轮钢淬透性最重要的元素，也是钢中最基本的有效强化元素。但需要注意的是，钢中c元素含量也不宜过高，由于渗碳齿轮钢需要保证芯部的韧性，因此钢中c元素含量不能高于0.25％。基于此，考虑到c元素含量对钢材性能的影响，在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，将c元素的质量百分含量控制在 0.18％～0.25％之间。
10、当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以进一步优选地将c元素的质量百分含量控制在0.18％～0.22％之间。
11、si：在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，si元素在钢中具有较强的固溶强化作用，si在钢中能够以置换方式替代fe原子，从而阻碍位错运动，可以显著提高钢的屈服强度。并且，钢中添加适量的si元素，还可以提高钢材的淬透性和抗回火能力。但需要注意的是，钢中si元素含量同样也不宜过高，过量的si会促使齿轮钢在渗碳过程中发生晶间氧化的问题。因此，为发挥 si元素的有益效果，在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，将si元素的质量百分含量控制在0.15％～0.25％之间。
12、mn：在本专利技术所述的高温渗碳齿轮钢中，mn元素具有固溶强化、细化晶粒从而提高钢强度的作用，其同时能够显著提高钢材的淬透性。但需要注意的是，mn元素还会降低钢材的奥氏体化温度，促进奥本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电动汽车用高温渗碳齿轮钢，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：
2.如权利要求1所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
3.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.015％、O≤0.0015％、As≤0.01％、Sn≤0.01％、Sb≤0.01％、Pb≤0.01％、Bi≤0.01％。
4.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其各化学元素含量还满足下列各项的至少其中之一：
5.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其微观组织具有NbC、TiN和(Nb，Ti)(C，N)析出相。
6.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其夹杂物评级满足A≤1.5，B≤1.5，C≤1，D≤1。
7.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其在1080℃高温渗碳条件下的奥氏体晶粒度不小于8.0级，并且无混晶现象。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的高温渗碳齿轮
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，控制出钢终点的C≥0.03％，控制出钢温度为1650℃～1680℃。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，控制LF精炼的终温温度≥1650℃。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制VD真空脱气处理的真空度≤66.7Pa，控制VD真空脱气处理的高真空时间≥15min，镇静时间≥15min，VD终温温度≥1550℃，该步骤中全过程采用底吹氮气增氮。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制结晶器电磁搅拌的频率为2.0-3.0HZ，电流为300-305A，末端电磁搅拌的频率为8.0-8.5HZ，电流为590-610A；钢水过热度控制在22～38℃，连铸拉坯速度控制在0.62～0.68m/min之间。
...【技术特征摘要】
1.一种电动汽车用高温渗碳齿轮钢，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：
2.如权利要求1所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
3.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，p≤0.015％、o≤0.0015％、as≤0.01％、sn≤0.01％、sb≤0.01％、pb≤0.01％、bi≤0.01％。
4.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其各化学元素含量还满足下列各项的至少其中之一：
5.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其微观组织具有nbc、tin和(nb，ti)(c，n)析出相。
6.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其夹杂物评级满足a≤1.5，b≤1.5，c≤1，d≤1。
7.如权利要求1或2所述的高温渗碳齿轮钢，其特征在于，其在1080℃高温渗碳条件下的奥氏体晶粒度不小于8.0...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵四新，王强，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：
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