【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及齿轮钢领域，尤其涉及一种具有优良切削性能的齿轮钢及其制造方法。
技术介绍
1、近年来，随着汽车、高铁等产业制造技术和材料生产技术的进步，市场对于汽车齿轮用钢也提出了更高的要求。
2、目前，国内外汽车用渗碳齿轮钢是在渗碳结构钢的基础上开发出来的，其主要有cr系、mn-cr系、cr-mo系、ni-cr-mo系、ni-cr系等齿轮钢。其中，mn-cr系齿轮钢已经成为国内轿车、轻型商用车的主要齿轮用钢。
3、在齿轮零件生产中，需要首先对齿轮钢材料进行渗碳淬火处理，而若材料的一致性较差，将会对渗碳淬火造成严重影响，导致最终齿轮零件质量较差；为了提升汽车齿轮零件及齿轮箱质量水平，对于齿轮用钢的质量稳定性与一致性要求也越来越严。齿轮在加工过程中需要经过大量切削加工，材料的切削性能将直接影响齿轮的加工成本。目前国内的齿轮加工企业大多装备了高速数控机床进行齿轮切削加工，因此，对材料的易切削性能提出了更高的要求，需要齿轮钢在具备优良的力学性能外，还要具备良好的切削加工性能。
4、目前在提高齿轮钢的易切削性能方面，通常采用向钢中添加一定的s元素来提高齿轮钢的切削性能。以切削性能为主的硫易切削钢，硫含量一般在0.20％～0.60％；以机械性能为主、切削性能为辅的易切削钢，含硫量在0.02％～0.13％。对机械零件用钢，当含硫量小于0.015％时，机械加工非常困难，机械加工经济性较差。迄今为止，现有技术对硫易切削钢进行了大量的研究，并取得了一定的进展。
5、例如，公开号为“cn10945718
6、公开号为“cn105671434a”(公开日2016年6月15日)，主题为“一种含镁钙硫的20mncr易切削齿轮钢及其制备方法”的中国专利申请公开了一种含钙镁硫的20mncr易切削齿轮钢，其通过添加钙镁元素对夹杂物进行复合改质来提高钢材切削性能，其具体成分为c：0.15％～0.25％，si：≤0.12％，mn：0.80％～1.50％，p：≤0.035％，s：0.02％～0.055％，cr：0.80％～1.30％，al：0.015％～0.055％，n：0.004％～0.015％，mg：0.0006％～0.004％，ca：0.0006％～0.005％，o：≤0.0025％，余量为铁与不可避免的杂质。
7、公开号为“cn102703817a”(公开日2012年10月3日)，主题为“一种易切削齿轮钢及其生产工艺”的中国专利申请公开了一种易切削齿轮钢，其通过加入al、s元素，提高齿轮加工时的易切削能力，其具体成分为：c：0.14～0.22％、si：0.20～0.35％、mn：0.95～1.15％、cr：0.95～1.15％、al：0.020-0.060、p：≤0.035％、s：0.012-0.030％，余量是fe和不可避免的杂质。
8、公开号为“cn102080188a”(公开日2011年6月1日)，主题为“一种crnimo系易切削齿轮钢及其制造方法”的中国专利申请公开了一种crnimo系易切削齿轮钢，其具体成分为：c：0.17～0.23％，si：0.15～0.37％，mn：0.60～0.95％，cr：0.35～0.65％，ni：0.35～0.75％，mo：0.15～0.25％，p≤0.030％，s：0.010～0.040％，al：0.005～0.050％，ca/s：0.3～0.6；余量为fe和微量杂质。
9、尽管添加较高的s元素含量会改善齿轮钢的切削性能，但过高的s元素会导致齿轮钢偏析严重，对带状组织、淬透性带宽等指标产生不利影响，不利于高品质汽车齿轮的制造。基于此，有必要在现有易切削齿轮钢的基础上，采用多种易切削元素复合处理的方式来进一步提高齿轮钢的切削性能，以满足汽车齿轮行业的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种齿轮钢，其通过优化钢中多种易切削元素(例如sn、s、al、ca)的含量配比获得了提高的切削性能。本专利技术的齿轮钢具有优良的强度和韧性，其室温冲击功akv≥80j，同时相对于现有技术中的钢，在相同的切削工艺参数下，使用本专利技术钢的切削刀具的寿命可提升30％以上。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具有优良切削性能的齿轮钢，其除包含90质量％以上的fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的下述化学元素：
3、c：0.16～0.24％，si：0.1～0.35％，mn：1.1～1.5％，s：0.015～0.035％，cr：0.95～1.35％，ni：0.01～0.2％；mo：0.01～0.15％；cu：0.01～0.2％；酸溶性al：0.015～0.04％，n：0.008～0.016％，sn：0.006～0.04％，ca：0.0015～0.0045％。
4、优选地，，本专利技术所述的齿轮钢包含以质量百分比计的如下化学元素：
5、c：0.16～0.24％，si：0.1～0.35％，mn：1.1～1.5％，s：0.015～0.035％，cr：0.95～1.35％，ni：0.01～0.2％；mo：0.01～0.15％；cu：0.01～0.2％；酸溶性al：0.015～0.04％，n：0.008～0.016％，sn：0.006～0.04％，ca：0.0015～0.0045％。余量为fe和不可避免的杂质。
6、在本专利技术所述的具有优良切削性能的齿轮钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
7、c：c是钢中所必需的成分，同时也是影响钢的淬透性的最主要的元素之一；当钢中c元素含量过低时，钢材的强度不足，且不能保证良好的淬透性要求。但是钢中c元素含量也不宜过高，钢中c元素含量过高，会影响钢材的性能，导致钢材无法满足齿轮芯部对韧性的需求。因此，将c元素的质量百分含量控制在0.16～0.24％之间。
8、si：si能溶入铁素体，并强化铁素体，提高钢材的强度、硬度、耐磨性、弹性及弹性极限。但同时，钢中si元素含量不宜过高，当钢中si元素含量过高时，钢材的脆性会增加。因此，将si元素的质量百分含量控制在0.1～0.35％之间。
9、mn：mn是影响钢淬透性的主要元素之一，钢中添加适量的mn不仅可以极大增加钢的淬透性，还能够有效减低钢的韧性。此外，mn还能溶入铁素体，提高钢材的强度和硬度，并使钢材在热轧后冷却时得到片层较细、强度较高的珠光体。但是钢中mn含量同样不宜过高，钢中mn含量过高，会导致钢材的热塑性变差。因此，将mn的质量百分含量控制在1.1～1.5％之间。...
【技术保护点】
1.一种齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢包含90质量％以上的Fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的如下化学元素：
2.根据权利要求1所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢包含以质量百分比计的如下化学元素：
3.根据权利要求1或2所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢中酸溶性铝Alsol、氮元素N、钙元素Ca、硫元素S和锡元素Sn的质量百分含量满足以下关系式中的一个以上：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢中的硫化物面积占比为0.3～1.0％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢的奥氏体晶粒度为7～8.5级。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢的室温冲击功AKV≥80J。
7.制造权利要求1至6中任一项所述的齿轮钢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述步骤1)中，对钢水进行电炉冶炼、LF精炼和VD真空处理。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括在轧制后进行渗碳淬火处理。
...【技术特征摘要】
1.一种齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢包含90质量％以上的fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的如下化学元素：
2.根据权利要求1所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢包含以质量百分比计的如下化学元素：
3.根据权利要求1或2所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢中酸溶性铝alsol、氮元素n、钙元素ca、硫元素s和锡元素sn的质量百分含量满足以下关系式中的一个以上：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的齿轮钢，其特征在于，所述齿轮钢中的硫化物面积占比为0.3～1.0％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成全，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：
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