【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金领域中的铁基合金技术，更具体的涉及汽车齿轮箱齿轮用钢及其生产方法。
技术介绍
1、随着汽车市场不断发展提升，环境保护问题逐渐被全球关注，拥有低耗能和低污染优势的新能源汽车行业迅速崛起。为满足人们对汽车性能日益提升的需求，从而与传统汽车相比，对新能源汽车各项性能提出了更高的要求，特别对其齿轮箱提出了更高的要求：高效、高耐磨及高稳定等特性。
2、汽车齿轮箱作为新能源汽车关键部件，齿轮箱齿轮作为齿轮箱变速系统的重要部件。齿轮箱齿轮在高速运转时承受着强大的多种交变负荷和冲击，为确保齿轮箱齿轮的高效、稳定、可靠的运转，从而对新能源汽车齿轮箱齿轮钢提出了更高的要求。因此要求其材料应具备：高纯净度、高力学性能及长寿命等性能。目前，国内钢厂生产此类齿轮钢主要以模铸工艺生产，但此工艺存在生产连续性差、不同批次质量不稳定及生产成本高等明显劣势，而生产连续性好、质量稳定及成本更经济的“真空脱气+连铸”工艺用于生产这类齿条钢的技术尚不成熟，且“真空脱气+连铸”工艺生产的齿轮钢满足不了此类齿轮钢的要求，所以，对“真空脱气+连铸”工艺生产此类齿轮钢的研发势在必行。
技术实现思路
1、为了得到高纯净度、高力学性能及长寿命的新能源汽车齿轮箱齿轮钢，本专利技术采用生产连续性好、质量稳定及更经济的“真空脱气+连铸”工艺，通过减少非金属夹杂物、提高钢的纯净度、降低氧含量和残余有害元素的含量；加入适当的特殊微量元素提高力学性能及耐磨性；通过设计特有的连铸工艺及高温轧制工艺提高钢材组织均匀性，
2、本专利技术为了满足新能源汽车齿轮箱齿轮用钢的高洁净度、细晶粒、高力学性能等性能要求，进行了独特合理的化学成分设计，其化学成分设计如下：
3、按质量百分比为c：0.25～0.31％，si：0.2～0.4％，mn：1.0～1.3％，cr：1.0～1.3％，ni：0.2～0.3％，nb：0.010～0.020％，v：0.03～0.06％，al：0.02～0.05％，n：0.0080～0.0110％，s≤0.005％，p≤0.020％，cu≤0.20％，mo≤0.10％，ti≤0.002％，o≤0.0009％，as≤0.04％，sn≤0.03％，sb≤0.005％，pb≤0.002％，余量为fe及不可避免的杂质。
4、1)c含量的确定
5、c是钢中最基本的元素，也是最经济的强化元素。在所有元素中，碳提高钢强度的能力最大，碳对淬火回火钢的强化大约为铬的9倍和锰的18倍，所以为保证齿轮渗碳热处理后心部有良好的的强韧性，钢中需有合适的碳含量。本专利技术c含量的范围确定为0.25～0.31％。
6、2)si含量的确定
7、si固溶在铁素体相中，有较强的固溶强化作用，能提高强度、弹性极限和淬透性，但同时降低铁素体的塑性和韧性。本专利技术钢si含量的范围确定为0.2～0.4％。
8、3)mn含量的确定
9、mn作为炼钢过程的脱氧元素，能提高钢的淬透性，mn还能固定钢中硫的形态并形成对钢性能危害较小的mns和(fe，mn)s，减少或抑制fes的生成，因此钢中含有锰，能提高钢的纯净度和性能。同时锰在钢中起固溶强化、细化晶粒的作用来提高强度，能显著提高淬透性；但是锰含量过高，在钢中有促进奥氏体化晶粒长大缺点。本专利技术mn含量的范围确定为1.0～1.3％。
10、4)cr含量的确定
11、cr能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可对钢起固溶强化作用，提高钢的淬透性。另外cr降低c的活度，能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度，但cr含量过高，与钢中的碳结合，易形成大块碳化物，这种难溶碳化物使钢的韧性降低，齿轮寿命下降。因此，本专利技术cr含量的范围确定为1.0～1.3％。
12、5)ni含量的确定
13、ni在钢中强化铁素体并细化珠光体，是提高钢淬透性的元素，也是有效提高钢的耐磨性的最常用元素，ni与钢中cr及残余p复合作用，将有助于提高钢的耐腐蚀、耐磨性。本专利技术ni含量的范围确定为0.2％～0.3％。
14、6)nb和v含量的确定
15、通过nb和v配合加入钢中，能使钢的cct曲线往右下移动，能增加奥氏体稳定性，在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物的析出物的形式存在，这种析出物通常具有纳米级尺寸，这些弥散的小尺寸析出物能对奥氏体晶界起钉扎作用,阻碍奥氏体晶粒的长大，细化钢材的奥氏体晶粒。本专利技术nb含量设计为0.010％～0.020％，v含量设计为0.03％～0.06％。
16、7)al含量的确定
17、al作为钢中脱氧元素加入，除了降低钢水中的溶解氧之外，al与n形成弥散细小的氮化铝可以细化晶粒。但al含量过多时，钢水熔炼过程易形成大颗粒al2o3等脆性夹杂，降低钢水纯净度，影响钢材的使用寿命。本专利技术al含量的范围确定为0.02～0.05％。
18、8)n含量的确定
19、n元素与nb、ti、al等以氮化物等形式析出，可以显著提出齿轮钢高温奥氏体晶粒稳定性，阻止高温奥氏体晶粒长大。本专利技术氮含量的范围确定为n：0.0080～0.0110％。
20、9)ti含量的确定
21、ti在钢水凝固过程中极易与n元素或c元素结合可形成tin或ti(c,n)类非金属夹杂物，在形态上通常为有“棱角”的块状夹杂物，这种夹杂物硬度较高，严重影响组织均匀性，在运转过程中容易在棱角处造成应力集中，严重降低轴承的疲劳寿命。本专利技术ti含量的范围确定为≤0.002％。
22、10)o含量的确定
23、氧是在炼钢过程中自然进入钢中的，后期余留在钢中的氧，氧在钢中主要以sio2和al2o3等非金属夹杂物的形式存在，特别是al2o3夹杂物严重影响轴承的疲劳寿命。大量的疲劳寿命的试验均表明，氧含量的降低对提高钢材纯净度，特别是降低氧化物脆性夹杂物的含量和尺寸显著有利。本专利技术o含量的范围确定为≤0.0009％。
24、11)p、s含量的确定
25、p在钢中严重引起凝固时的偏析，p溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性。本专利技术p含量的范围确定为≤0.020％；s使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，本专利技术s含量的范围确定为≤0.005％。
26、12)as、sn、sb、pb含量的确定
27、as、sn、sb、pb等微量元素，均属低熔点有色金属，在钢材中存在，引起零件表面出现软点，硬度不均，因此将它们视为钢中的有害元素，本专利技术这些元素含量的范围确定为as≤0.04％，sn≤0.03％，sb≤0.005％，pb≤0.002％。
28、为了得到高洁净度、高力学性能、细晶粒及长寿命的的新能源汽车齿轮箱齿轮钢材，本专利技术也明确限定了钢材具有以下主要技术指标：
29、本专利技术钢材低倍组织按照gb/t226、gb/t 1979进行检验评级，要求一般疏松本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新能源汽车齿轮箱齿轮用钢，其特征在于：元素成分按质量百分比为C：0.25～0.31％，Si：0.2～0.4％，Mn：1.0～1.3％，Cr：1.0～1.3％，Ni：0.2～0.3％，Nb：0.010～0.020％，V：0.03～0.06％，Al：0.02～0.05％，N：0.0080～0.0110％，S≤0.005％，P≤0.020％，Cu≤0.20％，Mo≤0.10％，Ti≤0.002％，O≤0.0009％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：低倍组织按照GB/T226、GB/T 1979进行检验评级，满足一般疏松、中心疏松、锭型偏析均不超过1.5级，并且不出现缩孔、裂纹及皮下气泡；
3.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：按照GB/T6394采用渗碳法检测评级，晶粒度≥7.5级。
4.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：末端淬透性按照GB/T225检验，热处理制度：正火温度920±10℃，保温1小时，空冷；末端淬火温度900
5.一种生产权利要求1所述钢的方法，其特征在于：步骤包括，
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一的初炼阶段，吨钢吹入35～40立方米氧气和5～6立方米氩气，将铁水中P含量降低至P≤0.020％、钛含量降低至Ti≤0.002％；精炼过程中，首先往钢水中加入SiC：50～100Kg，然后喂入Al线：80～120m，再次加入CaO-SiO2-MgO高性能复合造渣剂：300～350Kg，精炼时间控制在50min以上，钢水软吹时间≥15min；真空脱气后向钢水中喂入80～100m的硅钙线。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤三，连铸坯通过输送辊道进入步进式加热炉，钢材在加热炉加热至1220℃～1260℃，总加热时间≥3h，开轧温度为1050℃～1150℃，终轧温度控制≥950℃，五道次往复翻转大压下轧制方式：每道次压下后将钢材翻转90°，五道次压下量分别为25％～30％、15％～20％、20％～25％、15％～20％、10％～15％，再通过8架横立式轧机交替轧制，最终轧制成φ20mm～φ60mm的圆棒材，下线进行堆冷。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤四，圆棒通过吊具冷装送至中性或弱氧化性气氛的辊底式加热炉内进行等温退火处理。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤二，采用连铸工艺将钢水浇铸成300mm×300mm及以上断面的连铸方坯。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤四等温退火后，还包括对圆钢的精整：矫直、倒角使满足尺寸和弯曲度要求。
...【技术特征摘要】
1.一种新能源汽车齿轮箱齿轮用钢，其特征在于：元素成分按质量百分比为c：0.25～0.31％，si：0.2～0.4％，mn：1.0～1.3％，cr：1.0～1.3％，ni：0.2～0.3％，nb：0.010～0.020％，v：0.03～0.06％，al：0.02～0.05％，n：0.0080～0.0110％，s≤0.005％，p≤0.020％，cu≤0.20％，mo≤0.10％，ti≤0.002％，o≤0.0009％，as≤0.04％，sn≤0.03％，sb≤0.005％，pb≤0.002％，余量为fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：低倍组织按照gb/t226、gb/t 1979进行检验评级，满足一般疏松、中心疏松、锭型偏析均不超过1.5级，并且不出现缩孔、裂纹及皮下气泡；
3.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：按照gb/t6394采用渗碳法检测评级，晶粒度≥7.5级。
4.根据权利要求1所述的钢，其特征在于：末端淬透性按照gb/t225检验，热处理制度：正火温度920±10℃，保温1小时，空冷；末端淬火温度900±5℃，水冷，j5≥55hrc，j7≥50hrc；
5.一种生产权利要求1所述钢的方法，其特征在于：步骤包括，
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一的初炼阶段，吨钢吹入35～40立方米...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文彬，孙鸿平，张庆松，孟文斌，尹青，卢明霞，陈敏，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：
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