[发明专利]一种超纯净高温细晶粒齿轮钢、制造方法及其应用

说明书

本发明涉及一种超纯净高温细晶粒齿轮钢及其制造方法，化学成分包括C：0.15～0.21％，Si：≤0.12％，Mn：1.00～1.30％，Cr：1.00～1.30％，S：0.010‑0.025％，P≤0.025％，Ni：0.70‑1.00％，Mo：0.02～0.10％，B：0.0020‑0.0040％，Cu≤0.20％，Al≤0.05％，Ca≤0.0005％，Ti≤0.003％，N：0.0080～0.016％，且N＝(0.80～1.0)×(0.5％Al+0.7％B)式中元素符号代表元素的含量，余量为Fe及不可避免的杂质；钢中氧化物特征值达到K1≤10，钢中按比例加入的Al、B、N可充分结合，在基体中生产大量的细小质点，使得在960℃以上的高温渗碳处理后基体晶粒度仍然在6级以上。

技术领域

本发明属于铁基特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种齿轮钢及其作为电动汽车减速机齿轮加工材料的应用。

背景技术

电动汽车减速机是一种精密的机械部件，其作用是把由高速转动的电机速度通过它降低转速，增加扭矩，从而实现汽车的高速行驶。减速机使用的齿轮因受到高速电机传递的大力矩，受到很大的冲击力，因此要求齿轮材料具有更高的疲劳强度，而纯净度对疲劳寿命的影响显著，因此电动汽车对齿轮钢纯净度有更高的要求，以满足高的电机转速对齿轮带来的冲击。

由于环保、节能、提高生产效率及成本等方面因素的考虑，齿轮高温低压渗碳技术正在被广泛采用。高温低压渗碳技术是将齿轮在真空下960℃以上的加热温度下进行渗碳处理，该技术可以让渗碳时间缩短50％以上，从而可以大大提高生产效率，节约大量生产成本。

高温低压渗碳技术要求齿轮材料在960℃以上的加热温度下晶粒不能粗化即仍然保持细晶粒的状态，因此对齿轮钢的生产技术及成分设计提出更高要求。为获得细小晶粒，通常采用的方法是在钢中加入Al、N元素，通过在钢中析出的AlN钉扎晶界从而起阻止晶粒长大的作用，但钢中AlN质点在930℃以上开始固溶，当温度达到960℃基本上全部固溶于钢中而失去了细化晶粒的作用，因此需要再加入如Ti、Nb、V等元素，通过元素的复合作用细化晶粒。钢中加入Ti对晶粒粗化的抑制作用较大，但易生产大颗粒的TiN夹杂，恶化钢的疲劳性能。V细化晶粒的原理是生产VC或V(C,N)，但析出物的固溶温度较低，在高温下也会固溶于钢中而失去细化晶粒的效果。

专利CN103924030A公开了一种超纯净钢的生产方法，它是采用真空电炉或真空感应炉冶炼并真空浇注，氧含量在10ppm以下时，添加0.5～3kg/t的Si-Ca-Al-Mg-RE复合脱氧剂，添加后静置1～10min进行真空浇注可获得全氧含量在4ppm以下纯净钢。同时，通过采用稀土复合添加剂对钢中夹杂物变质处理，减小夹杂物的尺寸，减少钢中的夹杂物数量，为钢液的纯净化冶炼提供了新的有效途径。该专利生产的钢因采用高要求的装备及工艺，很难批量生产，且生产成本很高，难以推广。

专利CN102560255A公开了一种高温真空渗碳齿轮用钢，其重量百分比为，C：0.10～0.30％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.60～0.90％，P≤0.025，S：0.010～0.020％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.033～0.055％，N：0.0160～0.0300％，Ti：0.001～0.009％，[O]≤0.0020％，其余为Fe以及不可避免杂质。采用微合金化方式，控制齿轮钢高温真空渗碳过程中奥氏体晶粒异常长大，使钢材晶粒度能控制在7.0-8.0级。该齿轮用钢采用了更高含量的N、Al、Ti来钉扎组织细化晶粒，过高的Ti含量不利于钢材的表面质量及纯净度，且AlN的析出物不耐高温，高温渗碳处理时固溶于基体。

发明内容

本发明为了满足电动汽车减速机的核心部件齿轮的使用要求，开发了一款超纯净高温细晶粒齿轮钢，该齿轮钢在960℃以上的渗碳热处理后仍能够保持较细的晶粒度(6级以上。本发明的齿轮钢属于一款性能更加优异的齿轮钢，满足了电动汽车减速机的齿轮使用要求。