[发明专利]一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法，所述高性能汽车齿轮用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.20～0.30%、Si：0.20～0.45%、Mn：1.10～1.35%、Cr：0.70～0.90%、Mo：0.30～0.40%、Ni：0.50～0.70%、Al：0.030～0.050%、Nb：0.01～0.03%、P≤0.010%、S≤0.010%、N：0.0050～0.0100%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、连轧、热处理工序。本发明高性能汽车齿轮用钢具有高端淬性且淬透性带控制多批次≤5HRC，同批次≤4HRC，高洁净度、性能稳定。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法。

背景技术

汽车齿轮钢的性能要求，除了工程材料一般的强度、塑性和韧性等共性要求以外，还要求具有最基本的三项特性，即特定的淬透性及窄的淬透性带宽、高的纯净度和细的晶粒度。此外，良好的加工性能也是齿轮行业所关心的重要指标。

研究表明，钢中的夹杂物显著降低齿轮的性能，特别是降低齿轮的强度，从而影响汽车齿轮的使用寿命。通过降低齿轮钢中氧含量，氧化物夹杂随之减少，提高钢的纯度，可减轻夹杂物对疲劳寿命的不利影响，使齿轮疲劳寿命大幅度提高。

齿轮质量的影响已越来越受到人们的重视，材料品质不稳定，不仅影响齿轮的热处理工艺控制，更直接影响着齿轮的疲劳寿命。目前汽车齿轮用钢要求抗拉强度Rm：1080～1400MPa，屈服强度σs：945～1065MPa，-40℃冲击功Akv2≥27J，淬透性带控制的追求目标：多批次≤7HRC，同批次≤6HRC。迫切需要一种兼具高性能、高淬透性和均质性汽车齿轮用钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法。该发明实现高性能汽车齿轮用钢的淬透性带控制多批次≤5HRC、同批次≤4HRC，同时具备高洁净度、性能稳定。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高性能汽车齿轮用钢，所述高性能汽车齿轮用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.20～0.30%、Si：0.20～0.45%、Mn：1.10～1.35%、Cr：0.70～0.90%、Mo：0.30～0.40%、Ni：0.50～0.70%、Al：0.030～0.050%、Nb：0.01～0.03%、P≤0.010%、S≤0.010%、N：0.0050～0.0100%，余量为Fe和不可避免的杂质。

各化学成分的作用机理：

C：碳存在于所有钢中，是主要的淬硬元素。钢的热轧强度和硬度，随碳含量的增加会有显著的提高，随着碳含量的增高，材料屈服点和抗拉强度会逐渐提高，但是塑性和冲击韧性却会降低。C含量过低，材料在热处理后强度过低。

Si：显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。硅的偏析倾向轻微。在低碳钢中，硅对钢的表面质量有害，在低碳硫化钢中更明显。

Mn：锰影响钢的强度和硬度，为珠光体形成元素，可降低相变温度，对强度和韧性均有良好作用；但Mn含量过高则容易生成贝氏体，降低材料组织及硬度均匀性。在钢凝固期间，锰有中等程度的偏析。

Cr：降低珠光体转变温度的合金元素，本发明中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易生成贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性。

N：最经济有效的合金化元素，可以通过与Al结合形成AlN加强沉淀强化及细化晶粒效果；但是N含量过高容易生成较多的AlN增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。

Al：铝主要是作为脱氧剂和奥氏体晶粒细化剂使用。铝到了一定量，会很容易与氮结合，形成氮化铝，使钢具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。