一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法，属于铁基合金技术领域，尤其涉及一种齿轮用钢。涉及元素成分设计：按质量百分比为C：0.20～0.35％，Si：0.05～0.35％，Mn：1.20～1.60％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.20～0.50％，S：≤0.035％，P：≤0.015％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.010～0.080％,N：0.0060～0.0260％，Al/N:1.5～3.9,余量为Fe及不可避免的杂质。冶炼工艺流程：预处理的铁水及优选的废钢→电炉初炼→LF炉精炼→VD炉真空脱气→连铸方坯→连铸方坯抛丸→步进式加热炉加热→高压水除鳞→连铸坯轧制→热轧圆钢表面探伤+内部超声波探伤‑质检‑入库。元素成分配合冶炼工艺，所述钢满足了电动汽车减速器用钢高强度与高疲劳寿命的要求。在淬透性和晶粒均一性方面获得了显著的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法
本专利技术属于铁基冶金
，更涉及一种齿轮钢的制造方法。
技术介绍
电动汽车由于具备噪声小、零排放、舒适干净等优点、是汽车实现自动化、智能化发展的必经途径。目前全球石油使用量正不断上升，而石油可开采量却日益减少，因此电动汽车取代常规燃油汽车是汽车工业发展的必然趋势。纯电动汽车减速器需要满足从低速大扭矩到高速运行的所有复杂工况的特点，因此电动车减速器齿轮要求钢材具有更高的强度与更好的韧性，这也符合电动汽车轻量化发展的趋势。现有电动汽车减速器齿轮用钢通常选用SAE8620H、18CrNiMo7-6等合金含量较高的钢铁材料，该类钢材普遍需要添加较高含量的镍元素，导致钢材的生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种齿轮用钢的制造方法，该齿轮钢不需要添加镍元素，Ni的含量可以在0.20％以下，另外通过在钢中添加适量的钼元素及优化其他元素含量，以改善不含镍情况下齿轮钢的综合性能，该齿轮钢具有更加均匀细小的晶粒组织，彻底解决晶粒组织开始出现混晶的难题，钢材的强度和韧性优异，具有优异的末端淬透性，作为一款优秀的齿轮钢产品，可作为电动汽车减速器齿轮用钢。本专利技术涉及的齿轮钢属于一种全新渗碳齿轮用钢，产品加热到960℃并保温8小时后，钢材的全截面奥氏体晶粒度≥6级，目前国内尚未有性能近似的产品报道。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法，包括(1)元素成分设计：按质量百分比为C：0.20～0.35％，Si：0.05～0.35％，Mn：1.20～1.60％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.20～0.50％，S：≤0.035％，P：≤0.015％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.010～0.080％,N：0.0060～0.0260％，Al/N:1.5～3.9,余量为Fe及不可避免的杂质。(2)冶炼过程：(2.1)初炼：电炉选用20％-60％的优质铁水与废钢作为原料，在初炼过程中通过控制往钢水中吹氧量以及热量供应的关系：吨钢吹氧量为50立方米-85立方米，吨钢供电量为150-400度，降低钢水中P及残余元素，并控制初炼炉出钢时的终点碳不小于0.05％防止钢水过氧化；(2.2)精炼：过程中对钢水脱氧，分多次往钢液中同时添加Al元素与N元素，每次添加Al元素与N元素后取钢液样品分析钢液的化学成分，直至钢液中的Al含量与N含量达到设计范围和比例，脱氧过程中钢包采用底吹氩气的方式搅拌钢水，营造钢水动力学条件，使钢液中的非金属夹杂物充分上浮；(2.3)真空脱气；(2.4)铸造钢坯：采用连铸工艺或浇注工艺铸造钢坯，在连铸过程中，浇注过热度控制在20-40℃，连铸拉速控制在0.80-0.90m/min，对钢流的比水量控制在0.75-1.0L/kg，以控制铸坯表面与内部质量；(2.5)轧制：将钢坯入炉加热至完全奥氏体化，并充分保温让内外均质，出炉后开始轧制，坯料出加热炉后的开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为800-900℃，轧制过程中每道次压下量控制在10-20mm，轧制成圆钢；(2.6)控冷：产品从轧制生产线上高温下线入缓冷坑缓冷，入缓冷坑的温度控制在680-780℃，入坑后立即使用保温罩覆盖整个缓冷坑，降低冷却速度，缓冷48小时以上，缓冷后获得铁素体+珠光体组织，珠光体占比40-60％，典型组织参照图5。优选地，步骤(2.3)中，真空脱气采用的真空度为133Pa以下，真空度保持时间10min以上，充分扩氢。优选地，通过步骤(2.2)的精炼和步骤(2.3)的真空脱气是要让钢水中的[H]≤2ppm，[O]≤20ppm。优选地，步骤(2.5)中，钢坯轧制之前加热到1100-1200℃，并在温度区间保温3-6小时。优选地，还包括(2.7)无损探伤检测，钢材表面与内部均进行超声波无损探伤检测，超声波探伤等级要满足GB/T4162中的A级要求，表面探伤精度为0.2mm，以达到出厂标准，确保所有产品的出厂质量。优选地，该制造方法获得的齿轮钢经高温奥氏体晶粒度检测：在960℃保温8小时，其全截面奥氏体晶粒度≥6级。优选地，该制造方法获得的齿轮钢淬火后的硬度较高，即钢材的淬透性较好，按GB/T225-2006《钢淬透性的末端淬火试验方法》规定进行实测，距末端硬度可以达到表1中要求，淬透性试样都要先正火使得组织均匀，这样测出的淬透性结果更加准确，本本申请端淬试样的正火温度920±10℃，淬火温度860℃±5℃，；表1以下对本申请的齿轮用钢的元素设计原理作说明：本专利技术电动汽车减速器齿轮用钢化学成分各元素对应的主要作用和设计依据是：C：是确保钢材强度所必须的元素，提高钢中的碳含量将会增加钢的马氏体转变能力，从而提高钢的强度。但过高的C含量对钢的韧性不利。本专利技术控制碳含量为0.20～0.35％。Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.05％时，脱氧效果较差，Si含量较高时会造成韧性及焊接性能下降。本专利技术Si含量控制为0.05～0.35％。Mn：锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的，并且Mn可以提高钢的淬透性与强度。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。因此，本专利技术Mn含量控制为1.20～1.60％。Cr：是提高钢的淬透性并且有助于强度提高的元素。在C含量较低的情况下，添加适量的Cr，可以保证钢材达到所需的淬透性与强度。因此，本专利技术将其含量控制在1.10～1.50％。Ni：是贵重金属，在钢中加入会增加成本。在本专利技术钢种中Ni是以残余元素的形式存在。本专利技术Ni含量控制为≤0.20％。Mo：可以显著提高钢的淬透性和强度。在合金钢中添加适量的Mo还能起到克服热处理过程中的回火脆性以改善热处理性能。因此，本专利技术将其含量控制在0.20～0.50％。Cu：可提高钢材的淬透性、耐大气腐蚀和抗海水腐蚀性能，降低钢的氢致裂纹敏感性。但过高的Cu含量容易使钢材表面产生裂纹。在本专利技术钢种中Cu是以残余元素的形式存在。因此本专利技术控制Cu含量为≤0.20％。Al：铝在该钢种中起到脱氧与细化晶粒的作用。Al元素对氧的亲和力很强，研究证明：脱氧元素对氧的亲和力越大，其脱氧能力越强，钢中的溶解氧就越低。Al的另一个核心作用是通过细化钢材奥氏体晶粒来提高钢材的强度和韧性。Al可与钢中的N元素在相结合形成AlN质点。这些质点对位错的钉扎及对亚晶界的迁移起到阻止的作用，从而提高了奥氏体的再结晶温度，有效地阻止了奥氏体晶粒的长大。AlN质点在较高温度下才会开始慢慢溶解，因此，可以提高该钢种的渗碳温度，从而大幅度降低用户的渗碳时间。本专利技术专利的Al含量范围为Al：0.010～0.080％。N作为细化钢材奥氏体晶粒的元素加入到钢中。N在该钢种中的核心作用是细化晶粒来提高钢材的强度和韧性。在钢中Al元素与N元素相结合形成AlN质点,可以起到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法，其特征在于：包括/n(1)元素成分设计：按质量百分比为C：0.20～0.35％，Si：0.05～0.35％，Mn：1.20～1.60％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.20～0.50％，S：≤0.035％，P：≤0.015％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.010～0.080％,N：0.0060～0.0260％，Al/N:1.5～3.9,余量为Fe及不可避免的杂质；/n(2)冶炼过程：/n(2.1)初炼：选用铁水、废钢作为原料，在初炼过程中通过控制往钢水中吹氧量以及热量供应的关系：吨钢吹氧量为50立方米-85立方米，吨钢供电量为150-400度，降低钢水中P及残余元素，并控制初炼炉出钢时的终点碳不小于0.05％；/n(2.2)精炼：过程中对钢水脱氧，分多次往钢液中同时添加Al元素与N元素，每次添加Al元素与N元素后取钢液样品分析钢液的化学成分，直至钢液中的Al含量与N含量达到设计范围和比例，脱氧过程中钢包采用底吹氩气的方式搅拌钢水，营造钢水动力学条件，使钢液中的非金属夹杂物充分上浮；/n(2.3)真空脱气；/n(2.4)铸造钢坯：采用连铸工艺或浇注工艺铸造钢坯，在连铸过程中，浇注过热度控制在20-40℃，连铸拉速控制在0.80-0.90m/min，对钢流的比水量控制在0.75-1.0L/kg，以控制铸坯表面与内部质量；/n(2.5)轧制：将铸坯入炉加热至完全奥氏体化，并充分保温让内外均质，出炉后开始轧制，坯料出加热炉后的开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为800-900℃，轧制过程中每道次压下量控制在10-20mm，轧制成圆钢；/n(2.6)控冷：产品从轧制生产线上高温下线入缓冷坑缓冷，入缓冷坑的温度控制在680-780℃，入坑后立即使用保温罩覆盖整个缓冷坑，降低冷却速度，缓冷48小时以上，缓冷后获得铁素体+珠光体组织，珠光体占比40-60％。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法，其特征在于：包括
(1)元素成分设计：按质量百分比为C：0.20～0.35％，Si：0.05～0.35％，Mn：1.20～1.60％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.20～0.50％，S：≤0.035％，P：≤0.015％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Al：0.010～0.080％,N：0.0060～0.0260％，Al/N:1.5～3.9,余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)冶炼过程：
(2.1)初炼：选用铁水、废钢作为原料，在初炼过程中通过控制往钢水中吹氧量以及热量供应的关系：吨钢吹氧量为50立方米-85立方米，吨钢供电量为150-400度，降低钢水中P及残余元素，并控制初炼炉出钢时的终点碳不小于0.05％；
(2.2)精炼：过程中对钢水脱氧，分多次往钢液中同时添加Al元素与N元素，每次添加Al元素与N元素后取钢液样品分析钢液的化学成分，直至钢液中的Al含量与N含量达到设计范围和比例，脱氧过程中钢包采用底吹氩气的方式搅拌钢水，营造钢水动力学条件，使钢液中的非金属夹杂物充分上浮；
(2.3)真空脱气；
(2.4)铸造钢坯：采用连铸工艺或浇注工艺铸造钢坯，在连铸过程中，浇注过热度控制在20-40℃，连铸拉速控制在0.80-0.90m/min，对钢流的比水量控制在0.75-1.0L/kg，以控制铸坯表面与内部质量；
(2.5)轧制：将铸坯入炉加热至完全奥氏体化，并充分保温让内外均质，出炉后开始轧制，坯料出加热炉后的开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为800-900℃，轧制过程中每道次压下量控制在10-20mm，轧制成圆钢；
(2.6)控冷：产品从轧制生产线上高温下线入缓冷坑缓冷，入缓冷坑的温度控制在680-780℃，入坑后立即使用保温罩覆盖整个缓冷坑，降低冷却速度，缓冷48小时以上，缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学诚，曹红福，卢明霞，孙鸿平，顾铁，鲍俭，张永启，
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：江苏;32