本发明专利技术公开了一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.15～0.21％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.40～0.90％，S：0.010～0.035％，Cr：1.00～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.020～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.030％，0＜Cu≤0.25％。此外，本发明专利技术还公开了上述高温渗碳高淬透性齿轮用钢的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和浇铸；(2)加热；(3)锻造或轧制；(4)精整，所述精整包括剥皮或退火或正火。本发明专利技术所述的高温渗碳高淬透性齿轮用钢在具有良好的高温晶粒稳定性的同时，还具有较高的淬透性及较窄的淬透性带宽，其易于切削且适用于高温渗碳，可以有效应用于汽车用变速箱或新能源车用减速器及差速器等高端零部件中，具有良好的使用前景和应用价值。前景和应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢及其制造方法
[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种齿轮用钢及其制造方法。
技术介绍
[0002]近年来，随着汽车工业全球化深入发展，市场和用户对汽车安全、环保和舒适的要求也越来越高。为了满足用户和市场的需求，众多汽车厂商针对汽车零部件技术也提出了更高的要求。其中，研发高温稳定和高疲劳寿命及高可靠性的汽车零部件是重要的发展方向之一。
[0003]新能源车传动和变速系统对齿轮的要求更高，其需要齿轮具有超大扭矩、抗冲击、低噪音、耐疲劳等性能，这需要更多的采用高温真空渗碳，相应的要求渗碳齿轮钢具备高温奥氏体稳定、淬透性较高且带宽较窄、抗冲击、组织均匀并且易于加工等特性。
[0004]高温渗碳齿轮表面一般要经过渗碳和淬火+回火等处理，以得到硬度较高的表面和韧性较好的心部，最终获得优异的抗疲劳寿命及耐磨性能。近年来，面对新能源车减速器及差速器对齿轮的高技术要求，越来越多的新能源汽车在生产过程中采用了高温渗碳技术，利用高温渗碳技术不仅可以获得性能优异的渗碳齿轮，还可以大幅提升生产效率，并减少气体排放而保护环境。
[0005]目前，国内外常用的气体渗碳温度一般不高于930℃，而高温真空渗碳由于其处理环境无氧，因此其渗碳温度可高达960℃甚至更高。根据渗碳原理计算，渗碳温度提高50℃左右，获得同样厚度硬化层的渗碳时间可以缩短50％左右；因此如果把渗碳温度从930℃提高到980℃，可以使渗碳时间缩短为原来的50％，生产效率明显提升。此外，采用高温真空渗碳制得的齿轮的表面少沿晶氧化甚至无沿晶氧化，可以明显提高抗冲击断裂性能。由此，高温真空渗碳技术以其自身的优势逐渐成为替代气体渗碳技术的必然选择。
[0006]目前，CrNiMo系渗碳齿轮钢在市场上使用的十分广泛，CrNiMo系渗碳齿轮钢以其优异的综合性能，在新能源车减速器及差速器上有广阔的应用前景。CrNiMo系高温渗碳齿轮钢的主要技术难题是：如何在提高渗碳温度的同时，齿轮不出现混晶和晶粒粗大现象。一旦发生晶粒异常长大，则容易导致热处理变形和早期疲劳断裂等，有影响传动效率和造成交通事故的风险；不仅如此，为了应对复杂形状齿轮的淬火及回火，伴随高温真空渗碳后的气体淬火应用日趋广泛，对齿轮钢的淬透性也提出了更高要求。
[0007]试验研究表明，在CrNiMo系渗碳齿轮钢中添加Al、Nb、V、Ti及N等元素，利用碳氮化物可抑制高温渗碳时的晶粒粗化。但仍存在着齿轮高温晶粒异常长大及奥氏体晶粒不稳定等问题。
[0008]例如：公告号为CN110616381A，名称为“一种高温渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒度细化控制方法”的中国专利，公开了一种CrNiMo系渗碳齿轮钢奥氏体晶粒度细化控制方法，该钢种的化学成分为：C：0.18～0.23％，Si：0.15～0.35％， Mn：0.70～0.90％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr：0.40～0.60％，Ni：0.40～0.70％， Mo：0.15～0.25％，Al：0.010～0.045％，N：0.010～0.0180％，其余为Fe和杂质，在模拟渗碳温度930℃保温后的奥氏体晶粒度细于8.0
级。
[0009]又例如：公布号CN 106967925B，名称为“一种具有细晶粒窄淬透性带宽的高温渗碳齿轮钢”的中国专利，公开了一种高温渗碳齿轮钢，化学成分包括 C：0.19～0.21％，Si：0.20～0.30％，Mn：0.70～0.80％，P≤0.010％，S≤0.005％， Cr：1.10～1.20％，Mo：0.35～0.38％，Al：0.025～0.055％，Ca：0.015～0.0025％， N：0.0080～0.020％，[O]≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质。所述钢在980
‑
1000℃高温渗碳处理后基体晶粒尺寸仍然保持在15～20μm范围内，晶粒度控制在7
‑
8级。该专利成分范围较窄，添加了较高含量的Mo元素。
[0010]再例如：公告号CN108866439B，名称为“一种Nb、Ti复合微合金化高温真空渗碳重载齿轮用钢”的中国专利，公开了一种CrNiMo系高温渗碳齿轮钢及生产方法，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.23％，Si：0.10～0.40％， Mn：0.45～0.90％，Cr：1.50～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.55％，Nb： 0.02～0.08％，Ti：0.015～0.08％，P:≤0.020％，S：≤0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。该专利技术采用复合微合金化方式，利用析出相钉扎晶界抑制高温真空渗碳过程中的奥氏体晶粒的粗化长大，实现重载齿轮钢渗碳温度的提高。
[0011]由此，考虑到V元素控制高温奥氏体晶粒度效果并不明显，Ti元素添加后易于形成块状夹杂物而影响疲劳寿命，为应对越来越高的渗碳齿轮钢技术要求，适用于高温渗碳、高淬透性要求且易于生产和加工的CrNiMo系渗碳齿轮用钢的研发制造迫在眉睫。
[0012]基于此，为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术期望较为经济地获得一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢，该高温渗碳高淬透性齿轮用钢不仅具有良好高温晶粒稳定性，还具有较高且较窄的淬透性，且易于加工，可以有效应用于汽车用变速箱或新能源车用减速器及差速器等高端零部件中，具有十分良好的使用前景和应用价值。
技术实现思路
[0013]本专利技术的目的之一在于提供一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢，本专利技术通过优化齿轮用钢成分体系成分设计，合理控制齿轮钢中微合金元素与氮元素的含量，以获得高温渗碳高淬透性齿轮用钢。
[0014]该高温渗碳高淬透性齿轮用钢不仅具有良好高温晶粒稳定性，还具有较高且较窄的淬透性，其在950～1050℃的高温渗碳前后的奥氏体晶粒度温度保持 5～8级，可以有效应用于汽车用变速箱或新能源车用减速器及差速器等高端零部件中，具有十分良好的使用前景和应用价值。
[0015]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其除了Fe和不可避免的杂质以外，还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0016]C：0.15～0.21％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.40～0.90％，S：0.010～0.035％， Cr：1.00～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.020～0.045％，N： 0.008～0.020％，Nb：0.002～0.030％，0＜Cu≤0.25％。
[0017]进一步地，在本专利技术所述的高温渗碳高淬透性齿轮用钢中，其各化学元素质量百分含量为：
[0018]C：0.15～0.21％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.40～0.90％，S：0.010～0.035％， Cr：1.00～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.020～0.045％，N： 0.008～
0.020％，Nb：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.15～0.21％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.40～0.90％，S：0.010～0.035％，Cr：1.00～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.020～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.030％，0＜Cu≤0.25％。2.如权利要求1所述的高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.15～0.21％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.40～0.90％，S：0.010～0.035％，Cr：1.00～1.80％，Ni：1.40～1.70％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.020～0.045％，N：0.008～0.020％，Nb：0.002～0.030％，0＜Cu≤0.25％；余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，各杂质元素含量满足下述各项的至少其中之一：P≤0.02％、O≤0.0020％，H≤0.0002％，B≤0.0010％，V≤0.02％，Ti≤0.01％，Ca≤0.003％。4.如权利要求1或2所述的高温渗碳高淬透性齿轮用钢，其特征在于：DI的值为3.5～5.5inches；其中DI＝0.54[C]
×
(3.3333[Mn]+1)
×
(0.70[Si]+1)
×
(0.363[Ni]+1)
×
(2.16[Cr]+1)
×
(3.00[Mo]+1)
×
【专利技术属性】
技术研发人员：高加强，赵四新，张成名，蒋锡军，陈林，
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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