[发明专利]一种含硼齿轮钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，属于合金钢类，涉及一种含硼齿轮钢及其制备方法。 

背景技术

齿轮钢是汽车材料中用量较大，要求较高的关键材料之一，它不仅影响车辆寿命，能耗等技术经济指标，而且对于满足安全、环保及舒适要求也至关重要。我国汽车工业的蓬勃发展，不仅使齿轮钢产量有大幅度提高，而且对其质量的要求也越来越高，促进了汽车材料的升级换代。节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车工业技术发展的总趋势，汽车工业发展对零件发展的要求是节约合金(Cr、Ni、Mo等元素)资源，这就需要从设计上开发最经济的齿轮钢，能够满足轻、中、重型汽车齿轮的性能要求。为了提高汽车的安全性和可靠性，对齿轮钢的淬透性、非金属夹杂物、氧含量、显微组织等都提出了越来越高的要求。目前，评价高质量水平的齿轮钢主要表现在四个方面：末端淬透性带窄，离散度小(一般水平6～8HRC，先进水平4～6HRC)；纯洁度高(一般水平全氧≤20ppm，先进水平全氧≤15ppm)；晶粒度细小均匀(一般水平≥5级，先进水平≥6级)；加工性能好。 

国外齿轮钢是在通用的渗碳结构钢基础上开发的，鉴于各国的资源和生产情况的差异，其合金系不相同，如德国Mn-Cr系(部分添加微量B)，日本Cr系和Cr-Mo系，美国Cr-Ni-Mo系，法国Cr-Ni系和Cr-Mo系。近年来，随着我国机械制造工业的发展，尤其是汽车行业的发展，齿轮钢的用量也日益增长，对齿轮钢的要求也越来越高。高性能、长寿命、经济性和易加工已成为当今研究和开发新型齿轮钢的主要发展方向。目前，中国大量使用的是Cr-Mn-Ti系齿轮钢，Cr-Mn-Ti系齿轮钢与其它系列齿轮钢相比，具有成本低、晶粒长大倾向小、易加工处理等方面的优势，20CrMnTiH及其子钢号是其代表钢种，在我国齿轮行业中占据主导地位，占我国齿轮钢总量的60％左右。但在生产及使用过程中也暴露出了一些问题，在生产中对其淬透性的控制仍不够理想，末端淬透性波动较大，淬透性偏低，不能满足重载汽车及大型轴齿类零件的性能要求。另外，20CrMnTiH及其子钢号主要通过调整C、Mn、Cr含量来控制其透性值，在生产过程中C、Mn、Cr基本为中上限控制，合金消耗高，生产成本增加。 

在国外齿轮钢中，主要是用铝的氮化物AlN阻止晶粒长大，在Cr-Mn-Ti系齿轮钢中，是用钛的碳氮化物Ti(NC)阻止晶粒长大。两种难熔化合物质点都是方块形，还没有可靠的实验数据可以定量的说明Ti(NC)质点对齿轮的抗弯疲劳性能影响更大。 

当前，开发高性能、经济型齿轮钢已成为齿轮钢技术发展的一个主要方向。Cr-Ni-Mo、Cr-Mo系汽车渗碳齿轮钢中所含的Cr、Ni、Mo等合金元素资源短缺、价格高，生产成本高。Mn和Cr是提高淬透性有效且经济的合金元素，B不仅提高材料的淬透性，而且强化晶界，所以Mn-Cr系和Mn-Cr-B系汽车渗碳齿轮钢能满足轻、中、重型汽车渗碳齿轮的性能需要，公认的经济型齿轮钢，这也符合汽车齿轮钢的发展趋势，即Cr-Ni-Mo→Cr-Mo→Mn-Cr→Mn-B。因此，Mn-Cr系和Mn-Cr-B系汽车渗碳齿轮钢应成为低、中载汽车齿轮用材的主要钢种。目前Mn-Cr系齿轮钢主要用在桑塔纳、奥迪和捷达轿车的齿轮上，其中部分牌号还可用于富康轿车、IVECO轻型车及大马力船用齿轮箱等。主要牌 号有按德国大众企业标准生产的16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5和28MnCr5等。Mn-Cr-B系齿轮钢主要牌号有按德国大众企业标准生产ZF6(16CrMnBH)和ZF7(20CrMnBH)。主要用在斯太尔汽车的齿轮上，B在这类钢中的作用主要是形成球状BN，降低钢中固溶N量，提高钢的韧性。 

专利CN101096742开发了一种汽车用高强度齿轮钢，其成分质量百分比为：C：0.20-0.40，Si：0.20-0.50，Mn：0.50-1.00，Cr：0.80-1.30，Nb：0.015-0.080，V：0.030-0.090，Mo：0.15-0.55，Al：0.015-0.050，余为Fe及不可避免杂质。本发明主要通过加入微量的Nb、V元素，改善齿轮钢的晶粒度、淬透性及带宽、增加齿轮钢的综合力学性能，提高使用寿命，降低生产成本。