[发明专利]窄淬透性齿轮钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别是涉及一种窄淬透性齿轮钢及其制备方法。

背景技术

齿轮钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，以使其能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损，该钢种在应用时，通常应满足加工性和使用性两个方面的基本要求。高性能齿轮钢研制和开发正日益受到重视。

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，评价高质量的齿轮钢主要表现在四个方面：一、末端淬透性带窄，离散度小（一般水平6~8HRC，先进水平4~6HRC）；二、纯洁度高（一般水平全氧≤20ppm，先进水平全氧≤15ppm)；三、晶粒度细小均匀（一般水平为5级，先进水平为6级）；四、加工性能好。

但现有技术齿轮钢的末端淬透性带宽，如：中国专利申请号为201110156328.9，申请日为2011年6月10日，发明创造名称为：一种高强高韧耐蚀高温轴承齿轮钢及制备方法的专利申请，该专利申请公开的轴承齿轮钢化学元素重量百分配比为：C：0.10%～0.22%，Mn：≤0.5%，Si：≤0.5%，Cr：12.0%～15.0%，Ni：1.50%～3.00%，Mo：4.00%～6.00%，V：0.50%～0.90%，Co：12.0%～15.0%，W：0.30%～2.00%，Nb：0.02%～0.08%，其中：V/Nb：25～35，Mo/W：6～12，Co/Mo：2～3，Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb≤52%，40C+2Mn+4Ni+30N+2Co≥42%，[O]+[N]+[H]≤0.0040%，余量为Fe及不可避免的杂质；工艺过程为：成分配比与控制→真空冶炼→钢锭热加工成材→钢材表面硬化处理→钢材热处理，虽然可以满足服役过程中承受高温及腐蚀环境作用的轴承齿轮钢的要求，但是，末端淬透性较宽，且Cr的含量较高，进而使得生产成本较高。

发明内容

本发明为解决以上技术问题是，提供一种既具备较好的耐磨性和耐高温性，又具备较高的淬透性和较窄的末端淬透性的窄淬透性齿轮钢。

为实现本发明目的，本发明所用的技术方案是：提供一种窄淬透性齿轮钢，它含有以下质量百分比的组份：

C：0.18%~0.22%，Si：0.20%~0.30%，Mn：0.90%~1.15%，P：≤0.030%，S：≤0.030%，Cr：1.00%~1.35%，Ti：0.04%~0.08%，B：0.004%~0.005%，W：0.025%~0.038%，[O]：≤11.5×10^-6，[H]：≤1.5×10^-6，[N]：35×10^-6~45×10^-6，其余为Fe和不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点或有益效果：

（1）由于在Cr-Mn-Ti系齿轮钢主体成分适当调整的前提下，利用钢中Ti元素固氮和细化晶粒的作用，以及在C、Cr、Mn等元素提高钢淬透性作用的基础上，添加了微量的B元素，B提高淬透性的作用机理为：对钢的淬透性起作用的是固溶硼，作用机理主要是硼在奥氏体晶界的偏聚；微量固溶硼即可强烈提高钢的淬透性；碳和氧、氮等元素对硼提高钢的淬透性作用有重要影响；利用多种元素的复合作用，显著提高并稳定钢的淬透性；同时还用替代部分Cr和Mn， B元素的价格要低于Cr元素和Mn元素的价格，因此使得本发明具有淬透性高和末端淬透性带窄，使用性能较高，且生产成本较低的优点。

（2）W成分中一方面起到固溶强化作用；另一方面，与Fe形成Fe₂W，对钢产生强化作用，W具有较小扩散系数，可以抑制碳化物生成与凝聚，W抑制Fe₂W粗大化，加入W可以提高钢耐磨性及高温性能，但随着加入W量的增大，生成碳化物不易扩散，这就降低了钢加工性能及钢的韧性，故本发明将W控制在0.025%~0.038%，使得本发明的齿轮钢在具有稳定的淬透性同时，还具有较高的耐磨性和高温性能。