[发明专利]无碳化物贝氏体的自强化齿轮用钢及制备方法

说明书

本发明公开了一种无碳化物贝氏体的自强化齿轮用钢及制备方法，它的化学成分按重量百分比计为：C：0.10～0.15wt％、Si：0.85～0.95wt％、Mn：1.35～1.55wt％、Al：3.1～3.9wt％、P≤0.01wt％、S≤0.01wt％、W：0.1～0.3wt％、V：0.05～0.07wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明引入无碳化物贝氏体钢，采用一种高硅、含铝的全新成分体系和生产工艺，全面革新了齿轮钢成分体系、金相组织，为新一代齿轮钢发展提供了一种全新的解决方案，实现了齿轮钢自强化、免调质处理和近乎无变形的开创性结果。

技术领域

本发明涉及齿轮钢及其生产方法，属于汽车零部件用钢(长材)及其生产方法，具体涉及一种无碳化物贝氏体的自强化齿轮用钢及制备方法。

背景技术

中国已连续5年新能源汽车产、销量世界第一，2018年、2019 年销量分别达到125.6万辆、120.6万辆，占全球新能源车销量50％以上。基于我国产业政策，中国以纯电动车(BEV)为主，与传统汽车相比，电动车取消发动机、离合器、变速器、排气等系统，采用全新的电动化驱动模式，零部件服役新环境：高速、大扭矩，数据显示电动机转速、扭矩超过传统汽车发动机3倍，零部件服役环境更严苛。

齿轮是精密的机械部件，通常需经锻造、切削加工成齿后再进行渗碳淬火，其制造、装配精度对振动、噪音以及轮齿使用寿命有很大影响。齿轮在工作时，长期受到变载荷的冲击力、接触应力、脉动弯曲应力及摩擦力等多种应力的作用，还受到加工精度、装配精度、外来硬质点的研磨等多种因素的影响，是极易损坏的零件，因此要求制造齿轮的齿轮钢有较高的强韧性、疲劳强度和耐磨性。

当前，齿轮钢以中低碳合金钢为主，为提高齿的强度、硬度和耐磨性，成形后的齿轮部件需经过调质处理(高温渗碳+淬火)，不仅工艺流程长、能耗高(数据显示，齿轮调质工序费用占零部件加工费用的30％以上)，并且热处理工艺参数(加热温度、时间，渗碳工艺等诸多因素)直接影响齿轮的性能，而热处理中难以把控的变形(淬火形成马氏体，导致体积膨胀引起宏观变形)更是制约了齿轮质量进一步提升。因此，性能更优异、成本更低廉且环境友好型的齿轮钢需求日益迫切。

近年，高性能新型钢种研发出现了新的亮点，2004年Bhadeshia等人发现的无碳化物贝氏体钢(又称：超级贝氏体钢、纳米贝氏体钢等)，其组织由细长的贝氏体铁素体和富碳薄膜状的残余奥氏体交替组成，贝氏体组织中的铁素体与母相呈半共格关系，低温转变带来的细晶组织以及铁素体内部的微细结构和高密度位错共同决定了钢的高强度；而残奥属于面心立方结构，其滑移系多，能缓解应力集中，属于软相，显著提高了无碳化物贝氏体钢的韧性。