[发明专利]大规格高静扭强度输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳方法

说明书

本发明提供了大规格高静扭强度输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳方法，成分：C：0.20‑0.25％，Si：0.15‑0.30％，Mn：1.00‑1.10％，Cr：1.08‑1.18％，Ni：1.00‑1.10％，Al：0.030‑0.050％，P：≤0.015％，B：0.0007％‑0.0030％，S：0.020‑0.035％，T.O：≤15ppm，[N]：80‑120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其端淬透性为42～47HRC，J15：41～45HRC，J25：38～43HRC，渗碳处理后旋转弯曲疲劳强度≥920MPa，扭转疲劳强度≥620MPa，扭矩≥309N·m。

技术领域

本发明属于齿轮钢领域，涉及一种直径在90mm以上的大规格高静扭强度输出齿轮用钢及其制造方法、渗碳方法，适用于制造高静扭强度汽车变速输出齿轮。

背景技术

随着双碳目标的提出与落地，汽车轻量化和高效化成为汽车工业的重要发展方向，差速器作为汽车的动力传输装置，对其扭矩提出了更高的要求。传统的齿轮钢材料通过在钢中添加微合金元素Nb、V等或者合金元素，比如Ni等，这大大提高了材料成本，严重制约着高扭矩汽车齿轮钢的应用于推广。

淬透性是改善材料抗扭强度的关键指标。目前市场常用的新能源齿轮钢材料为17CrNiMo6齿轮钢，其淬透性控制范围J9：37～47HRC，J15：34～46HRC，J25：31～43HRC。但是材料中含有约1.0wt％的Ni，成本占总合金成本的40％以上，因此，有必要开发一种具有低成本、大规格高淬透性齿轮材料，以达到汽车行业对低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求目标。

中国专利，公开号为CN 111286671 A，公开日为2020年6月16日的发明专利公开了一种超纯净高温细晶粒齿轮钢、制造方法及其应用，该发明通过控制Al、B、N元素合理配比，可以保证经过960℃以上高温处理后晶粒度始终在6级以上，但对淬透性未做严格要求，因此无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。

中国专利，公布号为CN 112981271 A，公布日为2021年6月18日的发明专利公布了一种电动汽车减速器齿轮用钢的制造方法，该发明通过提高C、Mn、Cr等元素在较高范围，有效的提高的材料的淬透性，淬透性可达到J9：37-49HRC，J15：31-43HRC，J25：26-38HRC。虽然淬透性得到了进一步提高，依旧无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。

中国专利，公布号为CN107604253A，公布日为2018年1月19日的发明专利公布了一种高淬透性Mn-Cr系列渗碳钢，该发明通过提高C、Mn、Cr等元素在较高范围，有效的提高的材料的淬透性，淬透性可达到J9：40-46HRC，J15：34-40HRC，J25：30.5-33.5HRC；并通过Al和N的含量控制保证了渗碳过程中奥氏体晶粒不发生明显长大。虽然淬透性得到了进一步提升，依旧无法满足低成本高输出扭矩高性能齿轮钢的需求。

目前CrNiMo系齿轮钢拥有良好的强韧性，同时对CrNiMo系齿轮钢的开发有了一定的技术积累，但依旧达不到既能提高淬透性、又具有高输出扭矩，且性能与20Cr2Ni4相当另外再满足成本大幅度降低的需求。此外，乘用车及商用车朝着轻量化和瞬时加速度大方向发展，因此，对齿轮用钢的静扭强度提出更高的需求，目前对静扭强度的影响研究较少，因此迫切需要开发新的技术手段，提高淬透性、强韧性、高输出扭矩并且低成本的高性能齿轮钢，与汽车行业共同不断发展。此外，对于直径90mm以上大规格齿轮钢棒材，普遍存在带状组织问题，且一旦形成不易消除，为保证齿轮钢的加工和使用性能，齿轮钢带状组织级别一般要求不高于3.0级，较高时要求不高于2.0级。

发明内容

本发明的目的在于提供大规格高静扭强度输出齿轮用钢及其制造方法，通过成分设计和匹配的制造方法，使获得的齿轮用钢的末端淬透性为J9：42～47HRC，J15：41～45HRC，J25：38～43HRC，且将齿轮钢的带状组织级别控制在2.0级以下，不添加贵合金低成本。