齿轮钢综述

齿轮钢综述

齿轮产品是机械工业的关键基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。近年来，我国齿轮产业快速发展，齿轮产业已成为中国机械通用零部件基础件领域的领军级行业，中国已经成为名副其实的世界齿轮制造大国。而齿轮行业的主要上游产业为钢铁产业，钢铁是齿轮产品的主要原材料来源，因此齿轮钢的变动对齿轮行业有着直接的影响。

一、齿轮钢的应用及市场

1、齿轮钢的应用

齿轮钢使用覆盖面较广，我国齿轮产业由三部分合成：车列齿轮、工业齿轮和齿轮装备。其中，车列齿轮其市场份额达到60；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为18、12、8；齿轮装备占市场份额的2。

车辆齿轮主要是为汽车、摩托车、农用运输车、农机、工程机械配套的齿轮，以汽车齿轮为主。车辆齿轮中汽车齿轮占60%、摩托车3.5 %、农用运输车15 %、农机12 %、工程机械9.5%。

工业齿轮是为工业企业用各种成套机械装备配套的齿轮装置（如减速机），约占齿轮总量的40%。

2、齿轮钢的市场需求

2013年我国齿轮钢的消费量接近280万t，从国内市场供需情况看，国产齿轮钢在数量上基本能满足国内汽车及工程机械齿轮的需求。随着我国经济的稳步增长，机械制造业持续发展，汽车等制造业用高档齿轮钢，作为重点发展的关键特钢品种；高强高韧汽车用钢、高品质轴承钢、齿轮钢等生产技术列入钢铁行业十二五期间的技术创新重点。齿轮需求量日趋增长，无疑将对齿轮钢市场注入强大的动力和活力，未来市场巨大，前景广阔。

二、我国齿轮钢的生产概况

我国齿轮钢的生产主要集中在特钢企业，大约占总量的35%。

1、生产工艺路线

我国齿轮钢的生产工艺路线基本上有两种类型：

1) EF（或BOF）＋LF（或V AD或RH）精炼→模注成锭→初轧开坯（或

锻材）→横列式轧机或半连轧轧机成材→精整→检验入库

2) UHP(或EBT) ＋LF/VD精炼→合金钢方坯连铸→（半）连轧轧机成材→精整→检验入库

2、主要钢种

按照合金系列分类，齿轮钢可分为Cr—Mn—Ti系、Cr系、Mn—Cr系、Cr—Mo系、Cr—Mn—B系以及Cr—Ni—Mo系。

Cr—Mn—Ti系：主要以20CrMnTiH为主，同时根据不同车型、不同齿轮厂的加工工艺，20CrMnTm又可以分为H1，H2、H3等不同淬透性带宽的子钢号系列。并且在原有的20CrMnTi的基础上，一汽与有关冶金厂开发了16CrMnTiH、18CrMnTiH钢，用于小红旗轿车齿轮生产。

Cr系齿轮钢：钢种为SCr420H，与中国GB/T5216—85标准中20CrH相比较，Mn、Cr含量均有提高，淬透性略高，用于夏利轿车、。EQ153 8t载重卡车变速箱齿轮。

Cr—Mn系齿轮钢：钢种为16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5、27MnCr5，主要用于奥迪、捷达、桑塔那及富康轿车齿轮，依维柯中巴车及部分引进的重型卡车齿轮。

Cr—Mo系齿轮钢：钢种为SCM415H、SCM420H、SCM822H1(H2)、

16CD4，20CD4，27CD4，30CD4等牌号，主要用于标致轿车、五十铃中巴、153中型卡车齿轮生产。

Cr—Mn—B系齿轮钢：品种主要是德国的ZF6(16CI—16CrMnBH)，ZF7(B)(18CrMnBH、20CrMnBH)。ZF钢是经过B处理的Cr—Mn系齿轮钢。主要用于斯太尔重型卡车齿轮。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，而传统的渗碳硼钢中B主要起提高淬透性的作用。

Cr—Ni—Mo系齿轮钢：钢种主要为SAE8620H、SAE8627H、SAE4320H 美国钢号及ZFlA(或17CrNiMo6)德国钢号，用于切诺基轿车、斯太尔卡车齿轮。

鉴于各国资源和生产工艺条件的差异，每个国家和地区应用的齿轮钢合金系列不尽相同，例如：德国采用Mn—cr系列和Cr—Mn—B系列l(16MnCr5，20MnCr5，25MnCr5，28MnCr5，ZF6，ZF7，ZF7 B)：日本应用Cr系和Cr—Mo

系（SCr420H，SCM415H，SCM420H，SCM822H)：美国采用Cr—Ni—Mo 系（SAE8617H，SAE8620H)：法国采用Cr—Ni系(19CN5)和Cr—Mo系(20CD4，27CD4，30CD4)钢：中国大量使用的是20CrMnTi齿轮钢。

三、齿轮用钢的冶金质量要求

齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，承受冲击，弯曲和接触应力，且还要变形小、精度高、噪音低。齿轮的生产和加工工艺，除了一般的淬火、回火热处理外，还采用渗碳淬火、氮化处理、高频淬火等多种表面硬化处理。通常，齿轮制造对齿轮钢的技术要求主要有：(1)足够的心部淬透性和良好的深层淬透性，确保齿轮渗碳淬火时渗层和心部不出现过冷奥氏体分解产物；(2)齿轮渗碳淬火后变形小，免去或减少磨削加工，降低运行噪音；(3)良好的成形性；(4)良好的可热处理性。高质量水平的齿轮钢主要表现在三个方面：即末端淬透性带窄，离散度小；纯洁度高；晶粒细小均匀。此外，良好的加工性能(包括冷、热加工性和易切削性)也是齿轮行业所关心的重要指标。

1、末端淬透性

用末端淬透性来代替以往的机械性能检验是评价齿轮钢质量的重大进步。末端淬透性的稳定与否对齿轮热处理后变形量的影响很大，淬透性带宽度愈窄，离散度愈小，愈有利于齿轮的加工及提高其啮合精度。我国现行的

GB/T5216—2004《保淬透性结构钢》标准中的淬透性带“带宽”水平与美国、德国的H钢(HH钢、HL钢)标准水平基本上是相当的。我国目前对齿轮的带宽控制情况是:骨干企业是两点控制，J9一般为6～8HRC，J15一般为6～10HRC；一般企业要求符合GB/T3077－1999或单点控制。国外对齿轮钢淬透带宽的控制一般是全带控制在4～7HRC。

2、钢中氧含量及夹杂物的要求

氧含量对齿轮疲劳寿命的影响已越来越受到人们的关注。日本对Cr、Cr—Mo、Cr—Ni—Mo渗碳合金钢的氧含量和疲劳寿命之间的关系曾做过实验，当氧含量从25×10—6降到10×10—6以下时，其疲劳寿命可以数倍的增加，中国对SCM420H、20MnCr5等引进钢种也进行过脱气和不脱气的对比实验，证实脱气50多以上。由于工业发达国家拥有先进的技术装备和工艺技术，其齿轮钢的氧含量普遍较低，1986年开始至今我国分别从日本、德国、奥地利等国进