研究背景与问题
新能源汽车核心零部件的国产化及质量稳定性对中国新能源汽车行业的快速、稳定发展至关重要。齿轮是新能源汽车传动系统的关键基础零部件，对保障齿轮箱高精度减速、增速、变向等功能至关重要，基础钢材应具有较高的强韧性、疲劳强度和耐磨性。与传统燃油车相比，新能源汽车转速高、速比大和挡位少，其所用齿轮需承受大扭矩、适应高转速、低噪音及高的接触旋转疲劳等，从而对齿轮钢淬透性稳定性、成分均匀性及晶粒度控制等提出更高的要求。齿轮制备过程高温渗碳保晶粒度是当前高品质齿轮钢发展趋势之一，用户通过提高真空渗碳温度，可以大幅缩短渗碳时间，显著节约能耗并减少排放，同时可提高齿轮钢的接触疲劳强度。
解决思路与技术方案
新能源汽车用齿轮钢在高纯净度、高温渗碳、高精度稳定控制方面仍存在技术难度，高端产品仍依赖进口，为助力国产新能源汽车快速发展，南钢联合高校及下游企业建立联合研发团队，以客户需求为导向，充分调研市场需求，确立了以新能源汽车用超纯净高精度齿轮钢开发及关键技术研究为主攻方向，结合数值模拟研究，形成一套系统的研发及生产体系；开展了含硫、含铝、含氮非钙处理钢、高纯净化冶炼技术，高温奥氏体晶粒度控制技术以及窄淬透性齿轮钢控制技术等研究，攻克了含S钢+非钙处理多炉连浇与洁净度控制的技术难题，实现了高纯净齿轮钢的开发，同时实现了齿轮钢高成分均匀性稳定控制，显著改善了齿轮钢热处理变形问题；能够稳定控制高温渗碳奥氏体晶粒度，有效提高了渗碳效率。新开发产品通过了江苏省新产品鉴定，并获得“金杯优质产品”称号。
主要创新性成果
1）开发出含硫、含铝、含氮非钙处理、高纯净、高温渗碳齿轮钢批量连铸制备工艺，突破了含S、含Al钢+非钙处理多炉连浇与洁净度控制的技术难题，达到国际先进水平；2）通过对微合金元素的精准控制，结合第二相粒子固溶、细小弥散析出技术，开发出基于氮化铝第二相粒子充分钉扎的高温渗碳奥氏体晶粒控制新技术，应用于新能源汽车齿轮钢可实现在1000℃渗碳条件下不出现混晶，达到国际先进水平；3）基于淬透性理论模型动态对成分目标值进行微调，结合超窄成分控制技术及奥氏体晶粒度控制技术，开发出窄淬透性齿轮钢成分设计与生产控制技术。
应用情况与效果
本项目产品的成功开发提升了高端制造业竞争力，实现对日本等进口钢材的替代，加快了新能源汽车核心零部件的国产化进程，对中国新能源汽车行业的快速、稳定发展有重要意义。同时新能源汽车用高温渗碳齿轮钢控制技术的开发，加快了绿色低碳技术的创新与推广应用，推动了相关行业的协同降碳，对环保与可持续发展有重要作用。
（中国金属学会供稿）
《世界金属导报》
2024年第43期 B05
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