齒輪在工作時(shí)，長(zhǎng)期受到變載荷的沖擊力、接觸應(yīng)力、脈動(dòng)彎曲應(yīng)力及摩擦力等多種應(yīng)力的作用，還受到加工精度、裝配精度、外來(lái)硬質(zhì)點(diǎn)的研磨等多種因素的影響，是極易損壞的零件，因此要求齒輪鋼具有較高的強(qiáng)韌性、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。為了生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)齒輪鋼，一方面要求鋼廠為用戶提供淬透性穩(wěn)定且適應(yīng)用戶工藝要求的齒輪鋼產(chǎn)品，另一方面齒輪廠也要優(yōu)化現(xiàn)有工藝，引進(jìn)新工藝來(lái)提高齒輪的質(zhì)量。

與日本、德國(guó)、美國(guó)生產(chǎn)的齒輪鋼相比，中國(guó)齒輪鋼存在的差距主要是：鋼的牌號(hào)未形成系列化，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)落后；鋼的淬透性帶較寬，國(guó)外鋼的淬透性帶已經(jīng)達(dá)到4HRC，而中國(guó)在6-8HRC左右，并且不夠穩(wěn)定；鋼的純凈度較低，從日本、德國(guó)、奧地利等國(guó)進(jìn)口的齒輪鋼，其氧含量波動(dòng)在（7-18）×10-6，中國(guó)在（15-25）×10-6左右，并且非金屬夾雜物彌散程度不夠，分布不均，大顆粒夾雜物較多；晶粒度要求不同，中國(guó)齒輪鋼晶粒度級(jí)別一般要求5-8級(jí)，而日本特別強(qiáng)調(diào)滲碳齒輪鋼的晶粒度應(yīng)不粗于6級(jí)；日本開發(fā)了低硅抗晶界氧化滲碳鋼系列，可使晶界氧化層降低到≤5μm，而SCM420H等Cr-Mo鋼為15-20μm；平均使用壽命短，單位產(chǎn)品能耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。此外，在軋制過(guò)程中如何保證疏松等低倍缺陷在很小且芯部范圍內(nèi)，也是中國(guó)未曾研究的領(lǐng)域，因?yàn)榈捅督M織缺陷會(huì)對(duì)零件后續(xù)加工以及熱處理變形帶來(lái)很多不利影響。

目前，中國(guó)汽車用齒輪鋼的主體鋼種仍是20CrMnTi，該鋼種通常采用氣體滲碳工藝，由于滲碳?xì)夥罩醒趸詺怏w的存在，導(dǎo)致滲層中對(duì)氧親和力較大的元素Si、Mn、Cr在晶界處發(fā)生氧化，形成晶界氧化層。晶界氧化層的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致滲層Si、Mn、Cr等合金元素固溶量下降，降低滲層的淬透性，從而降低滲層的硬度并導(dǎo)致非馬氏體組織的產(chǎn)生，進(jìn)而顯著降低齒輪的疲勞性能。為解決這一問(wèn)題可以采用兩種手段：

1）采用特殊的熱處理工藝。真空滲碳可降低滲碳?xì)夥罩械难鮿?shì)，從而可以較為有效地減小滲碳層晶界氧化的發(fā)生程度；稀土滲碳工藝也可以降低晶界氧化程度，由于稀土優(yōu)先在工件表面富集并擇優(yōu)沿鋼的晶界擴(kuò)散，而且與氧的親合力遠(yuǎn)比Si、Mn、Cr高得多，它將優(yōu)先與氧結(jié)合,阻礙氧原子繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，從而有助于減輕非馬氏體組織的產(chǎn)生。

2）通過(guò)合金設(shè)計(jì)，開發(fā)抗晶界氧化的齒輪鋼。Ni、Mo具有很強(qiáng)的抗氧化能，Cr元素次之，Mn抗氧化能力弱，而Si的抗氧化能力最弱（Si氧化傾向是Cr、Mn的10倍）。因此為減小晶界氧化并保證淬透性，在齒輪鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低易氧化元素的含量，特別是Si的含量，相應(yīng)地提高難氧化元素Ni、Mo的含量。據(jù)報(bào)道，將Si、Mn、Cr分別控制在0.05%、0.35%、0.01%可以完全抑制表面組織異常，而且即使在1000℃也很少有晶界氧化的發(fā)生。

為滿足汽車行業(yè)高性能以及輕量化的發(fā)展要求，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)：淬透性帶窄的齒輪鋼、超低氧滲碳鋼、低晶界氧化層滲碳鋼、超細(xì)晶粒滲碳鋼、提高高溫硬度和高溫抗軟化滲碳鋼、易切削齒輪鋼、冷鍛齒輪用鋼等。