齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称。这类钢材通常按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度、和韧性,或者是表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击。齿轮钢是汽车、铁路、船舶、工程机械中使用特殊合金钢中要求较高的关键材料之一,是保证安全的核心部件的制造材料。
据悉,我国齿轮钢主要分为含Cr、Ni、Mo的低合金钢、硼钢、碳氮共渗用钢、易切削钢这4种。由于我国缺乏Ni、Cr,常用20CrMnTi渗碳钢或含硼加稀土钢,重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢,机床行业采用40Cr、38CrMoAl等钢种,高速齿轮用25Cr2MoV钢进行氮化。
国家振兴装备制造业的政策没变,支持基础零部件的计划没变。由于技术升级,齿轮行业增加出口和替代进口的趋势明显,未来齿轮行业的发展将保持较高的增速。分析称,今后齿轮的下游需求用户主要集中在汽车、工程机械、能源等六大行业。
目前,中国汽车用齿轮钢的主体钢种仍是20CrMnTi,该钢种通常采用气体渗碳工艺,由于渗碳气氛中氧化性气体的存在,导致渗层中对氧亲和力较大的元素Si、Mn、Cr在晶界处发生氧化,形成晶界氧化层。晶界氧化层的发生会导致渗层Si、Mn、Cr等合金元素固溶量下降,降低渗层的淬透性,从而降低渗层的硬度并导致非马氏体组织的产生,进而显著降低齿轮的疲劳性能。
为满足汽车行业高性能以及轻量化的发展要求,未来应重点开发:淬透性带窄的齿轮钢、超低氧渗碳钢、低晶界氧化层渗碳钢、超细晶粒渗碳钢、提高高温硬度和高温抗软化渗碳钢、易切削齿轮钢、冷锻齿轮用钢等。
齿轮行业已成为机械基础件中规模最大的行业,也是一个充分竞争的行业。目前中国有大小齿轮企业近千家,骨干齿轮企业300多家,亿元以上的企业有近50家,市场竞争充分,市场化程度较高。
我国是齿轮产销大国,2019年1-7月中国齿轮产量为165.2万吨,同比增长16.6%。国内齿轮行业集中度较低,单个企业占整体市场份额较小。一方面,中低端产品产能过剩,存在竞争;另一方面,高端产品能力不足,汽车、工程机械、高铁、煤机和机器人减速器等高端齿轮传动装置仍需大量依赖进口。
从产品市场来看,总体主要以国内产品为主,但高端市场主要以欧美齿轮制造商或合资企业为主。外资企业利用自身技术及资金优势,不断扩张在中国的市场,国内齿轮传动企业面临严峻考验。另一方面,以杭齿集团、重庆齿轮、南高齿、法士特等为代表的内资企业,在引进欧美先进技术的同时,也在不断提高创新研发能力,由单纯的价格竞争转向技术质量竞争,积极面对严酷的竞争格局。
我国高端齿轮钢的生产能力不足,汽车、工程机械、高铁、煤机和大型农机等的高端齿轮传动装置大量依赖进口,且进出口逆差逐年加大。因此,未来我国高端齿轮钢需求量很大,诸如特种、专用齿轮传动,像非圆齿轮、齑粉冶炼齿轮、小摸数齿轮等,对齿轮钢的品质要求较高,同时需求量也不小。
通过与中国制造2025目标的结合,齿轮产业未来技术发展电动化、智能化、轻量化的脉络已经明确,以“四基”(核心基础零部件元器件、基础材料、基础工艺、基础研究)的由高疲劳耐久性引出的高可靠性是齿轮产业生存立足的基本点。未来智能制造、新能源汽车传动技术、工业机器人关节减速器、抗疲劳长寿命齿轮制造、面齿轮技术、高端齿轮传动产品先进开发软件、轻量化技术应用、国际先进技术与国际化发展服务平台等,是齿轮产业的总体发展方向。
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