CN103952623B - 一种含硼活塞杆用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种含硼活塞杆用钢，其组分及wt%为：C：0.35~0.42%，Si：0.15~0.35%，Mn：0.50~0.70%，P≤0.035%，S：0.015~0.035%，B：0.0009~0.0025%；生产步骤：冶炼并吹氩；在LF炉精炼；在RH真空炉中真空处理；连铸；对铸坯加热；粗轧；精轧；空冷；空冷至室温。本发明成分简单，生产成本低廉，钢加工性能优良、力学性能稳定、切削后钢材表面光洁度高，且钢材热轧态性能达到：抗拉强度为550~610MPa，面缩率≥30%，总脱碳层深度≤0.3mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种活塞杆用钢及其生产方法，具体地属于一种含硼活塞杆用钢及其生产方法。
背景技术
活塞杆钢主要用于制造液压气动、工程机械、汽车减震器用活塞杆，以及塑料机械的导柱，包装机械的辊轴，输送机械的轴心。一般常用材料有35、45优碳钢、40Cr铬钢等。用40Cr钢制造，其强度高耐磨性好，但由于该钢淬透性好于优碳钢，调质处理后强度、硬度明显提高而导致机械加工难度大，易磨损刀具，成型性差，且成本高，同厂家同规格的40Cr钢价格是45钢价格的1.5倍；选择35、45钢生产，其强度虽适中，但由于钢质纯净度、组织均匀性不及40Cr，而导致淬火弯曲变形大，后续校直加工难度大，易磨损辊件，且加工周期长，生产效率低，生产工艺复杂。
经检索，在所查公开发表文献中，有关于活塞杆用钢的报道中：中国专利申请号 CN201210585823公开了一种应用于推土机油缸活塞杆的非调质钢，其特征在于由如下重量百分比的组分组成，碳0.33%，硅0.36%，锰1.17%，矾0.1%，硫0.027%，磷≤0.0165%，钼≤0.011%，余量为铁和少量不可避免的杂质，其存在无法保证化学成分命中率的不足；日本专利申请号JP1991167131A公开了一种冲压用活塞杆用钢，包括如下化学成分：C 0.22-0.32%，Si≤0.15%，Mn≤0.60%，P≤0.020%，S≤0.020%，Ni 3.25-4.20%，Cr 1.25-2.00%，Mo 0.20-0.60%，V≤0.17%，其余为铁和不可避免杂质；相比传统的活塞杆材料SNCM439和SCM440具有更好的使用寿命和冲击性能。俄罗斯专利申请号RU20060133363公开了一种直径范围为40-170mm中碳钢的生产方法，适用于活塞杆类产品。包括如下化学成分：C 0.38-0.43%；Mn 0.50-0.80%；Si 0.17-0.37%；Cr 0.70-1.00%；S 0.005-0.040%；Mo 0.03-0.06%；V 0.04-0.08%；Al 0.020-0.045%；Ti 0.020-0.045%；B 0.001-0.003%；N 0.005-0.012%；As 0.0001-0.03%；Sn 0.0001-0.02%；Pb 0.0001-0.01%；Zn 0.0001-0.005%；并且满足(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0.07且Ti/48+Al/27-N/14≥0.6×10-3。日本专利文献和俄罗斯专利文献的化学成分十分复杂，而且价格昂贵的合金元素多，且控制精度要求高，生产难度很大，生产成本非常高。
现有技术中，本领域均不加硼。因为认为如果添加了硼，会增加钢的硬度不利于机械加工、磨损刀具，能提高钢的淬透性但淬透性波动比不含硼元素的钢大。还有的认为，过量的硼反而会降低淬透性， 并会导致热脆现象出现。
在此背景下，研究开发出抗拉强度550~610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0.3mm的低合金活塞杆钢。并使生产工艺简单、加工性能优良、强度高而生产成本低廉的活塞杆用钢。
本发明含硼活塞杆钢是合理控制钢中B、S、Mn等元素含量，通过控制冶炼工艺及轧制工艺，使钢中析出一定量MnS和BN夹杂物，有利于提高钢材机械加工及切削性能，生产制造时可减轻摩擦，提高刀具寿命，同时具有力学性能稳定、切削后钢材表面光洁度高等优点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种抗拉强度550~610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0.3mm，生产工艺简单，易加工，成型性好，加工后表面光洁度高的含硼活塞杆用钢及其生产方法。
本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究其结果，经大量试验表明，在此钢种中添加0.0009~0.0025%的硼，不仅不会增加钢的硬度，也不会导致钢材热脆现象出现，反而使钢中析出一定量BN夹杂物，有利于提高钢材切削性能，且淬透性有一定的提高，热处理后使之在材料表面形成一层冷作硬化层，而能提高材料强度和表面耐磨性，避免因切削加工时引起的烧伤。在工艺方面主要是采取了RH真空处理措施。
实现上述目的的措施：
一种含硼活塞杆用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.35~0.42%，Si：0.15~0.35%，Mn：0.50~0.70%，P≤0.035%，S：0.015~0.035%，B：0.0009~0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
生产一种含硼活塞杆用钢的方法，其步骤：
1）冶炼并在氩站吹氩，吹氩时间不低于2分钟；
2）在LF炉中进行精炼，并控制渣的碱度在0.7~3.0；吹氩气搅拌，时间在20~40分钟；
3）在RH真空炉中进行真空处理，控制真空度不超过100Pa，处理时间10~35分钟；
4）进行连铸，并控制拉坯速度在1.0~1.5米/分钟；
5）对铸坯加热，加热温度控制在1100~1230℃，并在此温度下保温40~100分钟，在炉时间为2~4个小时；
6）进行粗轧，控制其开轧温度在1000~1100℃；
7）进行精轧，控制其开轧温度950~1050℃，终轧温度在1000~1100℃，累计变形量在10~50%；
8）进行空冷，按照冷却速度5~20℃/秒冷却至450~700℃，并在此温度下保温50~100分钟；
9）空冷至室温。
本发明中各元素及主要工序的作用
C：C是决定钢强度的主要元素，随着C含量的增加钢的强度、硬度增加而塑性和韧性下降，所以C含量不宜太高，但作为活塞杆需要承受较高的工作强度。因此，将C含量控制在0.35~0.42%。
Si：Si在钢中主要以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，能提高钢的强度，也是炼钢的脱氧元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性。故控制在0.15~0.35%
Mn：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，主要溶于铁素体中提高钢的强度，可改善钢的加工性能。但含量不宜过高，以免使得钢的晶粒粗大。故控制在0.50~0.70%
P：P是钢中有害元素，降低钢的塑性同时增加冷脆性，因而尽可能低较好，考虑到炼钢实际控制情况，故控制在≤0.035%
S：S是强烈的裂纹敏感性元素，因而尽可能低较好，但为了改善钢的切削加工性能，在钢种形成并保持一定的MnS夹杂物。故控制在0.015~0.035%
B：B是促进奥氏体晶粒长大元素，含量超过0.007%将导致钢的热脆现象，但为获得条状或颗粒状的BN夹杂，从而提高钢材的切削加工性能，同时，一定的B含量可提高钢的淬透性。另外，合适的B可降低碳素钢热轧态抗拉强度便于钢材的拉拔、校直加工。故含量控制在0.0009~0.0025%。
本发明提出了精炼后进行RH真空处理的技术，并控制真空度≤100Pa，处理时间10～35min，其目的就是为了减少钢种H、O、N气体含量，提高钢质纯净度。粗轧结束后在950~1050℃精轧，精轧过程累计形变量10~50%，高温小变形量的轧制工艺，使钢材基体组织变形抗力降低，MnS和BN夹杂物变形能力降低使轧后夹杂形态得到控制，有利于钢材切削性能提高。轧后以5~20℃/s冷却速率冷却到450~700℃之间保温50~100min，使纳米级颗粒（ε-Cu）沉淀析出，起到了夹杂物应力集中源的作用提高切削断屑性能，还减轻摩擦提高刀具寿命，从而提高钢的切削性能。保温完成后，使钢材空气中自然冷却至室温。
本发明与现有技术相比，成分简单，生产成本低廉，钢加工性能优良、力学性能稳定、切削后钢材表面光洁度高，且钢材热轧态性能达到：抗拉强度为550~610 MPa，面缩率≥30%，总脱碳层深度≤0.3mm。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
其步骤：
1）冶炼并在氩站吹氩，吹氩时间不低于2分钟；
2）在LF炉中进行精炼，并控制渣的碱度在0.7~3.0；吹氩气搅拌，时间在20~40分钟；
3）在RH真空炉中进行真空处理，控制真空度不超过100Pa，处理时间10~35分钟；
4）进行连铸，并控制拉坯速度在1.0~1.5米/分钟；
5）对铸坯加热，加热温度控制在1100~1230℃，并在此温度下保温40~100分钟，在炉时间为2~4个小时；
6）进行粗轧，控制其开轧温度在1000~1100℃；
7）进行精轧，控制其开轧温度950~1050℃，终轧温度在1000~1100℃，累计变形量在10~50%；
8）进行空冷，按照冷却速度5~20℃/秒冷却至450~700℃，并在此温度下保温50~100分钟；
9）空冷至室温。
表1 本发明各实施例及对比例的组分取值列表
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例及对比例性能检测情况列表
从表3可以看出，本发明通过本发明制造的含硼活塞杆钢力学性能稳定，切削加工刀具寿命明显提高，断屑性能优良，切削后钢材表面光洁度高等特点。本发明生产方法在常规棒材热连轧工艺流程下进行实施，生产成本低，生产和使用钢材过程中操作简单，控制稳定，成本低廉。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (1)
1.生产一种含硼活塞杆用钢的方法，其步骤：
1）冶炼并在氩站吹氩，吹氩时间不低于2分钟；
2）在LF炉中进行精炼，并控制渣的碱度在0.7~3.0；吹氩气搅拌，时间在20~40分钟；
3）在RH真空炉中进行真空处理，控制真空度不超过100Pa，处理时间10~35分钟；
4）进行连铸，并控制拉坯速度在1.0~1.5米/分钟；铸坯的组分及重量百分比含量为：C：0.35~0.42%，Si：0.15~0.35%，Mn：0.50~0.70%，P≤0.035%，S：0.015~0.035%，B：0.0009~0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
5）对铸坯加热，加热温度控制在1100~1230℃，并在此温度下保温40~100分钟，在炉时间为2~4个小时；
6）进行粗轧，控制其开轧温度在1000~1100℃；
7）进行精轧，控制其开轧温度950~1050℃，终轧温度在1000~1100℃，累计变形量在10~50%；
8）进行空冷，按照冷却速度5~20℃/秒冷却至450~700℃，并在此温度下保温50~100分钟；
9）空冷至室温。
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