CN109182909B - 汽车转向***用中碳钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车结构用钢生产技术领域，具体涉及一种汽车转向***用中碳钢及其生产方法。针对现有生产汽车转向***用中碳钢成本高、工艺复杂、力学性能较差等问题，本发明提供了一种汽车转向***用中碳钢，其化学成分为：按重量百分比计，C 0.20％～0.30％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.05％～0.30％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了上述中碳钢的生产方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取步骤，连铸采用低过热度、恒速浇铸。本发明采用C‑Mn钢的成分体系，降低Si含量，通过低过热度浇铸、恒速连铸和控轧、控冷工艺，获得力学性能更好的钢。本发明工艺简单，适宜推广使用。

Description

汽车转向***用中碳钢及其生产方法
技术领域
本发明属于汽车结构用钢生产技术领域，具体涉及一种汽车转向***用中碳钢及其生产方法。
背景技术
汽车转向***用于控制汽车的行驶方向，汽车方向盘转轴末端与转向横拉杆及转向节相连，以实现两侧车轮同步及调节前束的功能与作用。汽车转向***是汽车重要的安全零件，其性能和可靠性直接影响汽车的行驶安全，一旦发生变形或断裂，轻则引起汽车转向或行驶功能发生故障，重则直接造成安全事故。目前，中碳调质钢、非调质钢大量应用于汽车转向***中，其中调质钢多添加V、Mo、Cr等贵重合金，辅以调制热处理处理，形成回火索氏体等组织，其成品具有良好的强度和韧性，满足汽车传动***用钢的要求。但是，由于合金成本和工艺成本居高不下，近年来，汽车转向***用钢中非调质钢的比例大幅增加。
CN100478480A公开了一种高性能低成本非调质钢，采用C、Mn钢的成分，添加少量的Al脱氧同时细化晶粒，通过控轧控冷提高强塑性。但由于AlN细化晶粒的效果较弱，因此晶粒度为5～9级，晶粒较粗大，可能会导致成型性能较差，影响使用。
CN10133363A公开了一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法，以Nb-V微合金非调质钢替代只含V的非调质钢，与铁素体～珠光体非调质钢相比，在同样的强度水平上韧性较高。但是本发明中Nb属于昂贵金属，大大增加合金成本，同时贝氏体钢工艺控制窗口较窄。
CN103668004A公开了一种汽车传动轴管用热轧钢的制备方法，通过合金成分优化和制造工艺调整，生产了强度高、韧性好、使用性能好的钢种，但是其合金成分复杂，包含Cu、Ag、Be、Ga、Tb、Sc、Sb等各类微合金元素，同时板坯加热制度复杂，工艺推广性较差。
CN103266287A公开了一种中碳铁素体～珠光体型非调质钢及其制造方法，在无需经过调制热处理的情况下，热轧钢材的强塑性指标达到40Cr或40Mn调质钢水平，但是该发明针对棒线材，生产工艺存在局限性。
目前，应用于汽车传动、转向***上的中碳钢设备和工艺适应性差，或者添加了大量微合金元素，以增加钢板的强韧性，合金成本高，或者需要进行热处理，增加生产工序成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有生产汽车转向***用中碳钢成本高、工艺复杂、力学性能较差等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种汽车转向***用中碳钢。其化学成分为：按重量百分比计，C 0.20％～0.30％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.05％～0.30％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述汽车转向***用中碳钢的晶相组织为铁素体-珠光体组织，晶粒度≥10级。
本发明还提供了一种上述汽车转向***用中碳钢的生产方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取步骤；
所述冶炼采用转炉冶炼，再采用LF炉精炼，随后采用RH炉进行真空处理，并喂入钙线；
所述连铸采用低过热度、恒速浇铸；
所述加热温度为1150～1250℃，加热时间为3～5h；所述粗轧为5～7道次轧制，精轧为6～7道次轧制；所述精轧后进行层流冷却，终冷温度550～650℃。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述LF炉精炼时对钢水进行造还原渣脱硫。进一步的，所述RH真空处理时进行吹氩处理，吹氩时间在8min以上。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述钢水连铸时中包钢水温度为1500～1550℃，拉速为0.50～1.50m/min。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述钢水连铸成的板坯厚度为200～250mm，粗轧每道次变形量必须≥15％，粗轧后板坯厚度为40～60mm。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为800～900℃。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述钢板精轧后的板坯厚度为5～10mm。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述层流冷却速度为10～30℃/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种汽车转向***用中碳钢及其生产方法，采用C-Mn钢的成分体系，Si含量控制较低，通过冶炼工艺优化和控轧、控冷工艺调整，获得强度高、韧性好、室温弯曲性能和低温冲击韧性良好的钢，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥520MPa，延伸率≥20％，180°冷弯试验d＝2a合格，-10℃冲击功≥40J(试样尺寸7.5×10×55mm)，晶粒度≥10级，金相组织为铁素体-珠光体。本发明中碳钢的制备方法工艺适应性强，无需进行热处理，操作简单，成本低，具有明显的经济效益。
附图说明
图1所示为实施例1制备得到的汽车转向***用中碳钢的金相组织图；
图2所示为实施例2制备得到的汽车转向***用中碳钢的金相组织图；
图3所示为对比例3制备得到的汽车转向***用中碳钢的金相组织图；
图4所示为对比例4制备得到的汽车转向***用中碳钢的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种汽车转向***用中碳钢，其化学成分为：按重量百分比计，C0.20％～0.30％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.05％～0.30％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述汽车转向***用中碳钢的晶相组织为铁素体-珠光体组织，晶粒度≥10级。
在本发明的汽车转向***用中碳钢中，C是强化元素之一，为保证汽车转向***用钢的强度和刚度，同时又不降低钢材的韧性和成型性能，因此将C含量控制在0.20％～0.30％；Mn的主要作用是固溶强化，同时提高钢材的塑性，Mn含量控制在1.0％～2.0％，但Mn含量偏高可能造成铸坯偏析，影响钢材的韧性，因此应严格控制炼钢工艺，降低偏析级别；本发明降低了Si含量，抑制了奥氏体中C元素的扩散，避免C元素由奥氏体向铁素体扩散的过程中在晶界处偏聚，形成渗碳体组织。Si含量控制在0.005％～0.50％，提高成形性能；S在钢中偏析严重，在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素。它以熔点较低的FeS形式存在，当钢凝固时，FeS析集在原生晶界处。钢1100～1200℃进行轧制时，晶界上的FeS就将熔化，大大的削弱了晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象，因此对S应严加控制在0.010％以内。
本发明通过精确控制钢中各成分的含量，能够获得强度高、韧性好、室温弯曲性能和低温冲击韧性良好的钢。
本发明提供了一种上述汽车转向***用中碳钢的生产方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取步骤；
其中，所述冶炼采用转炉冶炼，再采用LF炉精炼，随后采用RH炉进行真空处理，并喂入钙线；
所述连铸采用低过热度、恒速浇铸；
所述加热温度为1150～1250℃，加热时间为3～5h；所述粗轧为5～7道次轧制，精轧为6～7道次轧制；所述精轧后进行层流冷却，终冷温度550～650℃。
汽车转向***用钢对韧性及疲劳性能要求严格，硫化物夹杂对韧性及疲劳性能危害巨大。因此，为了降低钢种硫化物夹杂含量，所述LF炉精炼时需要对钢水进行造还原渣脱硫。所述RH真空处理时进行吹氩处理，吹氩时间在8min以上。
本发明的中碳钢C、Mn含量较高，铸坯出现偏析的可能性较大，过热度高的钢液凝固时温度梯度大，有利于粗大柱状晶的发展，使夹杂物在结晶前沿及枝晶间富集，导致铸坯中心位置已形成元素偏析，同时铸坯拉速不稳定易造成铸坯中心疏松和孔洞缺陷。为此，本发明采用低过热度浇铸和恒速浇铸，严格控制铸坯偏析。所述钢水连铸时中包钢水温度为1500～1550℃，拉速为0.50～1.50m/min。
在本发明中，为了保证板坯充分受热、合金元素充分固溶，又防止奥氏体晶粒的异常长大，加热温度为1150～1250℃，加热时间为3～5h。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述钢水连铸成的板坯厚度为200～250mm，粗轧每道次变形量必须≥15％，粗轧后板坯厚度为40～60mm。
进一步的，为了加精轧非再结晶区变形量，细化奥氏体晶粒，促进奥氏体扁平化，通过形变诱导相变形成大量铁素体形核核心，所述精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为800～900℃。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述钢板精轧后的板坯厚度为5～10mm。
进一步的，上述汽车转向***用中碳钢的生产方法中，所述层流冷却速度为10～30℃/s。在此速度下层流冷却至550～650℃，能够增加相变过热度，在精轧过程中形成的相变核心上发生铁素体～珠光体相变，形成充分细化的成品组织，获得强度、韧性匹配的力学性能。
本发明在制备汽车转向***用中碳钢时，通过降低Si含量，降低P、S含量；通过真空处理降低O、N等气体元素含量，降低夹杂物级别；再采用低过热度浇铸和连铸动态轻压下，降低铸坯偏析级别；充分发挥控轧控冷能力，来达到减小晶粒尺寸，提高成形性能的要求。本发明还通过相应的控轧控冷工艺，降低板坯再加热温度较低，提高粗轧压下量，降低精轧入口温度，增加精轧累积变形量，获得尺寸较细的铁素体-珠光体组织；通过控制金相组织为铁素体-珠光体，提高组织均匀性，降低最终组织的晶粒尺寸，提高钢材强韧性。最终生产得到的汽车转向***用中碳钢屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥520MPa，延伸率≥20％，180°冷弯试验d＝2a合格，-10℃冲击功≥70J(试样尺寸10×10×55mm)，晶粒度≥10级。具有力学性能稳定，强韧性匹配良好、成形性能优良的特点。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1用本发明方法制备汽车转向***用中碳钢
生产6.4mm厚的汽车转向***用中碳钢。具体步骤为：
经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精炼、连铸得到钢坯，中包温度为1520℃，铸坯拉速为0.90m/s，成品成分为：C 0.24％，Si 0.10％，Mn 1.25％，P 0.009％，S0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯再加热温度为1186℃，再加热时间206min；粗轧采用0+5道次轧制，中间坯厚度为49mm，粗轧各道次变形量为20％，21％，26％，32％，32％；精轧为7机架热连轧，开轧温度为1000℃，终轧温度为830℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以19℃/s的冷却速度冷却到560℃。
经检测，实施例1生产的汽车转向***用中碳钢力学性能为：屈服强度472MPa，抗拉强度为655MPa，延伸率为38.5％，180°冷弯试验d＝2a合格，-10℃冲击功为68.1J(试样尺寸7.5×10×55mm)。金相组织为铁素体-珠光体(见图1)，晶粒度为11级。
实施例2用本发明方法制备汽车转向***用中碳钢
生产8.4mm厚的汽车转向***用中碳钢。具体步骤为：
经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精炼、连铸得到钢坯，中包温度为1540℃，铸坯拉速为1.10m/s，成品成分为：C 0.27％，Si 0.30％，Mn 1.40％，P 0.015％，S0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯再加热温度为1216℃，再加热时间223min；粗轧采用3+3道次轧制，中间坯厚度为54mm，粗轧各道次变形量为16％，17％，18％，24％，30％，30％；精轧为7机架热连轧，开轧温度为1055℃，终轧温度为870℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以15℃/s的冷却速度冷却到625℃。
经检测，实施例2生产的汽车转向***用中碳钢力学性能为：屈服强度441MPa，抗拉强度为635MPa，延伸率为36.5％，180°冷弯试验d＝2a合格，-10℃冲击功为53.2J(试样尺寸7.5×10×55mm)。金相组织为铁素体-珠光体(见图2)，晶粒度为10.5级。
对比例3不采用本发明方法制备汽车转向***用中碳钢
生产6.0mm厚的汽车转向***用中碳钢。具体步骤为：
经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精炼、连铸得到钢坯，中包温度为1560℃，铸坯拉速为0.80m/s，成品成分为：C 0.31％，Si 0.35％，Mn 1.40％，P 0.015％，S0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯再加热温度为1170℃，再加热时间190min；粗轧采用1+5道次轧制，中间坯厚度为45mm，粗轧各道次变形量为13％，19％，23％，24％，25％，29％；精轧为7机架热连轧，开轧温度为1105℃，终轧温度为890℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以16℃/s的冷却速度冷却到655℃。
对比例3中提高了钢成分中碳含量和硅含量，经检测，对比例3生产的汽车转向***用中碳钢力学性能为：屈服强度455MPa，抗拉强度为665MPa，延伸率为18％，180°冷弯试验d＝2a不合格，-10℃冲击功为32.4J(试样尺寸7.5×10×55mm)。金相组织为铁素体-珠光体(见图3)，存在块状的珠光体团聚，带状组织级别为3.0级，晶粒度为9.5级。
对比例4不采用本发明方法制备汽车转向***用中碳钢
生产8.9mm厚的汽车转向***用中碳钢。具体步骤为：
经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精炼、连铸得到钢坯，中包温度为1560℃，铸坯拉速为0.80m/s，成品成分为：C 0.25％，Si 0.35％，Mn 1.20％，P 0.025％，S0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯再加热温度为1230℃，再加热时间261min；粗轧采用3+3道次轧制，中间坯厚度为45mm，粗轧各道次变形量为13％，15％，16％，25％，30％，29％；精轧为7机架热连轧，开轧温度为1065℃，终轧温度为875℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以21℃/s的冷却速度冷却到575℃。
对比例4中提高了钢成分中硅含量，经检测，对比例4生产的汽车转向***用中碳钢力学性能为：屈服强度395MPa，抗拉强度为585MPa，延伸率为22％，180°冷弯试验d＝2a合格，-10℃冲击功为38.4J(试样尺寸7.5×10×55mm)。金相组织为铁素体-珠光体(见图4)，带状组织级别为3.0级，晶粒度为10.5级。
由实施例和对比例可知，本发明通过控制汽车转向***用中碳钢的成分，并在生产过程中采用低过热度浇铸和连铸动态轻压下，降低铸坯偏析级别，充分发挥控轧控冷能力，来减小晶粒尺寸，提高成形性能。采用本发明方法制备的汽车转向***用中碳钢晶粒度≥10级，力学性能更优异。

Claims (10)

1.汽车转向***用中碳钢，其特征在于，化学成分为：按重量百分比计，C 0.20％～0.30％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.05％～0.10％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；其生产方法包括：冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取步骤；
所述冶炼采用转炉冶炼，再采用LF炉精炼，随后采用RH炉进行真空处理，并喂入钙线；
所述LF炉精炼时对钢水进行造还原渣脱硫；所述RH真空处理时进行吹氩处理，吹氩时间在8min以上；所述钢水连铸时中包钢水温度为1500～1550℃，拉速为0.9～1.1m/min；
所述连铸采用低过热度、恒速浇铸；
所述加热温度为1150～1250℃，加热时间为3～5h；所述粗轧为5～7道次轧制，精轧为6～7道次轧制；所述精轧后进行层流冷却，终冷温度550～650℃。
2.根据权利要求1所述的汽车转向***用中碳钢，其特征在于，所述中碳钢的晶相组织为铁素体-珠光体组织，晶粒度≥10级。
3.权利要求1或2所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取步骤；
所述冶炼采用转炉冶炼，再采用LF炉精炼，随后采用RH炉进行真空处理，并喂入钙线；
所述连铸采用低过热度、恒速浇铸；
所述加热温度为1150～1250℃，加热时间为3～5h；所述粗轧为5～7道次轧制，精轧为6～7道次轧制；所述精轧后进行层流冷却，终冷温度550～650℃。
4.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述LF炉精炼时对钢水进行造还原渣脱硫。
5.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述RH真空处理时进行吹氩处理，吹氩时间在8min以上。
6.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述钢水连铸时中包钢水温度为1500～1550℃，拉速为0.50～1.50m/min。
7.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述钢水连铸成的板坯厚度为200～250mm，粗轧每道次变形量必须≥15％，粗轧后板坯厚度为40～60mm。
8.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为800～900℃。
9.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述钢板精轧后的板坯厚度为5～10mm。
10.根据权利要求3所述的汽车转向***用中碳钢的生产方法，其特征在于：所述层流冷却速度为10～30℃/s。
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