CN111101069A - 汽车、发动机传动零件用钢材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了汽车、发动机传动零件用钢材及其制备方法,其中,所述汽车、发动机传动零件用钢材在钢中加入适量的锰、铬、钼等微合金元素,合金含量较低,钢液纯净,具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,淬透性较高,高温下有高的蠕变强度与持久强度,长期工作温度可达500℃,制备方法中,热处理后能得到较高表面硬度和疲劳性能,冲击韧度等,可用于制造汽车、发动机传动零件等。
Description
技术领域
本发明涉及钢材制备技术领域,特别提供了一种汽车、发动机传动零件用钢材及其制备方法。
背景技术
传统汽车、发动机零件制备工艺如下:电炉冶炼—VOD精炼—连铸—高速棒线材生产线—冷拔—热处理—无缝管,厚度规格为2.0mm~10.0mm。传统汽车、发动机零件存在冷变形时塑性低、焊接性能差、疲劳寿命低以及价格昂贵的问题。
传统的汽车、发动机传动零件制造成本高,使企业的经济效益被大幅压缩,面临生存危机,亟需研究开发能满足汽车、发动机传动零件专用钢材实际生产制造和性能要求的替代材料,以降低企业生产成本。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于提供一种汽车、发动机传动零件用钢材及其制备方法,以解决现有汽车、发动机传动零件用钢材成本高、性能差的问题。
本发明一方面提供了汽车、发动机传动零件用钢材,按质量百分比,由如下成分组成:C:0.30~0.40wt%、Si:0.10~0.40wt%、Mn:0.60~1.0wt%、S:0.003~0.010wt%、P:0.003~0.020wt%、Cr:0.80~1.20wt%、Mo:0.15~0.35wt%、Al:0.015~0.055wt%、N:0.0010~0.0050wt%、Ca:0.0010~0.0050wt%,其余为Fe和其他不可避免的杂质。
本发明另一方面提供了上述汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,包括如下步骤:
1)铁水预处理
对铁水进行预处理,保证入炉铁水中S的质量比≤0.003%,扒净渣后入转炉;
2)转炉冶炼
采用精料废钢与铁水进行冶炼;转炉拉碳一次命中、避免点吹;出钢采用高锰、硅铁、钼铁,出钢前钢包氩气吹扫,控制出钢口、避免散流,钢包中Als的质量含量为0.010~0.030%;钢包中N≤30ppm;
3)LF精炼
LF处理过程保持微正压,增N量≤15ppm;LF采用活性石灰、萤石造还原渣,控制吹氩强度,避免钢液裸露;采用硅钙线钙处理,喂CaSi线400米~500米,使夹杂物充分球化,改善产品性能;
4)连铸
全程进行保护浇注,开浇前采用氩气吹扫中包,浇注过程做到无钢液裸露,严格控制水口吸N,控制增N≤4ppm;采用高碱度中包渣,以便钢中夹杂物的去除;浇钢过程保持恒拉速;连铸过热度控制目标不大于30℃;
5)加热炉加热
加热温度为1200~1240℃,保温时间为30~40分钟;
6)热连轧轧制、卷取,得钢板
荒轧选择3+3模式控制;终轧温度:≥850℃;卷取温度≤600℃,冷却模式采用第六组开冷,间歇冷却模式;
7)ERW制管
利用步骤6)得到的钢板进行ERW制管,得ERW直缝焊管;
8)热处理
对步骤7)制得的ERW直缝焊管进行850~950℃淬火、400~500℃回火,得目标钢材。
优选,步骤4)中,浇钢过程投入轻压下功能。
进一步优选,步骤6)中,还包括F1、F2机后小除鳞的步骤。
进一步优选,步骤6)中,精轧压缩比≥4.5。
本发明提供的汽车、发动机传动零件用钢材,在钢中加入适量的锰、铬、钼等微合金元素后,可在钢材表面形成致密、附着性很强的氧化层,能够阻碍外部气体和氧化物往里扩散,保护氧化层下面的基体,在保护层和钢材基体表面间形成约20μm~50μm厚的氧化物致密层,这层致密氧化层阻止外界环境空气中氧和水向钢基体渗入,防止钢铁材料氧化层的侵蚀,提高了钢铁材料的耐磨损能力,从而提高钢材的耐疲劳性能。该钢材在化学成分设计上,合金含量较低,钢液纯净,在保证强塑性的基础上,节约成本,提高其市场竞争力,同时也能节省大量合金成本。
下面给出钢材中各成分的作用:
C是提高钢的强度的元素,为使钢材的强度达到1000MPa以上的水平,需要含有0.30wt%以上的C含量,同时还要保证具有良好的耐磨性能、焊接性能、冲压性能和耐疲劳性能等,因此,本发明中将C的含量控制在0.30~0.40wt%。
P是抑制钢冷脆性最有效的合金元素之一,它在钢中能加速钢的均匀溶解和Fe2+的氧化速率,有助于在钢表面形成致密氧化物保护膜,成为腐蚀介质进入钢基的保护屏障。钢中的P含量超过0.020wt%会使韧性大幅下降,造成冷脆性增加,因此,本发明将P的含量控制在0.003~0.020wt%之间。
Cr含量的提高有利于细化晶粒,Cr、Mo复合强化,能够提高钢材的耐疲劳性能,在钢材表面形成Cr2O3致密的氧化层,提高钢的钝化能力,当氧化层/金属界面的α~FeOOH中Cr含量超过5%时,能有效抑制腐蚀性阴离子的侵入;同时添加Cr元素还可以阻止Fe3+向Fe2+的转化,提高钢材的耐磨性能和疲劳性能,本发明将Cr的含量控制在0.80~1.20wt%的范围。
Si通常作为脱氧剂添加,可同时提高钢材的强度,同时还可以提高钢材表面的黏附性能,提高钢的耐磨性和疲劳性能。然而,当添加超过0.4wt%会使钢材韧性下降,因此,本发明将Si含量控制在0.10~0.40wt%之间。
Ca加入钢中可以改善钢的整体耐磨性能,在钢中加入微量Ca,可以形成CaO和CaS复合化合物,促进氧化层转化为致密、保护性好的保护性覆膜。本发明将Ca的含量控制在0.0010~0.0050wt%。
Mn能提高钢材的强度,是提高淬透性的主要元素之一,可以在一定程度上提高钢的耐磨性能和疲劳性能,然而,用量过多会降低钢材的韧性和焊接性,因此,本发明将其含量控制在0.60~1.0wt%。
S对钢的耐疲劳性能起不良作用,但是与锰、铬和钼等复合可以形成氧化层,提高钢材的耐磨性能和疲劳性能,本发明将其含量控制在0.003~0.010wt%之间。
Al是钢中重要的脱氧剂,往钢水中添加一定量的铝,铝和氧在高温条件下,反应生成三氧化二铝,以残渣的形式漂浮在钢水表面,清除残渣控制钢水中的含氧量,可以有效地减少钢中的杂质,改善钢的品质,起着重要的作用。本发明中,将其含量控制在0.015~0.055wt%之间。
N:钢材在冶炼过程中能够脱去部分的有害气体杂质及机械杂质,改善钢的性能,提高钢材的质量,如果N含量过高会影响钢材的冲击韧性,引起失效硬化。因此,本发明将其含量控制在0.0010~0.0050Wt%。
本发明提供的汽车、发动机传动零件用钢材具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,淬透性较高,高温下有高的蠕变强度与持久强度,长期工作温度可达500℃;热处理后能得到较高表面硬度和疲劳性能,冲击韧度等,主要用于制造汽车、发动机传动零件等。
本发明提供的汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,利用ERW管代替无缝管,解决了现有的传动件冷变形时塑性低、焊接性能差以及价格昂贵的问题。本发明提出的钢材合理选用化学成分并合理配比,结合轧制工艺设计,生产的热轧钢板用于制造ERW直缝焊管,再经热处理后能得到较高表面硬度和耐疲劳性能,冲击韧度等,可用于生产车辆和发动机的传动件,如:汽轮发电机的转子、主轴、重载荷的传动轴,大断面零件等。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释,但并不局限本发明。
本发明提供了一种汽车、发动机传动零件用钢材,按质量百分比,由如下成分组成:C:0.30~0.40wt%、Si:0.10~0.40wt%、Mn:0.60~1.0wt%、S:0.003~0.010wt%、P:0.003~0.020wt%、Cr:0.80~1.20wt%、Mo:0.15~0.35wt%、Al:0.015~0.055wt%、N:0.0010~0.0050wt%、Ca:0.0010~0.0050wt%,其余为Fe和其他不可避免的杂质。
本发明还提供了上述汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,包括如下步骤:
1)铁水预处理
对铁水进行预处理,保证入炉铁水中S的质量比≤0.003%,扒净渣后入转炉;
2)转炉冶炼
采用精料废钢与铁水进行冶炼;转炉拉碳一次命中、避免点吹;出钢采用高锰、硅铁、钼铁,出钢前钢包氩气吹扫,控制出钢口、避免散流,钢包中Als的质量含量为0.010~0.030%;钢包中N≤30ppm;
3)LF精炼
LF处理过程保持微正压,增N量≤15ppm;LF采用活性石灰、萤石造还原渣,控制吹氩强度,避免钢液裸露;采用硅钙线钙处理,喂CaSi线400米~500米,使夹杂物充分球化,改善产品性能;
4)连铸
全程进行保护浇注,开浇前采用氩气吹扫中包,浇注过程做到无钢液裸露,严格控制水口吸N,控制增N≤4ppm;采用高碱度中包渣,以便钢中夹杂物的去除;优选,浇钢过程投入轻压下功能;浇钢过程保持恒拉速;连铸过热度控制目标不大于30℃,板坯热过热装,剩余板坯放库内缓冷区;
5)加热炉加热
加热温度为1200~1240℃,保温时间为30~40分钟,能够充分保证合金元素的完全融解,使高强钢在轧制时有较好的强塑积以及良好的板形,满足轧制工艺要求,控制加热炉炉膛气氛,减少铸坯氧化铁皮的生成,保证加热温度均匀,为保证板型提供基础;
6)热连轧轧制、卷取,得钢板
荒轧选择3+3模式控制;调整精轧模型的负荷分配,保证轧制稳定性;终轧温度:≥850℃;卷取温度≤600℃,可获得较细小均匀的组织,冷却模式采用第六组开冷,间歇冷却模式;还可以根据带钢表面的实际情况,选择性的投入F1、F2机后小除鳞;同时,优化调整机架间冷却水量的控制,优选,步骤6)中,精轧压缩比≥4.5,能够改善钢材的金相组织和物理性能,提高最终产品质量;通过合理的加热温度、较高的终轧温度、中温卷取温度等措施保证板形优良;
7)ERW制管
利用步骤6)得到的钢板进行ERW制管,得ERW直缝焊管;
8)热处理
对步骤7)制得的ERW直缝焊管进行850~950℃淬火、400~500℃回火,得目标钢材。
实施例1
按如下质量百分比制备汽车、发动机传动零件用钢材:C:0.30~0.40wt%、Si:0.10~0.40wt%、Mn:0.60~1.0wt%、S:0.003~0.010wt%、P:0.003~0.020wt%、Cr:0.80~1.20wt%、Mo:0.15~0.35wt%、Al:0.015~0.055wt%、N:0.0010~0.0050wt%、Ca:0.0010~0.0050wt%,其余为Fe和其他不可避免的杂质。
制备方法如下:
1)铁水预处理
对铁水进行预处理,保证入炉铁水中S的质量比≤0.003%,扒净渣后入转炉;
2)转炉冶炼
采用精料废钢与铁水进行冶炼;转炉拉碳一次命中、避免点吹;出钢采用高锰、硅铁、钼铁,出钢前钢包氩气吹扫,控制出钢口、避免散流,钢包中Als的质量含量为0.010~0.030%;钢包中N≤30ppm;
3)LF精炼
LF处理过程保持微正压,增N量≤15ppm;LF采用活性石灰、萤石造还原渣,控制吹氩强度,避免钢液裸露;采用硅钙线钙处理,喂CaSi线400米~500米,使夹杂物充分球化,改善产品性能;
4)连铸
全程进行保护浇注,开浇前采用氩气吹扫中包,浇注过程做到无钢液裸露,严格控制水口吸N,控制增N≤4ppm;采用高碱度中包渣,以便钢中夹杂物的去除;浇钢过程投入轻压下功能;浇钢过程保持恒拉速;连铸过热度控制目标不大于30℃,板坯热过热装,剩余板坯放库内缓冷区;
5)加热炉加热
加热温度为1200℃,保温时间为40分钟,能够充分保证合金元素的完全融解,使高强钢在轧制时有较好的强塑积以及良好的板形,满足轧制工艺要求,控制加热炉炉膛气氛,减少铸坯氧化铁皮的生成,保证加热温度均匀,为保证板型提供基础;
6)热连轧轧制、卷取,得钢板
荒轧选择3+3模式控制;调整精轧模型的负荷分配,保证轧制稳定性;终轧温度:850℃;卷取温度500℃,可获得较细小均匀的组织,冷却模式采用第六组开冷,间歇冷却模式;还可以根据带钢表面的实际情况,选择性的投入F1、F2机后小除鳞;同时,优化调整机架间冷却水量的控制,其中,步骤6)中,精轧压缩比≥4.5,能够改善钢材的金相组织和物理性能,提高最终产品质量;通过合理的加热温度、较高的终轧温度、中温卷取温度等措施保证板形优良;
7)ERW制管
利用步骤6)得到的钢板进行ERW制管,得ERW直缝焊管;
8)热处理
对步骤7)制得的ERW直缝焊管进行850℃淬火、400℃回火,得目标钢材。
实施例2
按如下质量百分比制备汽车、发动机传动零件用钢材:C:0.30~0.40wt%、Si:0.10~0.40wt%、Mn:0.60~1.0wt%、S:0.003~0.010wt%、P:0.003~0.020wt%、Cr:0.80~1.20wt%、Mo:0.15~0.35wt%、Al:0.015~0.055wt%、N:0.0010~0.0050wt%、Ca:0.0010~0.0050wt%,其余为Fe和其他不可避免的杂质。
制备方法与实施例1的不同之处在于:
步骤5)中,加热温度为1240℃,保温时间为30分钟;
步骤6)中,终轧温度:900℃;卷取温度:600℃;
步骤8)中,淬火温度为950℃、回火温度为500℃。
对比例1
采用背景技术中的制备工艺制备无缝管:
电炉冶炼—VOD精炼—连铸—高速棒线材生产线—冷拔—热处理—无缝管。
分别对实施例1和实施例2制得的符合目标组分范围的钢材与对比例1制得的钢材进行性能测试。
测试结果如下表所示:
牌号 | 屈服强度R<sub>t0.5</sub> | 抗拉强度R<sub>m</sub> | 伸长率%A |
标准 | ≥850 | ≥1000 | ≥7 |
实施例1 | 915 | 1180 | 15 |
实施例2 | 905 | 1150 | 14 |
对比例1 | 880 | 1055 | 8 |
结论:本发明提供的钢材在力学性能上,各项指标达到要求,且富余量较充足;疲劳性能、冲击韧性、焊接性能,达到用户使用要求;同时,成本较低,成品质量和成品率较高,具有很好的经济效益。
Claims (5)
1.汽车、发动机传动零件用钢材,其特征在于,按质量百分比,由如下成分组成:C:0.30~0.40wt%、Si:0.10~0.40wt%、Mn:0.60~1.0wt%、S:0.003~0.010wt%、P:0.003~0.020wt%、Cr:0.80~1.20wt%、Mo:0.15~0.35wt%、Al:0.015~0.055wt%、N:0.0010~0.0050wt%、Ca:0.0010~0.0050wt%,其余为Fe和其他不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)铁水预处理
对铁水进行预处理,保证入炉铁水中S的质量比≤0.003%,扒净渣后入转炉;
2)转炉冶炼
采用精料废钢与铁水进行冶炼;转炉拉碳一次命中、避免点吹;出钢采用高锰、硅铁、钼铁,出钢前钢包氩气吹扫,控制出钢口、避免散流,钢包中Als的质量含量为0.010~0.030%;钢包中N≤30ppm;
3)LF精炼
LF处理过程保持微正压,增N量≤15ppm;LF采用活性石灰、萤石造还原渣,控制吹氩强度,避免钢液裸露;采用硅钙线钙处理,喂CaSi线400米~500米,使夹杂物充分球化,改善产品性能;
4)连铸
全程进行保护浇注,开浇前采用氩气吹扫中包,浇注过程做到无钢液裸露,严格控制水口吸N,控制增N≤4ppm;采用高碱度中包渣,以便钢中夹杂物的去除;浇钢过程保持恒拉速;连铸过热度控制目标不大于30℃;
5)加热炉加热
加热温度为1200~1240℃,保温时间为30~40分钟;
6)热连轧轧制、卷取,得钢板
荒轧选择3+3模式控制;终轧温度:≥850℃;卷取温度≤600℃,冷却模式采用第六组开冷,间歇冷却模式;
7)ERW制管
利用步骤6)得到的钢板进行ERW制管,得ERW直缝焊管;
8)热处理
对步骤7)制得的ERW直缝焊管进行850~950℃淬火、400~500℃回火,得目标钢材。
3.按照权利要求2所述的汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,其特征在于:步骤4)中,浇钢过程投入轻压下功能。
4.按照权利要求2所述的汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,其特征在于:步骤6)中,还包括F1、F2机后小除鳞的步骤。
5.按照权利要求2所述的汽车、发动机传动零件用钢材的制备方法,其特征在于:步骤6)中,精轧压缩比≥4.5。
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