CN114774760A - 一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法,所述骑马螺栓的化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Al、Ni、Cu、Mo、O、N、H和Fe及不可避免的杂质。制作方法步骤:铁水冶炼浇注成连铸方坯、连铸方坯轧制成非调质钢圆钢、圆钢精整处理、热轧圆钢冷加工成骑马螺栓。本发明取消了传统40Cr钢的调质处理,能耗大大降低、加工效率和尺寸精度显著提高,强度等级更是达到11.9级,同时生产成本较40Cr钢调质降低10%,经济和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法,属于汽车制造领域。
背景技术
骑马螺栓由于其固定物件的方式像人骑在马上一样而得名,其两头有螺纹可与螺帽结合,主要用于固定管状物如水管或片状物如汽车的板簧。其形状为U形,故又称为U型螺栓。高强度骑马螺栓主要应用于中、重型载货车,用来连接前轴与前悬架板簧或者后桥与后悬架板簧,起到稳定汽车底盘与车架的作用。近年来,随着汽车轻量化的要求逐渐增加,高强度少片钢板弹簧的使用量越来越大,对其疲劳寿命的要求也逐年增加,然而,骑马螺栓作为板簧与桥的连接件,直接与板簧表面接触,表面质量、强度等级、尺寸精度等的要求也越来越高。同时,汽车零部件制造厂的环保压力骤增,可取消调质处理的绿色环保型非调质钢的开发,瞬间便成为了研究的热点和难点。通常10.9或者11.9级骑马螺栓采用合金结构圆钢40Cr进行调质处理生产,但是调质处理会使螺栓产生变形甚至开裂,尤其对于螺纹的位置,在淬火之前就已经加工完成,热处理之后其尺寸精度便会大大降低,并且调质处理还需要消耗大量的能源,这与越来越严格的环保要求、能源压力是相违背的。开发一种高尺寸精度、高强度级别的绿色环保型非调质钢骑马螺栓及其制作方法,全面替代40Cr钢调质处理生产,势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷,提供一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法,提高骑马螺栓的加工效率和尺寸精度。
为解决这一技术问题,本发明提供了一种重型汽车用高强度骑马螺栓,其化学成分的质量百分比为:C:0.36-0.46%、Si:0.25-0.45%、Mn:1.40-1.70%、P:0.005-0.020%、S:0.001-0.010%、Cr:0.15-0.30%、V:0.04-0.08%、Nb:0.020-0.040%、Al:0.015-0.035%、Ni:0.005-0.10%、Cu:0.005-0.10%、Mo:0.005-0.05%、O:0.0005-0.0015%、N:0.008-0.016%、H:0.00005-0.0002%,余量为Fe及不可避免的杂质;制作方法步骤如下:
步骤S1,将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯:高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯;
步骤S2,将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢:连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢;
步骤S3,圆钢精整处理:矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢,将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废,形成合格圆钢;
步骤S4,将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓:圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓。
进一步地,所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为:C:0.41%、Si:0.36%、Mn:1.58%、P:0.010%、S:0.006%、Cr:0.19%、V:0.062%、Nb:0.031%、Al:0.025%、Ni:0.017%、Cu:0.013%、Mo:0.017%、O:0.0008%、N:0.0131%、H:0.00011%,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地,所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为:C:0.40%、Si:0.38%、Mn:1.61%、P:0.009%、S:0.003%、Cr:0.18%、V:0.059%、Nb:0.035%、Al:0.026%、Ni:0.021%、Cu:0.012%、Mo:0.019%、O:0.0010%、N:0.0122%、H:0.00008%,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地,所述步骤S1中,(1)铁水经过KR脱硫处理之后,S含量≤0.010%,温度≥1300℃;(2)转炉吹炼之后,钢水C含量≥0.10%,钢水温度≥1600℃;(3)RH真空处理之后,N含量0.008-0.014%,H≤0.00015%;(4)浇注连铸方坯时,连铸坯断面为250mm×250mm,过热度≤30℃,二冷比水量为0.15-0.25L/Kg,结晶器电磁搅拌参数为:电流200-350A,频率2-4Hz,末端电磁搅拌参数为:电流300-400A,频率5-7Hz,连铸轻压下总量为8-15mm,压下区间为2-7#辊;优选为3-6#辊。
进一步地,所述步骤S2中,(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm,优选为Φ18-Φ30mm;(2)连铸方坯在加热炉加热时,高温段温度1160-1220℃,时间≥150min;(3)在冷床冷却时,保温罩全盖;(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体,不允许出现贝氏体和马氏体。
进一步地,所述步骤S3中,漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm,超声波探伤的标准为≤4级。
进一步地,所述步骤S4中,进行冷拉时,拉拔量即直径减小值为1-4mm;优选拉拔量为1.2-3.5mm。
有益效果:本发明制作的非调质钢骑马螺栓,取消了传统40Cr钢的调质处理,能耗大大降低、加工效率和尺寸精度显著提高,强度等级更是达到11.9级,同时生产成本较40Cr钢调质降低10%,经济和社会效益显著。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在以下的实施方式中,很多细节的描述是为了使得本申请能被更好的理解;本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他材料、方法所替代。
本发明成分的质量百分比范围为C:0.36-0.46%、Si:0.25-0.45%、Mn:1.40-1.70%、P:0.005-0.020%、S:0.001-0.010%、Cr:0.15-0.30%、V:0.04-0.08%、Nb:0.020-0.040%、Al:0.015-0.035%、Ni:0.005-0.10%、Cu:0.005-0.10%、Mo:0.005-0.05%、O:0.0005-0.0015%、N:0.008-0.016%、H:0.00005-0.0002%,余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明骑马螺栓的制作方法包括如下步骤:
步骤S1:浇注连铸方坯,通过5个工序:按照所述化学成分配比炼制高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯,将铁水转变成化学成分合格的连铸方坯。
步骤S2:热轧圆钢,通过5个工序:连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢,将连铸方坯轧制成为尺寸合格的非调质钢圆钢。
步骤S3:圆钢精整处理,通过4个工序:矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢,将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废,形成合格圆钢。
步骤S4:制作骑马螺栓,通过10个工序:圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓,将热轧圆钢冷加工成为质量合格的骑马螺栓。
实施例1-6:
各实施例制备方法工艺参数(如表1-表4)
对于浇注连铸方坯的步骤S1:
(1)铁水经过KR脱硫处理之后,S含量≤0.010%,温度≥1300℃;
(2)转炉吹炼之后,钢水C含量≥0.10%,钢水温度≥1600℃;
(3)RH真空处理之后,N含量0.008-0.014%,H≤0.00015%;
表1 各实施例在KR脱硫处理、转炉吹炼和RH真空处理工序的参数
(4)浇注连铸方坯时,连铸坯断面为250mm×250mm,过热度≤30℃,二冷比水量为0.15-0.25L/Kg,结晶器电磁搅拌参数为:电流200-350A,频率2-4Hz,末端电磁搅拌参数为:电流300-400A,频率5-7Hz,连铸轻压下总量为8-15mm,压下区间为2-7#辊,优选为3-6#辊;
表2 各实施例在浇注连铸方坯工序的参数
对于热轧圆钢的步骤S2:
(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm,优选为Φ18-Φ30mm;
(2)连铸方坯在加热炉加热时,高温段温度1160-1220℃,时间≥150min;
(3)在冷床冷却时,保温罩全盖。
(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体,不允许出现贝氏体和马氏体;
表3 各实施例在热轧圆钢步骤的参数
注:Φ21mm的圆钢制作M20的骑马螺栓,Φ25.5mm的圆钢制作M24的骑马螺栓。
对于圆钢精整处理的步骤S3:
漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm,超声波探伤的标准为≤4级;
对于制作骑马螺栓的步骤S4:
进行冷拔时,拉拔量即直径减小值为1-4mm,优选为1.2-3.5mm。
表4 各实施例在圆钢精整处理和制作骑马螺栓步骤的参数
各实施例最终化学成分含量(如表5):余量为Fe及不可避免的杂质。
表5 各实施例的化学成分(质量百分比)
实施例 | C/% | Si/% | Mn/% | P/% | S/% | Cr/% | V/% | Nb/% |
1 | 0.40 | 0.37 | 1.52 | 0.013 | 0.005 | 0.22 | 0.055 | 0.032 |
2 | 0.41 | 0.34 | 1.56 | 0.012 | 0.004 | 0.21 | 0.053 | 0.029 |
3 | 0.41 | 0.36 | 1.58 | 0.010 | 0.006 | 0.19 | 0.062 | 0.031 |
4 | 0.40 | 0.38 | 1.61 | 0.009 | 0.003 | 0.18 | 0.059 | 0.035 |
5 | 0.40 | 0.35 | 1.57 | 0.011 | 0.004 | 0.24 | 0.063 | 0.033 |
6 | 0.41 | 0.33 | 1.53 | 0.014 | 0.005 | 0.23 | 0.058 | 0.028 |
实施例 | Al/% | Ni/% | Cu/% | Mo/% | O/% | N/% | H/% | |
1 | 0.021 | 0.020 | 0.011 | 0.015 | 0.0009 | 0.0116 | 0.00009 | |
2 | 0.023 | 0.022 | 0.015 | 0.021 | 0.0011 | 0.0124 | 0.00012 | |
3 | 0.025 | 0.017 | 0.013 | 0.017 | 0.0008 | 0.0131 | 0.00011 | |
4 | 0.026 | 0.021 | 0.012 | 0.019 | 0.0010 | 0.0122 | 0.00008 | |
5 | 0.022 | 0.019 | 0.016 | 0.018 | 0.0009 | 0.0127 | 0.00010 | |
6 | 0.020 | 0.021 | 0.014 | 0.022 | 0.0010 | 0.0132 | 0.00010 |
实验例:将实施例1-6制作的非调质钢骑马螺栓与40Cr调质钢骑马螺栓进行指标测试
表6 相同规格非调质钢骑马螺栓与40Cr调质钢的性能对比
注:40Cr调质钢骑马螺栓为国内某汽车零部件厂生产,较非调质钢骑马螺栓,在滚丝之后增加了调质处理工序,并且不进行冷拉工序。
通过表6可以看出,不论是M20还是M24的非调质钢骑马螺栓,较相同规格40Cr钢调质相比,疲劳寿命大大提高,这主要就在于螺纹位置采用冷加工,尺寸精度大大提高,同时不进行调质处理,骑马螺栓表面的脱碳大大减轻。
本发明通过化学成分设计、圆钢表面质量和内部组织控制、合适的冷拉工艺控制,实现骑马螺栓的强度级别稳定的达到11.9级,并且表面质量好、尺寸精度高,解决目前40Cr钢调质处理带来的骑马螺栓尺寸精度差、加工流程复杂、能耗高等技术难题。
本发明上述实施方案,只是举例说明,不是仅有的,所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。
Claims (10)
1.一种重型汽车用高强度骑马螺栓,其特征在于:所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为:C:0.36-0.46%、Si:0.25-0.45%、Mn:1.40-1.70%、P:0.005-0.020%、S:0.001-0.010%、Cr:0.15-0.30%、V:0.04-0.08%、Nb:0.020-0.040%、Al:0.015-0.035%、Ni:0.005-0.10%、Cu:0.005-0.10%、Mo:0.005-0.05%、O:0.0005-0.0015%、N:0.008-0.016%、H:0.00005-0.0002%,余量为Fe及不可避免的杂质;其制作方法步骤如下:
步骤S1,将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯:高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯;
步骤S2,将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢:连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢;
步骤S3,圆钢精整处理:矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢,将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废,形成合格圆钢;
步骤S4,将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓:圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓。
2.根据权利要求1所述的重型汽车用高强度骑马螺栓,其特征在于:所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为:C:0.41%、Si:0.36%、Mn:1.58%、P:0.010%、S:0.006%、Cr:0.19%、V:0.062%、Nb:0.031%、Al:0.025%、Ni:0.017%、Cu:0.013%、Mo:0.017%、O:0.0008%、N:0.0131%、H:0.00011%,余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的重型汽车用高强度骑马螺栓,其特征在于:所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为:C:0.40%、Si:0.38%、Mn:1.61%、P:0.009%、S:0.003%、Cr:0.18%、V:0.059%、Nb:0.035%、Al:0.026%、Ni:0.021%、Cu:0.012%、Mo:0.019%、O:0.0010%、N:0.0122%、H:0.00008%,余量为Fe及不可避免的杂质。
4.一种重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于,步骤如下:
步骤S1:将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯,通过5个工序:高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯,将铁水转变成化学成分合格的连铸方坯;
步骤S2:将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢,通过5个工序:连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢,将连铸方坯轧制成为尺寸合格的非调质钢圆钢;
步骤S3:圆钢精整处理,通过4个工序:矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢,将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废,形成合格圆钢;
步骤S4:将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓,通过10个工序:圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓,将热轧圆钢冷加工成为质量合格的骑马螺栓。
5.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述步骤S1中,(1)铁水经过KR脱硫处理之后,S含量≤0.010%,温度≥1300℃;(2)转炉吹炼之后,钢水C含量≥0.10%,钢水温度≥1600℃;(3)RH真空处理之后,N含量0.008-0.014%,H≤0.00015%;(4)浇注连铸方坯时,连铸坯断面为250mm×250mm,过热度≤30℃,二冷比水量为0.15-0.25L/Kg,结晶器电磁搅拌参数为:电流200-350A,频率2-4Hz,末端电磁搅拌参数为:电流300-400A,频率5-7Hz,连铸轻压下总量为8-15mm,压下区间为2-7#辊。
6.根据权利要求5所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述压下区间为3-6#辊。
7.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述步骤S2中,(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm,优选为Φ18-Φ30mm;(2)连铸方坯在加热炉加热时,高温段温度1160-1220℃,时间≥150min;(3)在冷床冷却时,保温罩全盖;(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体,不允许出现贝氏体和马氏体。
8.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述步骤S3中,漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm,超声波探伤的标准为≤4级。
9.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述步骤S4中,进行冷拉时,拉拔量即直径减小值为1-4mm。
10.根据权利要求9所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法,其特征在于:所述拉拔量为1.2-3.5mm。
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