CN101603155A - 汽车轴头用微合金非调质钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车轴头用微合金非调质钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.27－0.37、Si：0.15－0.35、Mn：0.80－1.40、P：0－0.030、S：0.040－0.070、Cr：0.30－0.80 V：0.08－0.18、Cu：0－0.30、Ni：0－0.20。其与淬火回火钢相比不仅力学性能相当，还具有优良的机加工性能，可以大幅度地延长加工刀具寿命，节能降耗，降低制造成本。

Description

汽车轴头用微合金非调质钢
技术领域：
本发明涉及一种汽车轴头用微合金非调质钢，属于合金领域。
背景技术：
汽车后桥轴头与汽车冲焊桥壳焊接构成桥壳总成，主要承受弯曲疲劳载荷。为了保证轴头部件疲劳性能，轴头生产中采用感应淬火强化处理。因此，轴头用材料要求具有一定的淬透性、良好的焊接性能和疲劳性能。40MnB等合金钢制造轴头时，需要进行淬火回火热处理来提高性能，增加了能耗及制造成本；同时因材料的碳和合金元素含量较高导致出现焊接性能、切削加工性能的恶化和感应淬火开裂倾向增加等问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种汽车轴头用微合金非调质钢，其与淬火回火钢相比不仅力学性能相当，还具有优良的机加工性能，可以大幅度地延长加工刀具寿命，节能降耗，提高性能，降低制造成本。
本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车轴头用微合金非调质钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.27-0.37、Si：0.15-0.35、Mn：0.80-1.40、P：0-0.030、S：0.040-0.070、Cr：0.30-0.80 V：0.08-0.18、Cu：0-0.30、Ni：0-0.20。
本发明的积极效果是汽车轴头用微合金非调质钢的显微组织为珠光体加铁素体，铁素体晶界和晶内存在碳氮化物弥散析出及组织中高密度位错存在而强化；钢材感应淬火强化后晶粒细化，韧度提高的同时因晶界增加阻碍位错运动，以及马氏体相变强化等因素使强度极限大幅度提高，因此钢材具有优良的强韧性配合和高的弯曲疲劳性能。又由于该钢具有碳和合金元素含量低的特点，因此具有良好的焊接性能。已经在解放498等商用车后桥上应用，取得优良的社会经济效益。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
一种汽车轴头用微合金非调质钢，按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.27、Si：0.15、Mn：0.80、P：0.001、S：0.040、Cr：0.30、V：0.08、Cu：0.20、Ni：0.10。
实施例2：
一种汽车轴头用微合金非调质钢，按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.37、Si：0.35、Mn：1.40、P：0.030、S：0.070、Cr：0.80 V：0.18、Cu：0.30、Ni：0.20。
实施例3：
一种汽车轴头用微合金非调质钢，按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.3、Si：0.2、Mn：1.1、P：0.020、S：0.060、Cr：0.50V：0.10、Cu：0.20、Ni：0.10。
实施例4：
汽车轴头用非调钢的成分设计主要为中碳锰钢，显微组织为铁素体加珠光体。为了提高钢的强度，在钢中加入少量的钒合金。锻造过程中合金元素钒在奥氏体晶粒中形成相当大量的小尺寸的稳定化合物颗粒，钉扎奥氏体晶粒边界，阻止晶界移动和随后的奥氏体晶粒继续长大。为了改善机械加工性能，在轴头非调钢中还加入了一定量的硫。低碳高锰合金设计的非调钢，在维持必要的强度的同时保持良好的韧度。高含量的Mn部分或全部通过固溶强化提高强度增加硬化性。增加硬化性导致奥氏体到珠光体铁素体转变温度降低，增加珠光体含量弥补由于低碳产生的强度损失。由于转变温度低，细化了珠光体板条、减少了碳化物厚度，从而改善了韧性。由于轴头为感应淬火强化处理的部件，其含碳量是达到部件最终硬度要求的关键，同时带宽控制较为严格。
分别试制了微合金非调质汽车轴头用钢两批试验用钢，其化学成分、常规机械性能及金相组织见表1、2。
表1试验用钢的化学成分
元素 C Si Mn P S Cr Cu Ni V
一批 0.31 0.20 1.11 0.009 0.057 0.53 0.01 0.04 0.118
二批 0.34 0.27 1.02 0.017 0.045 0.44 0.14 0.04 0.11
表2试验用钢机械性能
序号   Rp0.2MPa RmMPa A％ Z％ 冲击值akuJ/cm2 本质晶粒度 疏松     硬度HBW 非金属夹杂 J9HRC J15HRC
一批   560 740 18 60 95 7.5 1     217 A4，B1，C0，D0 31-32 26-27
二批   410 700 20 45 50 7.0 1     187 A3，B2，C1，D1 35-36 29-30
本发明非调质钢的组织形态分析
非调质轴头钢经1250℃加热保温后空冷的金相组织为珠光体-铁素体组织，加热后组织明显粗大。
在透射电镜进行微观组织形态观察发现，钢主要组织形态为珠光体加铁素体，组织比较均匀。在钢铁素体中存在位错缠结和细小再生铁素体晶粒；珠光体组织细致，板条间距均匀；高倍放大下可见铁素体晶内和晶界析出非常细小弥散的化合物起到强化作用。
本发明非调质钢的弯曲疲劳性能测定
汽车轴头服役中主要承受疲劳弯曲载荷，在设计及选材中要必须考虑其弯曲疲劳性能。为此，我们进行了三点弯曲疲劳性能的测定。同时，考虑到轴头部件采用了感应淬火表面强化工艺，因此对非调质轴头用钢三点弯曲疲劳试验用试样进行了表面感应淬火处理。
三点弯曲疲劳试样采用120mm圆棒料改锻加工制成。试样规格为150mm×20mm×20mm，试样表面经感应淬火处理。对微合金化非调质轴头用钢进行弯曲疲劳P-S-N曲线测定。试验设备为美国MTS810万能材料试验机系统中25吨材料疲劳试验机。成组法测定的感应淬火处理微合金化轴头用钢的P-S-N曲线；采用升降法测定材料存活率为50％的弯曲疲劳极限为1058N/mm2。
断口扫描电镜分析表明，感应淬火后轴头用钢晶粒细化，由60um左右细化为5μm左右，韧度改善，强度提高，硬化区域内无论裂纹源区、扩展区和瞬断区都存在大量的韧窝，而未感应淬火区域瞬断区晶粒粗大，为解理脆断断口。
本发明微合金非调质钢轴头台架验证试验
第一汽车集团公司技术中心底盘试验室对含微合金非调质钢轴头的φ440冲压焊接后桥壳总成进行弯曲疲劳寿命试验。进行了几轮疲劳试验，轴头均未发生破坏，疲劳寿命达到了产品技术要求。
结论
1)微合金非调质汽车轴头用钢因含碳量低机械加工性能、焊接性能优于目前常用的汽车轴头用钢。
2)微合金非调质汽车轴头用钢材料疲劳性能好于目前常用的40MnB等轴头用钢，同时可以实现节能降耗，经济和社会效益显著，已经在解放498商用车桥上应用。

Claims (1)

1、一种汽车轴头用微合金非调质钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为：C：0.27-0.37、Si：0.15-0.35、Mn：0.80-1.40、P：0-0.030、S：0.040-0.070、Cr：0.30-0.80V：0.08-0.18、Cu：0-0.30、Ni：0-0.20。
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