CN102899575A - 焊接电镀液压杆用非调质钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接电镀液压杆用非调质钢及其生产方法，该钢按质量百分比由以下元素组成，C：0.28～0.35%；Si：0.30～0.80%；Mn：1.00～1.60%；Cr：0.10～0.30%；V：0.06～0.20%；Ti：0.015～0.10%；P≤0.020%；S：0.010～0.035%；Alt：0.020～0.060%；Cu≤0.20%；Ni≤0.20%；Mo≤0.10%；O≤15×10－4%；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢的强塑性指标达到45调质钢水平，切削加工性能优异，焊接工艺性能良好。其生产方法解决了由于S的加入带来的钢水可浇性困难等技术难题，提高了钢的纯净度。本发明钢可代替45调质钢制造液压杆，无需调质处理，属节能环保型钢材。
Description
技术领域
本发明属于非调质钢技术领域，具体涉及一种焊接电镀液压杆用非调质钢及其生产方法。
背景技术
电镀液压杆作为工程机械液压油缸、压力机或升降机液压机具中的重要零部件，应用于装载机液压油缸、挖掘机液压油缸、路面机械液压油缸、建筑机械液压油缸、特种液压油缸和电、液伺服油缸等领域。随着近几年工程机械、建筑机械以及汽车运输的快速发展，其市场和应用也强劲增长。由于电镀液压杆配套重型工程机械、建筑机械、汽车或试验机等精密仪器领域，对液压杆电镀后的部件质量要求很高，电镀液压杆缺陷，会成为液压系统渗漏源，导致油缸报废，甚至工程机械、汽车车辆的召回，给企业造成巨大损失。
电镀液压杆用钢长期以来广泛采用是45调质钢，但对钢的质量要求很高，大多数用户要求无缺陷交货。但是采用45调质钢进行调质热处理后容易造成液压杆热处理变形废品，而且增加了热处理设备投资和热处理工序。从非调质钢的特殊优异性和电镀液压杆加工使用分析，采用非调质钢生产电镀液压杆具有很强的经济性。电镀液压杆为细长类零部件，如采用调质钢均需要调质处理，热处理废品率高，所以采用非调质钢代替45调质钢制造电镀液压杆是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种焊接电镀液压杆用非调质钢，以满足电镀液压杆技术发展以及焊接工艺生产的需要，本发明的非调质钢无需调质热处理，其热轧钢的强塑性指标达到45调质钢水平，而且钢的碳当量控制满足焊接工艺要求，焊接部质量良好。
本发明的另一目的在于提供一种上述焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法。
本发明提供的焊接电镀液压杆用非调质钢，按质量百分比由以下元素组成：
C：0.28～0.35% Si：0.30～0.80%
Mn：1.00～1.60% Cr：0.10～0.30%
V：0.06～0.20% Ti：0.015～0.10%
P≤0.020% S：0.010～0.035%
Alt：0.020～0.060% Cu≤0.20%
Ni≤0.20% Mo≤0.10%
O≤15×10-4%
余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述非调质钢的碳当量Ceq≤0.57%，所述碳当量Ceq按照如下公式进行计算：
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，
式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为所述非调质钢中相应元素的质量百分比。
所述焊接电镀液压杆用非调质钢按质量百分比优选地由以下元素组成：
C：0.28～0.33％，Si：0.60～0.70%，Mn：1.20～1.40%，Cr：0.20～0.30％，V：0.06～0.10%，Ti：0.020～0.030％，P≤0.020％，S：0.010～0.035%，Alt：0.020～0.040%，Cu≤0.20％，Ni≤0.20％，Mo≤0.10％，O≤15×10-4%，余为Fe和不可避免的杂质。
上述非调质钢屈服强度为550～600Mpa；抗拉强度为810～900Mpa；延伸率为19～23%；收缩率为35～40%；冲击韧性值为40～80J/cm2；布氏硬度为200～260HB。
本发明提供的上述焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法采用电炉连铸工艺生产，包括包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序，其中：
在所述初炼工序中，控制终点C的含量为0.10～0.15wt%、P≤0.015wt%，Ni≤0.20wt%，Cu≤0.20wt%，Mo≤0.10wt%，而且钢水的出钢温度为1640～1650℃。
优选地，在所述精炼工序中，取一次样分析前喂入铝线进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线进行钙处理；精炼渣碱度为2.5～3.5，白渣保持时间为15～20分钟。
优选地，在所述VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.010～0.035wt%的S；在真空度18～20Pa保持15～20分钟进行真空处理；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为20-25min，以使氧含量降低至≤15×10－4%。
优选地，在所述连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1530～1540℃；连铸拉速控制为0.90～0.95mm/min；而且采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌。
优选地，在所述轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热时间为2～3h，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为850～980℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.0～1.5℃/s，下冷床堆冷温度为500～600℃。
本发明的有益效果：本发明提供的非调质钢是一种适用于焊接工艺的电镀液压杆用非调质钢，是Mn-V系非调质钢，通过主要强化元素Mn、Si、Cr，微合金元素V、Ti以及硫（S：0.010～0.035%）的优化，并控制钢的碳当量，钢的强塑性指标达到45调质钢水平，抗拉强度≥810Mpa，韧性≥40J/cm2，热轧钢材布氏硬度≥200HB；钢的切削加工性能优异，钢的焊接工艺性能良好。本发明提供的上述非调质钢的生产方法解决了由于S的加入带来的钢水可浇性困难、MnS偏析难以控制等技术难题，提高了钢的纯净度，保证了钢的性能质量及对氧含量的控制。本发明钢与45调质钢用于制造焊接电镀液压杆比较，无需热处理，热轧钢材可直接使用，显示了良好的综合机械性能、焊接性能、加工工艺性能和经济性，本发明钢属于一种节能环保型钢材。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
本发明提供的焊接电镀液压杆用非调质钢，按质量百分比由以下元素组成：
C：0.28～0.35% Si：0.30～0.80%
Mn：1.00～1.60% Cr：0.10～0.30%
V：0.06～0.20% Ti：0.015～0.10%
P≤0.020% S：0.010～0.035%
Alt：0.020～0.060% Cu≤0.20%
Ni≤0.20% Mo≤0.10%
O≤15×10-4%
余量为Fe和不可避免的杂质。
为保证良好的焊接性能，需要控制上述焊接电镀液压杆用非调质钢的碳当量Ceq≤0.57%，碳当量Ceq通过以下公式计算：
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，
式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中相应元素的含量（即质量百分比）。
本发明设计的焊接电镀液压杆用非调质钢属铁素体-珠光体型非调质钢，是在C-Mn结构钢成分基础上，添加V、Ti微合金化元素，并增加适量的Si、Mn、Cr合金元素。在铁素体-珠光体钢中，Mn可以使珠光体量增多，可以降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距，提高钢的强度；Mn还可以促进VN和VC溶解，降低固溶温度的作用。同时，因为Mn含量超过1.50～1.60（质量）%时，将促进贝氏体组织的形成，因此，设计Mn含量为1.00～1.60（质量）%。C对提高强度、硬度影响最大，但要控制含量，本发明钢适用于采用焊接工艺装配的电镀液压杆，为了保证钢材良好的焊接性能，要求控制钢的碳当量Ceq不大于0.57%，因此，设计C的含量为0.28～0.35（质量）%。该非调质钢属Mn-V系非调质钢，进行了微Ti复合处理，Ti含量约在0.02（质量）%时，具有最佳的抑制奥氏体晶粒粗化的效果，细化奥氏体晶粒；V和Ti复合加入可以提供钢的强韧性，改善铁素体-珠光体型非调质钢韧性不足的矛盾，因此，设计Ti的含量为0.015～0.10（质量）%。加入适量的Cr可以提供钢的淬透性，还可以使珠光体片间距减小，提高钢的韧性，因此，设计Cr的含量为0.10～0.30（质量）%。为改善微合金非调质钢的切削加工性能，同时不损害焊接部性能，加入适量S易切削元素，可在钢中形成MnS夹杂物提高切削性能，因此，设计S含量为0.010～0.035（质量）%。Ni、Cu、Mo为残余元素，为减少危害，控制Ni≤0.20（质量）%，Cu≤0.20（质量）%，Mo≤0.10（质量）%。为提高钢的纯净度，本发明还对氧含量提出了控制要求，即控制O的含量≤15×10－4（质量）%。
在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，优选地，本发明的焊接电镀液压杆用非调质钢按质量百分比由以下元素组成：
C：0.28～0.33％，Si：0.60～0.70%，Mn：1.20～1.40%，Cr：0.20～0.30％，V：0.06～0.10%，Ti：0.020～0.030％，P≤0.020％，S：0.010～0.035%，Alt：0.020～0.040%，Cu≤0.20％，Ni≤0.20％，Mo≤0.10％，O≤15×10-4%，余为Fe和不可避免的杂质。
本发明钢的强塑性指标达到45调质钢水平，其中，屈服强度Rel≥550Mpa，最高可达到600MPa；抗拉强度Rm≥810Mpa，最高可达到900Mpa，优选在820～900MPa；延伸率A≥19%，最大可达到23%；收缩率Z≥35%，最大可达到40%；冲击韧性值ak≥40J/cm2，最大可达到80J/cm2，优选在60～80J/cm2；布氏硬度≥200HB，最大可达到260HB，优选230～250HB。
本发明提供的上述焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法采用电炉连铸工艺生产，包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序：
在所述初炼工序中，采用电炉冶炼，控制终点C的含量为0.10～0.15wt%，P≤0.015wt%，Ni≤0.20wt%，Cu≤0.20wt%，Mo≤0.10wt%，而且钢水的出钢温度为1640～1650℃。
优选地，在所述精炼工序中，采用LF炉外精炼，取一次样分析前喂入铝线2.0～2.2m/t钢进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线1.5～1.8m/t钢进行钙处理，这样有利于连铸改善钢水可浇性，同时，通过钢中增加Si含量提高Ca在钢水中的溶解度，为后期硫化物形态控制准备条件；精炼渣碱度为2.5～3.5，白渣保持时间为15～20分钟。
优选地，在所述VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.010～0.035wt%的S；在真空度18～20Pa保持15～20分钟进行真空处理；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为20-25min，以使氧含量降低至≤15×10－4%。
优选地，在所述连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1530～1540℃，保持稍高的过热度可确保钢水良好的可浇性；适当降低连铸拉速，将其控制为0.90～0.95mm/min；并采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌，确保铸坯良好的组织和表面质量。
优选地，在所述轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，均热时间为2～3h，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为850～980℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.0～1.5℃/s，下冷床堆冷温度为500～600℃，更优选上述参数为：钢坯在加热炉的均热温度为1150～1180℃，均热时间为2.6h，开轧温度为1100～1130℃，终轧温度为900～950℃；轧后钢材冷却速度为1.0～1.2℃/s，下冷床堆冷温度500～550℃。
以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。
本发明提供的焊接电镀液压杆用非调质钢的规格优选为Φ20-Φ70mm。
下面列举几个实施例。
本发明提供的焊接电镀液压杆用非调质钢，采用UHP超过功率电炉初炼、LF炉外精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯，轧制成材工艺生产钢材。实施例是以Φ50mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。
实施例1
该实施例生产的焊接电镀液压杆用非调质钢的成分及含量见表1。
具体生产方法如下：采用电炉连铸工艺生产，包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序：
在初炼工序中，采用电炉冶炼，控制终点C的含量为0.10wt%，P的含量为0.009wt%，Ni的含量为0.10wt%，Cu的含量为0.09wt%，Mo的含量为0.05wt%，而且钢水的出钢温度为1645℃。
在精炼工序中，采用LF炉外精炼，取一次样分析前喂入铝线2.1m/t钢进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线1.6m/t钢进行钙处理；精炼渣碱度为3.4，白渣保持时间为18分钟。
在VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.026wt%的S；真空度为20Pa，真空保持时间为19分钟；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为20min，以使氧含量降低至≤15×10-4wt%。
在连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1530℃，连铸拉速为0.90mm/min；并采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌，以确保铸坯良好的组织和表面质量。
在轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1150℃，均热时间为2.6h，开轧温度为1100℃，终轧温度为950℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.0℃/s，下冷床堆冷温度为530℃。
实施例2
该实施例生产的焊接电镀液压杆用非调质钢的成分及含量见表1。
具体生产方法如下：采用电炉连铸工艺生产，包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序：
在初炼工序中，采用电炉冶炼，控制终点C的含量为0.12wt%，P的含量为0.010wt%，Ni的含量为0.08wt%，Cu的含量为0.05wt%，Mo的含量为0.03wt%，而且钢水的出钢温度为1641℃。
在精炼工序中，采用LF炉外精炼，取一次样分析前喂入铝线2.2m/t钢进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线1.8m/t钢进行钙处理；精炼渣碱度为3.5，白渣保持时间为20分钟。
在VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.030wt%的S；真空度为20Pa，真空保持时间为20分钟；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为22min，以使氧含量降低至≤15×10-4wt%。
在连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1532℃，连铸拉速为0.91mm/min；并采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌，以确保铸坯良好的组织和表面质量。
在轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1180℃，均热时间为2.6h，开轧温度为1120℃，终轧温度为930℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.1℃/s，下冷床堆冷温度为550℃。
实施例3
该实施例生产的焊接电镀液压杆用非调质钢的成分及含量见表1。
具体生产方法如下：采用电炉连铸工艺生产，包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序：
在初炼工序中，采用电炉冶炼，控制终点C的含量为0.12wt%，P的含量为0.009wt%，Ni的含量为0.03wt%，Cu的含量为0.05wt%，Mo的含量为0.07wt%，而且钢水的出钢温度为1640℃。
在精炼工序中，采用LF炉外精炼，取一次样分析前喂入铝线2.2m/t钢进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线1.5m/t钢进行钙处理；精炼渣碱度为3.2，白渣保持时间为20分钟。
在VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.029wt%的S；真空度为20Pa，真空保持时间为18分钟；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为21min，以使氧含量降低至≤15×10-4wt%。
在连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1535℃，连铸拉速为0.93mm/min；并采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌，以确保铸坯良好的组织和表面质量。
在轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1180℃，均热时间为2.6h，开轧温度为1115℃，终轧温度为920℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.1℃/s，下冷床堆冷温度为520℃。
对实施例1-3的方法得到的焊接电镀液压杆用非调质钢的有关性能进行实验测定，结果参见表2，有关性能测试的方法采用GB/T228《金属拉伸试验方法》、GB/T229《金属夏比缺口冲击试验方法》和GB/T231《金属布氏硬度试验方法》，表2的测定结果是按标准要求测定的两支试样的结果。
表1本发明非调质钢有关化学成分的含量（质量，％）
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | V | Ti | Ni | Cu | Mo | O | Alt |
| 实施例1 | 0.32 | 0.45 | 1.40 | 0.012 | 0.026 | 0.22 | 0.12 | 0.025 | 0.03 | 0.05 | 0.06 | 0.0010 | 0.025 |
| 实施例2 | 0.30 | 0.50 | 1.42 | 0.014 | 0.030 | 0.20 | 0.11 | 0.030 | 0.04 | 0.02 | 0.05 | 0.0011 | 0.024 |
| 实施例3 | 0.31 | 0.49 | 1.45 | 0.011 | 0.029 | 0.21 | 0.10 | 0.027 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.0009 | 0.022 |
表2本发明非调质钢的性能
Claims (9)
1.一种焊接电镀液压杆用非调质钢，其特征在于，按质量百分比由以下元素组成：
C：0.28～0.35% Si：0.30～0.80%
Mn：1.00～1.60% Cr：0.10～0.30%
V：0.06～0.20% Ti：0.015～0.10%
P≤0.020% S：0.010～0.035%
Alt：0.020～0.060% Cu≤0.20%
Ni≤0.20% Mo≤0.10%
O≤15×10-4%
余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的焊接电镀液压杆用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的碳当量Ceq≤0.57%，所述碳当量Ceq按照如下公式进行计算：
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，
式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为所述非调质钢中相应元素的质量百分比。
3.根据权利要求1所述的焊接电镀液压杆用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢屈服强度为550～600Mpa；抗拉强度为810～900Mpa；延伸率为19～23%；收缩率为35～40%；冲击韧性值为40～80J/cm2；布氏硬度为200～260HB。
4.根据权利要求1所述的焊接电镀液压杆用非调质钢，其特征在于，按质量百分比由以下元素组成：
C：0.28～0.33％，Si：0.60～0.70%，Mn：1.20～1.40%，Cr：0.20～0.30％，V：0.06～0.10%，Ti：0.020～0.030％，P≤0.020％，S：0.010～0.035%，Alt：0.020～0.040%，Cu≤0.20％，Ni≤0.20％，Mo≤0.10％，O≤15×10-4%，余为Fe和不可避免的杂质。
5.权利要求1-4任一所述焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法，采用电炉连铸工艺，包括初炼工序、精炼工序、VD真空脱气工序、连铸工序以及轧制工序，其特征在于，
在所述初炼工序中，控制终点C的含量为0.10～0.15wt%、P≤0.015wt%，Ni≤0.20wt%，Cu≤0.20wt%，Mo≤0.10wt%，而且钢水的出钢温度为1640～1650℃。
6.根据权利要求5所述的焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法，其特征在于，
在所述精炼工序中，取一次样分析前喂入铝线进行脱氧；在LF炉出钢前喂入硅钙线进行钙处理；精炼渣碱度为2.5～3.5，白渣保持时间为15～20分钟。
7.根据权利要求5所述的焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法，其特征在于，
在所述VD真空脱气工序中，按照S含量控制要求，喂入硫线，以使钢水中含有0.010～0.035wt%的S；在真空度18～20Pa保持15～20分钟进行真空处理；VD真空脱气结束时对钢水进行软吹氩处理，时间为20-25min，以使氧含量降低至≤15×10－4%。
8.根据权利要求5所述的焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法，其特征在于，
在所述连铸工序中，采用连铸全程保护浇注，中间包钢水温度控制在1530～1540℃；连铸拉速控制为0.90～0.95mm/min；而且采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌。
9.根据权利要求5-8任一所述的焊接电镀液压杆用非调质钢的生产方法，其特征在于，
在所述轧制工序中，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热时间为2～3h，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为850～980℃；轧后钢材上冷床，冷却速度为1.0～1.5℃/s，下冷床堆冷温度为500～600℃。
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