CN104087825A - 一种易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及wt%为：C:0.35～0.47%、Si:0.10～0.40%、Mn:0.5～0.8%、P≦0.035%、S≦0.035%、B:0.0010～0.0030%、N:0.002～0.005%、Al:0.010～0.035%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯自然堆垛冷却至室温；对铸坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温待用。本发明无需调质处理就可达到用户所需的力学性能，且由于BN的析出在切削时起到润滑作用，故改善了切削性能。

Description

一种易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种低合金活塞杆用钢及其生产方法，具体属于一种易切削型低合金活塞杆用钢其生产方法。

背景技术

随着竞争的日益加剧，活塞杆生产制造朝着高效率、低成本、短流程方向发展。当减震器活塞杆需要承受较大冲击力、重载荷传动时，一般用40Cr钢制造，其强度高耐磨性好，但机械加工性能一般，且价格偏贵；选择使用45钢制造，强度适中，加工性能尚可，但使用45钢时为了提高材料的工作强度和改善机械加工性能需要调质热处理，不仅加工周期长且污染大自然环境。目前常见的活塞杆用钢均存在着一定的不足。根据活塞杆加工直径、抗拉强度、断面收缩率，结合适当的拉拔工艺，使之在材料表面形成一层冷作硬化层，提高材料强度和表面耐磨性，同时避免因切削加工时引起的烧伤。在此背景下，开发出抗拉强度550~610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0.3mm的低合金活塞杆用钢，采用此钢可生产出工艺简单、操作简易、加工性能优良、强度高而生产成本低廉的活塞杆。中国专利申请号为CN201210585823的专利文献，公开了一种应用于推土机油缸活塞杆的非调质钢，其特征在于由如下重量百分比的组分组成，碳0.33%，硅0.36%，锰1.17%，矾0.1%，硫0.027%，磷≤0.0165%，钼≤0.011%，余量为铁和少量不可避免的杂质。其缺点是成分单一，操作难度大，同时切削性能比45钢还差，晶粒粗大,不利于切削。日本专利申请号为JP1991167131A的专利文献，公开了一种冲压用活塞杆用钢，包括如下化学成分：C 0.22-0.32%，Si≤0.15%，Mn≤0.60%，P≤0.020%，S≤0.020%，Ni 3.25-4.20%，Cr 1.25-2.00%，Mo 0.20-0.60%，V≤0.17%，其余为铁和不可避免杂质；相比传统的活塞杆材料SNCM439和SCM440具有更好的使用寿命和冲击性能。其均能满足抗拉强度在550~610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0.3mm的要求，但是该钢切削性能没有得到改进，与45钢切削性能相比，相差无几。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证其力学性能的前提下，具有优良的切削性能，并且晶粒≥10级的易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法。

本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究其结果，为了即使在保证基本性能的前提下，还能实现具有优良的切削性能，及晶粒≥10级的目的，因此提出了在成分方面主要是采用了添加微量的B元素，使其与钢中的氮原子形成细小的发挥BN的析出强化作用，这些氮化物在奥氏体转化为铁素体和珠光体的过程中和转变后逐渐析出，起到细化室温组织的作用，并阻碍晶格中的位错运动，产生沉淀强化的作用，最终达到改进钢的强韧性，同时BN的析出物在切削时能够在刀具口上起到润滑；工艺方面主要是采取了低温轧制，即：粗轧开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度不高于880℃的措施。低温轧制是将钢坯加热到低于常规加热温度。如果轧制温度太低，一是使微合金化元素固溶不彻底而需要延长加热时间，二是轧制时轧机需要更大轧制力而降低设备的服役时间；如其温度太高，则达不到低温的轧制目的；终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化、性能得到改善，所以终轧温度不高于880℃。

实现上述目的的措施：

一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及重量百分比含量为： C: 0.35～0.47%、Si :0.10～0.40%、Mn: 0.5～0.8%、P≦0.035%、S≦0.035%、B: 0.0010～0.0030%、N :0.002～0.005%、Al:0.010～0.035%，其余为Fe和杂质元素。

优选地：当钢筋的直径为大于Φ25mm至Φ40mm规格时，C：0.40～0.47%、Si：0.25～0.40%、Mn：0.65～0.8%、B：0.0018～0.0030%、N：0.003～0.005%。

生产一种易切削型低合金活塞杆用钢的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1050～1150℃，加热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度不超过880℃，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直径成负相关关系；

6）自然空冷至室温待用。

本发明中各元素及主要工序的作用

C：C是提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0.35%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.47%，会产生塑性和韧性下降，因此，本发明C选择在0.35~0.47%。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，故Si含量不宜过高，所以选择Si的范围在0.1～0.4%

Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时会使钢产生白点，所以选择Mn的范围在0.5～0.8%；

P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的延展性和韧性，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≦0.035%；P易在晶界偏析，增加钢的脆性，使冲击性能大幅下降，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≦0.035%。

B：钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂，提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，提高材料的韧性； B与N形成BN的析出增加钢的强度，同时BN的析出物在切削时能够在刀具起到润滑作用；加硼还可以有利于减少铸坯的化学成分不均匀性、细化柱状晶体，减轻时效硬化作用。因此，为了尽量减少加入的硼对工艺的影响，硼的控制量在 0.0010～0.0030%范围。

Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量过低，细化作用不明显，Al含量过高，降低了钢液的流动性，形成大量的Al₂O₃会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在0.010～0.035%，

N: 作为BN析出必需的元素，为了保证一定的析出量，所以选择N的范围在0.003～0.005%。

之所以采用低温轧制即粗轧开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度不高于880℃的措施制减少铸坯烧损，降低成本，减少脱碳层，提高成品的表面质量，晶粒细化，改善产品性能等作用。

本发明与现有技术相比，无需调质处理就可达到用户所需的力学性能，且由于BN的析出在切削时起到润滑作用，故改善了切削性能。

附图说明

附图为本发明的金相组织图；

本发明铁素体晶粒度10-10.5级，说明BN的析出强化起到很好的细化晶粒作用。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

对实施例1的铸坯尺寸为280×320mm外，均采用200×200mm的方坯；

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能监测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1050～1150℃，加热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度不超过880℃，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直径成负相关关系；

6）自然空冷至室温待用。

表1    本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）

表2   本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

注：本发明钢种的参考液相温度为1500℃

表3   本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表

从表3可以看出，本发明的屈服强度普遍比45钢屈服强度高，断面收缩相差无几，但脱碳层深度更浅，冲击性能也大大优于45钢。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及重量百分比含量为： C: 0.35～0.47%、Si :0.10～0.40%、Mn: 0.5～0.8%、P≦0.035%、S≦0.035%、B: 0.0010～0.0030%、N :0.002～0.005%、Al:0.010～0.035%其余为Fe和杂质元素。

2.如权利要求1所述的一种易切削型低合金活塞杆用钢，其特征在于：当钢筋的直径大于Φ28mm至Φ40mm规格时，C：0.40～0.47%、Si：0.25～0.40%、Mn：0.65～0.8%、B：0.0018～0.0030%、N：0.003～0.005%。

3.生产一种易切削型低合金活塞杆用钢的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1050～1150℃，加热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度不超过880℃，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直径成负相关关系；

6）自然空冷至室温待用。