CN109072388A - 用于高耐磨汽车链节板的铌铬低合金碳钢 - Google Patents

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Abstract

用于汽车链节板的铌铬低允许碳钢具有提高的耐磨性。在一个优选的实施例中，钢组合物包括铌、铬、碳、铁和任何杂质。包括这些组分的一种优选的组合物包括按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.20％到2.0％的铬、约0.26％到1.5％的铌，并且该组合物的其余组分是铁。还可能存在微量杂质。在另一个实施例中，钢组合物包括按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且该组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。

Description

用于高耐磨汽车链节板的铌铬低合金碳钢
技术领域
本发明涉及钢组合物领域。更具体地，本发明涉及用于汽车链节板的钢组合物。
背景技术
人们已经付出了很多努力来研发耐磨链。一个目的是降低将用于汽油直喷(DI)发动机和柴油发动机中的下一代发动机正时链的磨损和摩擦损失。在这些类型的发动机中的当前生产的链具有较高的磨损或链拉长率以及摩擦损失，这导致发动机燃料效率较差并且排放较高，或者甚至由于拉长的链失灵(其可导致跳齿)导致发动机故障，从而导致车辆安全问题。现有技术主要涉及链销研发，例如碳化钒(VC)销或VC涂层销以及不锈钢渗氮(SSN)销技术。本领域需要用于汽油直喷和柴油发动机的更耐用的正时链。
发明内容
用于汽车链节板的最佳钢组合物具有提高的耐磨性。该组合物优选地为含有铌和铬的低合金碳钢。
在一个实施例中，钢组合物包括按重量百分比计的约0.25％-0.75％的碳、约0.20％-2.0％的铬、约0.26％-1.5％的铌，并且该组合物的其余部分是铁和任何杂质。该组合物还可以任选地包括下列中的一种或多种：约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷，或者最多约0.03％的硫。
在另一个实施例中，钢组合物包括按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％-1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且该组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。
本文所述的组合物优选地用于汽车链节板。优选地通过油淬火和回火或盐浴等温淬火和/或马氏体淬火(优选地通过盐浴等温淬火和/或马氏体淬火)的方式将链节热处理到HRc 50到60范围内的硬度。
附图说明
图1示出了可以使用本文所述的组合物制造的链节/链节板的示例。
图2示出了可以使用本文所述的组合物制造的包括链节的无声链的示例。
图3A示出了可以使用本文所述的组合物制造的滚子链的示例的俯视图。
图3B示出了图3A的滚子链的侧视图。
图3C示出了沿图3A的线3C-3C的滚子链的截面。
图4A示出了可以使用本文所述的组合物制造的套筒链的示例的俯视图。
图4B示出了图4A的套筒链的侧视图。
图4C示出了沿图4A的线4C-4C的套筒链的截面。
具体实施方式
用于汽车链节板的最佳钢组合物具有提高的耐磨性。该组合物优选地为铌铬低合金碳钢。用该组合物制成的链节板优选用于无声链、滚子链或套管链。
在一个优选的实施例中，钢组合物包括铌、铬、碳、铁和任何杂质。包括这些组分的一种优选的组合物包括按重量百分比计的约0.25％-0.75％的碳、约0.20％-2.0％的铬、约0.26％-1.5％的铌，并且该组合物的其余组分是铁。由组合物中其他组分构成的组合物的重量百分比的其余部分不是组合物中铁的量。还可能存在微量杂质。
该组合物还可包括一种或多种下列附加组分(按重量百分比计)：约0.2％-2.0％的锰、约0.05％-0.60％的硅、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷，以及最多0.03％的硫。由组合物中其他组分构成的组合物的重量百分比的其余部分不是组合物中铁的量。
使用该钢组合物制成的链节板优选地将硬度热处理到HRc 50到60范围内。在一些实施例中，优选地通过油淬火和回火或盐浴等温淬火和/或马氏体淬火(优选地通过盐浴等温淬火和/或马氏体淬火)的方式进行热处理。在一些实施例中，硬度在HRc 52到58的范围内。
在一个优选的实施例中，该组合物包括以下百分比(wt％重量百分比)的材料：
铝、磷和硫的百分比优选地为这些材料中的每一种中的最大量。磷和硫是钢中的杂质，并且优选地为零或尽可能接近零。铝也是杂质，并且除在特殊应用中外，应尽可能保持低含量。钢组合物的其余部分由铁和任何其他杂质组成。
钢组合物总是具有杂质和夹杂物，包括但不限于硫化物(MnS)、氧化铝和硅酸盐。存在着评估夹杂物的行业标准。其中最常见的一种是ASTM E45。使用该标准或其他行业标准来将杂质的量控制在可接受的水平。
由组合物中其他组分构成的组合物的重量百分比的其余部分不是组合物中铁的量。将该钢组合物的链节板热处理到HRc 50-60的硬度。在一些优选的实施例中，使用油淬火和回火或盐浴等温淬火和/或通过盐浴的马氏体淬火进行热处理。在一些实施例中，硬度在HRc 52到58的范围内。
本文所述的用于链节的钢组合物填充间隙以进一步提高链的耐磨性。该组合物包括碳、铌、铬和铁。组合物的钢优选地具有0.25％到0.75重量％范围的碳，这使得钢在热处理后可硬化。在一些优选的实施例中，碳的重量百分比范围为0.5％-0.6％。
该组合物还优选地包括范围为0.2％-2.0重量％的铬，这提高了钢的淬透性并使该钢适合于作为硬化选项的油淬火和回火或等温淬火和马氏体淬火。在一些优选的实施例中，铬的重量百分比范围为0.4％-0.6％。
该组合物还优选地包括0.26％到1.5重量％范围的重量百分比的铌。在一些优选的实施例中，按重量百分比计，铌含量在约0.26％到0.8％之间。在其他实施例中，组合物中的铌重量百分比在0.5％到1.5％之间。在其他实施例中，按重量百分比计，铌含量在约0.5％到0.8％之间。
钢组合物中的铌含量不仅抑制了钢的晶粒生长，而且产生了细晶粒高强度钢，铌在热处理后也形成纳米级碳化铌颗粒。经过适当热处理，铌含量的增加导致产生了更多的碳化铌沉淀。如果使用等温淬火或马氏体淬火工艺进行热处理，这些颗粒将变得特别普遍，因为铌在钢中的溶解度有限(在压铸铁中最大为1.5％)，并且溶解度在热处理期间随温度的降低而降低。当碳化物在亚微米和纳米级颗粒的钢基体中均匀分布时，钢的耐磨性大大增加而不会对其抗疲劳性能产生负面影响，这对于无声链节是非常需要的。结果是，链节板的耐磨性显著提高。
该组合物还可包括一种或多种下列附加组分(按重量百分比计)：约0.2％-2.0％的锰、约0.05％-0.60％的硅、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷，以及最多0.03％的硫。由组合物中其他组分构成的组合物的重量百分比的其余部分不是组合物中铁的量。
在一个优选的实施例中，该组合物包括以下百分比(wt％重量百分比)的材料：
在这些实施例的一些中，碳重量百分比范围为0.5％-0.6％，铬重量百分比范围为0.4％-0.6％，和/或按重量百分比计的铌含量范围为从0.26％到0.8％。在其他实施例中，按重量百分比计，铌含量大于0.5％。在其他实施例中，按重量百分比计，铌含量在约0.5％到0.8％之间。由组合物中其他组分构成的组合物的重量百分比的其余部分不是组合物中铁的量。
图1示出了可以使用本文所述的组合物制造的链节板1的示例。图2示出了可以使用本文所述的组合物制造的包括链节1的无声链10的示例。该链包括引导或外部链节A和内部链节B，以及销2。可以由本文所述的组合物制成无声链10的任何部件。
图3A-图3C示出了具有套筒35的滚子链20的示例，它们可以使用本文所述的组合物制成。滚子链20包括引导链节30、套筒链节31、滚子32、销33、34和套筒35。可以由本文所述的组合物制成滚子链20的任何部件。
图4A-图4C示出了具有套筒45的套筒链25的示例，它们可以使用本文所述的组合物制成。套筒链25包括引导链节40、套筒链节41、销43和套筒45。可以由本文所述的组合物制成套筒链25的任何部件。
在优选的实施例中，本文所述的组合物用于制造无声链内部链节B，其与销2铰接并且具有磨损问题。虽然没有必要将本文所述的钢组合物也用于引导链节A，但该组合物也可用于引导链节A.
在其他实施例中，本文所述的组合物用于制造在滚子链20或套筒链25中的套筒35、45。组合物还可以或替代地用于制造链节30、31、40、41、滚子32和/或这些类型的链的其他部件。
使用本文所述的钢组合物制成的链节板优选地热处理到HRc 50到60范围内的硬度。在一些实施例中，通过油淬火和回火或盐浴等温淬火和/或马氏体淬火(优选地通过盐浴等温淬火和/或马氏体淬火)的方式对组合物进行热处理。在一些实施例中，链节板的硬度在HRc 52到58的范围内。
在一些实施例中，用本文所述组合物制成的链节板与高级销技术结合使用，包括但不限于VC销或SSN销。
在一些实施例中，该组合物不包括钨(W)。在一些实施例中，该组合物不包括任何钼(Mo)。在一些实施例中，该组合物不包括钛(Ti)、镍(Ni)和/或硼(B)。
本文所述的链节板组合物产生了更耐磨的链。由于本文所述的钢组合物提高了耐磨性，因此不必涂覆由该组合物制成的链节板。这减少了与昂贵的涂覆工艺相关的成本和时间。
因此应当理解，本文所述的本发明的实施例仅说明了本发明的原理的应用。本文对所示实施例的细节的参考并不旨在限制权利要求的范围，权利要求本身叙述的那些特征被认为是本发明的实质。

Claims (44)

1.一种钢组合物，其包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬，铁以及任何杂质。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中碳的重量百分比的范围为约0.5％到0.6％。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中铬的重量百分比的范围为约0.4％到0.6％。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中铌的重量百分比大于0.5％。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中铌的重量百分比的范围为约0.26％到0.8％。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.2％到1.0％的锰。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.05％到0.60％的硅。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的选自由下列组成的组的至少一种杂质：
a)最多约0.3％的铝；
b)最多约0.03％的磷；
c)最多约0.03％的硫；以及
d)最多约0.3％的铝、最多约0.03％的磷和最多约0.03％的硫的任何组合。
9.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含约0.2％到1.0％的锰和约0.05％到0.60％的硅。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中使用选自由油淬火和回火、盐浴等温淬火和盐浴马氏体淬火组成的组的方法使所述组合物硬化。
11.一种包含钢组合物的链节，所述钢组合物包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬，铁以及任何杂质。
12.根据权利要求11所述的链节，其中所述链节具有HRc 50到60的硬度。
13.根据权利要求12所述的链节，其中所述链节具有HRc 52到58的硬度。
14.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物中碳的重量百分比的范围为约0.5％到0.6％。
15.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物中铬的重量百分比的范围为约0.4％到0.6％。
16.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物中铌的重量百分比大于0.5％。
17.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物中铌的重量百分比的范围为约0.26％到0.8％。
18.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.2％到1.0％的锰。
19.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.05％到0.60％的硅。
20.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的选自由下列组成的组的至少一种杂质：
a)最多约0.3％的铝；
b)最多约0.03％的磷；
c)最多约0.03％的硫；以及
d)最多约0.3％的铝、最多约0.03％的磷和最多约0.03％的硫的任何组合。
21.根据权利要求11所述的链节，其中所述组合物进一步包含约0.2％到1.0％的锰和约0.05％到0.60％的硅。
22.一种包括多个链节的链，每个链节包含钢组合物，所述钢组合物包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬，铁以及任何杂质。
23.根据权利要求22所述的链，其中所述链节具有HRc 50到60的硬度。
24.根据权利要求23所述的链，其中所述链节具有HRc 52到58的硬度。
25.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物中碳的重量百分比的范围为约0.5％到0.6％。
26.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物中铬的重量百分比的范围为约0.4％到0.6％。
27.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物中铌的重量百分比大于0.5％。
28.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物中铌的重量百分比的范围为约0.26％到0.8％。
29.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.2％到1.0％的锰。
30.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的约0.05％到0.60％的硅。
31.根据权利要求23所述的链，其中所述组合物进一步包含按重量百分比计的选自由下列组成的组的至少一种杂质：
a)最多约0.3％的铝；
b)最多约0.03％的磷；
c)最多约0.03％的硫；以及
d)最多约0.3％的铝、最多约0.03％的磷和最多约0.03％的硫的任何组合。
32.根据权利要求23所述的链，进一步包含约0.2％到1.0％的锰和约0.05％到0.60％的硅。
33.一种组合物，其包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且所述组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。
34.根据权利要求33所述的组合物，其中所述组合物中碳的重量百分比的范围为约0.5％到0.6％。
35.根据权利要求33所述的组合物，其中所述组合物中铬的重量百分比的范围为约0.4％到0.6％。
36.根据权利要求33所述的组合物，其中所述组合物中铌的重量百分比的范围为约0.26％到0.8％。
37.一种包含组合物的链节，所述组合物包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且所述组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。
38.根据权利要求37所述的链节，其中所述链节具有HRc 50到60的硬度。
39.根据权利要求38所述的链节，其中所述链节具有HRc 52到58的硬度。
40.一种包括多个链节的链，每个链节包含钢组合物，所述钢组合物包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且所述组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。
41.根据权利要求40所述的链，其中所述链节具有HRc 50到60的硬度。
42.根据权利要求41所述的链，其中所述链节具有HRc 52到58的硬度。
43.一种生产链节的方法，其包含将钢组合物热处理到HRc 50到60的硬度的步骤，所述钢组合物包含按重量百分比计的约0.25％到0.75％的碳、约0.2％到1.0％的锰、约0.05％到0.60％的硅、约0.26％到1.5％的铌、约0.20％到2.0％的铬、最多约0.30％的铝、最多约0.03％的磷、最多约0.03％的硫，并且所述组合物的其余部分是铁和任何其他杂质。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述热处理步骤使用选自由油淬火和回火、盐浴等温淬火和盐浴马氏体淬火组成的组的方法。
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