CN109182650A - 一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，采用工艺路线为转炉+LF炉+VD炉或RH炉。钢的化学成分重量百分比为C=0.39‑0.41，Si=0.20‑0.30，Mn=0.74‑0.80，P≤0.015，S≤0.010，Cr=1.10‑1.16，Mo=0.18‑0.24，[Ni≤0.25，Al≤0.020，Ca≤0.0010，Ti≤0.0045，N≤0.0050，O≤0.0020，Cu≤0.20，Sn≤0.010，As≤0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq=0.79‑0.82，理想临界值DI=125±5mm。本发明采用LF+VD/RH复合精炼技术，严格控制钢水的纯净度，并采用高温大压下轧制缓冷新技术，生产的汽车曲轴用42CrMoH钢，其疲劳台架试验达到100万次无损坏，产品可广泛应用于制造汽车曲轴等关键部分零件。

Description

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种保淬透性汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法。

技术背景

汽车曲轴是汽车的关键部分，它直接影响汽车行驶的可靠性与安全性，因此必须具有足够的强度、刚度、淬透性和抗疲劳性能。因此，汽车曲轴用钢CrMo系列是使用档次高和质量要求高的特钢产品。汽车曲轴用42CrMo钢作为为高档合金材料，要求有高的淬透性和疲劳寿命，对钢材的表面、内部以淬透性和及疲劳寿命要求比较高。按照中国国标QC/T513-1999《汽车曲轴用台架疲劳寿命试验方法》和QC/T483-1999《汽车曲轴疲劳寿命限值》中标准要求：汽车曲轴疲劳寿命同时达到B5不小于30万次（或B10不小于38万次）和B50不小于70万次的双指标为合格品。

发明内容

本发明旨在提供一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，其圆钢代表规格为φ70mm，锻造成汽车前轴零件后要求调质硬度30-36HRC，淬透性和抗疲劳寿命优良，锻件表面喷丸强化处理、晶粒度5-8级、曲轴总成疲劳寿命试验达100万次无损坏。

发明的技术方案：

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，采用工艺路线为转炉+LF炉+VD炉或RH炉。钢的化学成分重量百分比为C=0.39-0.41，Si=0.20-0.30，Mn=0.74-0.80，P≤0.015，S≤0.010，Cr=1.10-1.16，Mo=0.18-0.24，[Ni≤0.25，Al≤0.020，Ca≤0.0010，Ti≤0.0045，N≤0.0050，O≤0.0020，Cu≤0.20，Sn≤0.010，As≤0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq=0.79-0.82，理想临界值DI=125±5mm。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≥0.10，[P]≤0.010，采用LF+VD炉或RH炉精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥20min，精炼渣碱度CaO/SiO₂≥2.5；VD/RH真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间不小于12min，出站钢水[N]≤45ppm，[H]≤2ppm，[O]≤15ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15℃～25℃，铸坯尺寸为300 mm×430mm；

加热：铸坯加热段温度1170～1210℃，加热段时间≥80min；均热段温度1180～1220℃之间，均热段时间≥80min。

轧制：800轧机采用大压下进行轧制，增加初轧压下量，一、二道次压下量分别按65mm、60mm控制；开轧温度≥1000℃，终轧温度≥850℃。

冷却：轧后圆钢采用密排进保温罩缓冷，冷速≤0.13℃/s；进保温罩温度730~750℃，在保温罩时间≥35min，出保温罩后快速入坑缓冷。

精整：超声波探伤+磁粉表面探伤+扒皮。

发明原理：

本发明主要从以下几方面来提高产品的淬透性和疲劳寿命：

化学成分的设计。含碳量在化学成分中对淬透性和疲劳极限的影响是主要的，疲劳极限随含碳量的增加而升高，钢中合金元素能够提淬透性、高塑性和韧性，缩小含碳量的波动范围，提高合金Mn、Cr、Mo元素的含量，并适当加入提高冲击韧性的Ni元素，对疲劳强度是有利的。

降低钢中非金属夹杂物。钢中由于非金属夹杂物的存在,破坏了金属基体的连续性,易产生应力集中,成为金属疲劳的发源地。裂纹多数产生在氧化物、点状夹杂物和基体之间,当应力足够大时就产生裂纹,并迅速扩展而破坏。非金属夹杂物塑性越低,形状越尖棱,则应力集中也就越大。为了提高产品的淬透性和疲劳寿命，控制好真空脱气处理和炉外精炼，减少非金属夹杂物的含量、改变夹杂物类型和分布状态。

钢种硫含量的控制。钢中的硫化物几乎全部以硫化物形态存在。一些研究表明，钢中呈椭球状的MnS夹杂物能够包裹危害较大的氧化物夹杂, 形成氧化物-硫化物共生夹杂物，当硫化物与氧化物共生时，则残余应力较低，压应力的作用也小,这将阻碍裂纹的发生,材料也就增强了抵抗外来应力的能力,提高材料的疲劳寿命。适当提高钢中的硫含量，则钢中的化合硫相应增高，增加氧化物被硫化物包围的机会，导致共生夹杂数量增多，减少了氧化物对疲劳寿命的影响。

降低钢中气体含量、残余元素Ti、Ca含量。钢中气体含量是影响材质的重要因素，钢中含氧量增高，弯曲疲劳和接触疲劳寿命在高应力作用下随之降低。钢种氮含量过高容易形成氮化物：氮化钛、氮化铝夹杂。钢中氢含量越高，在轧后的冷却过程中,通过氢原子的扩散输运的富集, 越容易产生白点断裂。通过LF精炼和VD/RH抽真空处理将钢水中的活度氧含量控制在5ppm以内，氢含量控制在1.5ppm以内。氧含量控制在50ppm以氧含量控制在5ppm以内。Ti是形成氮化物的最强元素之一， Ti留在钢中形成多棱角的夹杂物，Ca容易形成硬质点夹杂，这两种夹杂物容易引起局部应力集中，产生疲劳裂纹，因此要控制此两种元素的含量。

提高产品表面质量。由于疲劳裂纹经常从零构件的表面开始，产品表面产生的裂纹缺陷造成应力集中，造成疲劳失效。如存在表面划伤、微裂纹、脱碳等表面缺陷, 将会影响产品性能的均匀性, 从而大幅降低产品的疲劳寿命。提高产品的表面质量将明显提高产品的使用性能和使用寿命。

优化轧制工艺，提高产品晶粒度。晶粒越小，则单位体积内的晶界越多，晶界间的原子排列比晶粒内部更为紊乱，位错密度较高。一方面晶界对塑性变形(如滑移等)的阻碍作用增强，有利于强度的提高；另一方面晶粒越小、细、圆，钢丝的塑性越好。细晶粒可以提高产品的淬透性和强韧性，从而提高抗疲劳性能。

本发明的有益效果：本发明自创中碳高合金成分设计体系，LF+VD/RH复合精炼技术，严格控制钢水的纯净度，并采用高温大压下轧制缓冷新技术，生产的汽车曲轴用42CrMoH钢，经试制成汽车曲轴零件，其疲劳台架试验达到100万次无损坏，产品可广泛应用于制造汽车曲轴等关键部分零件；.本发明突破常规42CrMoH的生产工艺，利用一般钢厂现有设备和工艺条件可成功实现。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：

实施例1：

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为C=0.40，Si=0.22，Mn=0.76%，P=0.012，S=0.005，Cr=1.0932，Ti=0.0017，Ca=0.0002，Al=0.0137，Ni=0.08，Cu=0.0239，Mo=0.20，其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq=0.805，临界直径Di值=125；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.009，C=0.06，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间21min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.5；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间18min，出站钢水N=45ppm，H=1.2ppm，O=3.4ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度23℃。

加热：温度1190～1200℃，时间250min。

轧制：轧制规格φ70mm，800轧机采用大压下。

冷却：釆用三排密排进保温罩缓冷工艺，进罩温度740-760℃，保温时间40min。

钢材检验结果见表1~表3所示。

实施例2：

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为C=0.42，Si=0.27，Mn=0.75 ，P=0.0125%，S=0.0185，Cr=1.1043%，Ti=0.0035，Ca=0.0005，Al=0.0154，Ni=0.0848，Cu=0.0329，Mo=0.1832，其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq=0.8075，临界直径Di值=127。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.010，C=0.11，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间25min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.9；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间19min，出站钢水N=40ppm，H=1.1ppm，O=3.1ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度21℃。

加热：温度1180～1220℃，时间260min。

轧制：轧制规格φ70mm，采用800轧机大压下，生产工艺控制正常。

冷却：釆用两排密排进保温罩缓冷工艺（釆用三个保温罩），进罩温度730-760℃，保温时间42min。

钢材检验结果见表1~表3所示。

实例3：

一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为C=0.41，Si=0.28，Mn=0.75 ，P=0.0081，S=0.0187，Cr=1.1203，Ti=0.0038，Ca=0.0004，Al=0.0152，Ni=0.0786，Cu=0.0397，Mo=0.1745，其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq=0.8066，临界直径Di值=127。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.007，C=0.12，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间25min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.8；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间18min，出站钢水N=43ppm，H=1.2ppm，O=2.9ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度18℃。

加热：温度1190～1220℃，均热时间240min。

轧制：轧制规格φ70mm，采用800轧机大压下，生产工艺控制正常。

冷却：轧后采用两排密排进保温罩缓冷，进罩温度730-750℃

钢材检验结果见表1~表3所示。

表1 实施例中钢材的低倍组织检验情况

表2 实施例中钢材的末端淬透性、非金属夹杂物检验结果

表3 实施例中钢材的力学性能、脱碳、晶粒度检验结果

从表1~表3 的检验结果可见，采用本发明的方法生产的汽车曲轴用42CrMoH钢，各项检验指标较好，钢材气体含量，非金属夹杂物较低，能够很好的满足汽车曲轴超高淬透性和疲劳寿命的使用需求。

Claims (1)

1.一种汽车曲轴用钢42CrMoH的生产方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C=0.39-0.41，Si=0.20-0.30，Mn=0.74-0.80，P≤0.015，S≤0.010，Cr=1.10-1.16，Mo=0.18-0.24，[Ni≤0.25，Al≤0.020，Ca≤0.0010，Ti≤0.0045，N≤0.0050，O≤0.0020，Cu≤0.20，Sn≤0.010，As≤0.020%，Ceq=0.79-0.82，理想临界值DI=125±5mm；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≥0.10，[P]≤0.010，采用LF+VD炉或RH炉精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥20min，精炼渣碱度CaO/SiO₂≥2.5；VD/RH真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间不小于12min，出站钢水[N]≤45ppm，[H]≤2ppm，[O]≤15ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15℃～25℃，铸坯尺寸为300 mm×430mm；

加热：铸坯加热段温度1170～1210℃，加热段时间≥80min；均热段温度1180～1220℃之间，均热段时间≥80min；

轧制：800轧机采用大压下进行轧制，增加初轧压下量，一、二道次压下量分别按65mm、60mm控制；开轧温度≥1000℃，终轧温度≥850℃；

冷却：轧后圆钢采用密排进保温罩缓冷，冷速≤0.13℃/s；进保温罩温度730~750℃，在保温罩时间≥35min，出保温罩后快速入坑缓冷。