CN109371322A

CN109371322A - 满足余热淬火工艺的半轴用钢及其制造方法

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Publication number: CN109371322A
Application number: CN201811319397.5A
Authority: CN
Inventors: 范全保; 李金波; 李仕超; 徐斌; 李昂; 徐学良
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2019-02-22

Abstract

本发明一种满足余热淬火工艺的半轴用钢，该钢材的化学成分按质量百分比分别为：C：0.37‑0.43；Si：0.18‑0.35；Mn：0.50‑0.80；P：≤0.020；S：0.020‑0.035；Cr：0.80‑1.00；Ti：0.010‑0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。本发明还提供一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，包括包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、方坯连铸、坯料加热、轧制工序；所述坯料加热工序采用步进式加热炉，加热温度1050‑1200℃，加热时间120‑200min；所述轧制工序采用连轧机组轧制，开轧温度970‑1100℃。本发明所述的半轴用钢具有匹配半轴余热淬火工艺的淬透性、细晶组织和带状组织，完全满足半轴余热淬火工艺要求。本发明所述的半轴用钢具有良好的切削加工性能，有效提高半轴加工效率。

Description

满足余热淬火工艺的半轴用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种满足余热淬火工艺的半轴用钢及其制造方法。

背景技术

半轴是汽车传动系统中的重要构件，服役过程中受交变载荷、冲击载荷和不规则脉动载荷等多重因素影响，是重要构件中失效频率最高的零件之一，对于原材料的质量要求也较高。近年来，伴随着汽车行业的快速发展，半轴的生产加工工艺也在不断转变，高效率、低成本、低能耗的楔横轧、余热淬火等工艺在半轴加工领域得到不断推广，由此带来的对于半轴用钢的特殊需求也在不断突显。余热淬火是指利用半轴热变形后的余温直接进行淬火的热处理工艺，具有节约能耗、减少材料热处理氧化烧损变形等优点，较常规炉式加热淬火生产的半轴具有更优异的力学性能和更高的淬透性。因此在半轴原材料选择方面，需考虑原材料淬透性、晶粒度、带状组织等指标与余热淬火工艺的匹配性，避免出现热处理开裂等问题，而目前半轴原材料多采用满足传统调质工艺的合金结构钢，钢材余热淬火工艺适应性不强、毛坯件缺陷比率较高等问题较为突出，而且采用现有原材料生产的半轴用钢切削性能较差，不利于半轴加工效率的提升。因此，开发满足余热淬火工艺且具有良好切削性能的半轴用钢尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足余热淬火工艺的半轴用钢及制造方法，该钢材具有满足半轴余热淬火工艺所需的材料淬透性、晶粒度和带状组织，同时具有良好的切削加工性能，适合节能环保型半轴的生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种满足余热淬火工艺的半轴用钢，该钢材的化学成分按质量百分比分别为：C：0.37-0.43；Si：0.18-0.35；Mn：0.50-0.80；P：≤0.020；S：0.020-0.035；Cr：0.80-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

上述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢，该钢材的化学成分按质量百分比优选为：C：0.38-0.42；Si：0.18-0.28；Mn：0.65-0.75；P：≤0.020；S：0.020-0.035；Cr：0.90-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，所述半轴用钢中化学成分的质量百分比分别为：C：0.37-0.43，优选0.38-0.42；Si：0.18-0.35，优选0.18-0.28；Mn：0.50-0.80，优选0.65-0.75；P≤0.020；S：0.020-0.035%；Cr：0.80-1.00，优选0.90-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

上述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、方坯连铸、坯料加热、轧制工序；所述坯料加热工序采用步进式加热炉，加热温度1050-1200℃，加热时间120-200min；所述轧制工序采用连轧机组轧制，开轧温度970-1100℃。

上述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，所述转炉冶炼工序中，控制终点碳成分≥0.08%，终点磷成分≤0.015%；

所述LF精炼造白渣时间≥15min，所述RH精炼真空脱气100Pa以下，纯脱气时间保持10-15min，软吹时间≥15min；

所述方坯连铸采用全程保护浇注，低过热度浇注，二冷配水选用弱冷冷却方式，结晶器振动采用非正弦方式，连铸浇速按照恒拉速控制。

上述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，所述方坯连铸工序中，钢包长水口采用氩封保护，过热度△T=15-25℃，二冷配水比水量控制在0.60-0.70L/kg，连铸拉速波动小于0.1m/min。

本发明技术方案的主要设计思路在于：

考虑到半轴余热淬火工艺会导致材料淬透性增加的特点，通过对半轴用钢进行有效的成分设计，形成匹配半轴余热淬火工艺的半轴用钢材料淬透性；考虑到余热淬火工艺易促进晶粒长大，易产生淬火开裂的特点，通过添加合金元素Ti来细化钢材晶粒，降低半轴余热淬火的开裂倾向；考虑到半轴法兰盘、花键、轴杆等切削加工的要求，通过加入一定量的硫来改善半轴的切削加工性能。

本发明钢材的主要元素设计原理如下：

碳：0.37-0.43%，C通过形成各类碳化物在钢材中增加珠光体含量、起到强化效果，提高钢材强度、硬度和耐磨性。但C含量过高，珠光体数量过多，将对于钢的切削性能和疲劳性能产生不利影响。本发明中采用低碳成分设计，可降低余热淬火半轴的开裂倾向。

锰：0.50-0.80%，Mn在钢中具有很强的固溶强化作用，能够显著提高钢的强度。同时增加Mn含量还可以提高钢的淬透性。此外Mn与S形成的MnS夹杂物可提高钢的切削性能。本发明中采用中锰成分设计，来保证钢材与余热淬火工艺相匹配的力学性能和淬透性。

铬：0.80-1.00%，Cr作为固溶强化元素可提高钢材的强度，Cr也是碳化物形成元素，可提高钢材的硬度和耐磨性。同时增加Cr含量还可以提高钢的淬透性。本发明中采用中铬成分设计，来保证钢材与余热淬火工艺要求相匹配的淬透性。

硫：0.020-0.035%，S是易切削元素，易在钢中形成MnS夹杂而提高钢材的切削加工性能。同时MnS还可增加铁素体的形核核心来细化铁素体和珠光体组织。

钛：0.010-0.015%，Ti在钢中会形成碳化物和氮化物。TiN的析出温度高，抑制奥氏体晶粒长大，阻止加热和轧制过程中晶粒长大，在钢材中加入Ti可以起到细晶强化作用。

本发明的有益效果为：

本发明通过有效的成分设计并控制钢材冶炼、精炼、连铸、加热、轧制等工序，形成匹配半轴余热淬火工艺的钢材淬透性，满足淬透性J9值（离开淬火端9mm处的硬度）：42-57HRC，J15值（离开淬火端15mm处的硬度）：30-45HRC；通过添加适量的合金元素，低过热度浇注，控制拉速，保证坯料加热和轧制温度等措施，来细化钢材晶粒度，满足奥氏体晶粒度≥7.0级，晶粒不均匀极差≤2.0级，同时得到均匀的钢材组织，满足带状组织≤2.0级；通过控制冶炼过程中硫化物的形态，使钢材具有良好的切削加工性能，满足硫化物夹杂细系≤3.0级，粗系≤2.0级。

本发明所述的半轴用钢具有匹配半轴余热淬火工艺的淬透性、细晶组织和带状组织，完全满足半轴余热淬火工艺要求。本发明所述的半轴用钢具有良好的切削加工性能，有效提高半轴加工效率。

附图说明

图1为本发明实施例1半轴用钢的微观组织图；

图2为本发明实施例2半轴用钢的微观组织图；

图3为本发明实施例3半轴用钢的微观组织图；

图4为本发明实施例4半轴用钢的微观组织图；

图5为本发明实施例5半轴用钢的微观组织图；

图6为本发明实施例6半轴用钢的微观组织图。

具体实施方式

以下通过具体实施例1-6对本发明做进一步详细说明：

实施例1-6的半轴用钢各化学元素的质量百分比如表1所示：

表1. (wt.%，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素)

按照下列步骤制造本发明实施例1-6中的满足余热淬火工艺的半轴用钢：

1）冶炼、精炼：

采用120吨顶底复吹转炉冶炼，控制终点碳成分≥0.08%和终点磷成分≤0.015%。

采用120吨LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣，控制造白渣时间，熔炼成分见表1，符合控制要求（C：0.37-0.43%；Si：0.18-0.35%；Mn：0.50-0.80%；P：≤0.020%；S：0.020-0.035%；Cr：0.80-1.00%；Ti：0.010-0.015%）。采用120吨RH精炼炉，RH真空脱气压力67~95Pa，纯脱气时间10-15min，软吹时间15~20min。

实施例1-6中满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法其冶炼、精炼具体工艺参数如表2所示：

表2.

2）连铸：方坯连铸采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护。低过热度浇注△T=15-25℃。二冷配水选用弱冷冷却方式，比水量控制在0.60-0.70L/kg钢。结晶器振动采用非正弦方式。连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min。

3）加热、轧制：在步进式加热炉中加热，加热温度1050-1200℃，加热时间120-200min。高压水除鳞后采用连轧机组轧制，开轧温度970-1100℃。

实施例1-6中满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法其连铸、加热、轧制具体工艺参数如表3所示：

表3.

对实施例1-6中满足余热淬火工艺的半轴用钢进行相关检测，测得的淬透性值、非金属夹杂物、奥氏体晶粒度、带状组织指标如下表4所示：

表4.

从表4可以看出，实施例1-6中满足余热淬火工艺的半轴用钢淬透性J9值为43-49HRC，J15值为31-36HRC，说明实施例的半轴用钢淬透性指标满足余热淬火工艺的半轴用钢淬透性设计要求（淬透性J9值：42-57HRC，J15值：30-45HRC）；奥氏体晶粒度为8.0-9.0级，说明实施例的半轴用钢晶粒均匀细小，满足余热淬火工艺的半轴用钢晶粒度设计要求（奥氏体晶粒度≥7.0级，晶粒不均匀极差≤2.0级）；带状组织1.0-1.5级，说明实施例的半轴用钢组织均匀，满足余热淬火工艺的半轴用钢带状组织设计要求（带状组织≤2.0级）；硫化物夹杂A细为2.5-3.0级，A粗为0.5-1.0级，说明实施例的半轴用钢在保证切削性能的条件下非金属夹杂物状态得到有效控制。

图1-6分别为实施例1-6中满足余热淬火工艺的半轴用钢的微观组织图。从图1-6可知，该半轴用钢的微观组织为铁素体+珠光体。

Claims

1.一种满足余热淬火工艺的半轴用钢，其特征在于：该钢材的化学成分按质量百分比分别为：C：0.37-0.43；Si：0.18-0.35；Mn：0.50-0.80；P：≤0.020；S：0.020-0.035；Cr：0.80-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢，其特征在于：该钢材的化学成分按质量百分比优选为：C：0.38-0.42；Si：0.18-0.28；Mn：0.65-0.75；P：≤0.020；S：0.020-0.035；Cr：0.90-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

3.一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，其特征在于：所述半轴用钢中化学成分的质量百分比分别为：C：0.37-0.43，优选0.38-0.42；Si：0.18-0.35，优选0.18-0.28；Mn：0.50-0.80，优选0.65-0.75；P≤0.020；S：0.020-0.035%；Cr：0.80-1.00，优选0.90-1.00；Ti：0.010-0.015，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

4.如权利要求3所述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、方坯连铸、坯料加热、轧制工序；其特征在于：所述坯料加热工序采用步进式加热炉，加热温度1050-1200℃，加热时间120-200min；所述轧制工序采用连轧机组轧制，开轧温度970-1100℃。

5.如权利要求4所述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中，控制终点碳成分≥0.08%，终点磷成分≤0.015%；

6.如权利要求5所述的一种满足余热淬火工艺的半轴用钢的制造方法，其特征在于：所述方坯连铸工序中，钢包长水口采用氩封保护，过热度△T=15-25℃，二冷配水比水量控制在0.60-0.70L/kg，连铸拉速波动小于0.1m/min。