CN109554618A - 非调质钢及采用非调质钢制造汽车半轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非调质钢和采用非调质钢制造汽车半轴的方法，其各组分含量为：C:0.43～0.47；Si:0.50～0.80；Mn:1.20～1.60；P≤0.015；S≤0.035；Cr:0.15～0.30；V:0.10～0.15；Al:0.01～0.05；Nb≤0.045；Ti:0.015～0.035；N:0.01～0.02；Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20；其余为Fe及杂质。本发明通过采用一种高性能微合金化非调质钢代替42CrMoH调质钢用于半轴的控锻控冷制造工艺的实施，取消了调质热处理工序，可节约该汽车半轴制造能耗的40～50％，降低成本10～20％，同时还可减少调质过程中淬火引起的变形开裂，从而简化校直工序，其技术水平达到国内领先地位。

Description

非调质钢及采用非调质钢制造汽车半轴的方法

技术领域

本发明涉及汽车金属材料加工应用技术领域，具体涉及一种非调质钢 45MnSiVSQ(SQ为该新型非调质钢代码，该代码来源于陕汽缩写)和用其制造汽车半轴的方法。

背景技术

非调质钢是通过微合金化、控轧(锻)控冷等强韧化方法，取消了调质热处理，达到或接近调质钢力学性能的一类优质或特殊质量结构钢，是非调质中碳微合金结构钢的简称，又称微合金化钢，其发展是在20世纪70年代因石油危机的推动发展起来的，主要是简化工艺取消调质热处理，降低能耗，并降低制造成本。

非调质钢由于具有一系列优点，在汽车工业得到广泛的应用，国外的德国、瑞典和日本对非调钢的研究与应用比较好，1972年德国THYSSEN公司开发了第一个热锻微合金化中碳钢49MnVS3(铁素体+珠光体，抗拉强度Rm＞850MPa)代替 40CrMn调质钢主要用作奔驰汽车发动机曲轴，大众公司用27MnSiVS6非调质钢制造的轿车连杆年产250万件左右，德国目前汽车行业中曲轴、连杆、前轴、半轴等锻件70％以上采用非调质钢制造；瑞典Volvo汽车制造厂每年约消耗3万吨非调质钢制造汽车零部件；美国福特、意大利菲亚特及俄罗斯伏尔加汽车都采用非调质钢来制造曲轴、连杆等零件。在新品种与新技术的开发及推广方面，近几年日本占领了世界领先地位，日本目前汽车制造业中90％以上的曲轴、连杆均已采用了非调质钢制造。

我国于上世纪80年代开始研究非调质钢，主要面向乘用车连杆、曲轴、转向节、前轴、半轴等非调质钢进行开发并扩大应用数量和范围，其抗拉强度Rm在 600～900MPa，与国外发达国家相比应用数量，种类及高性能还有较大差距，特别是在重型汽车高性能热锻非调钢的应用领域差距更大。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种非调质钢及采用非调质钢制造汽车半轴的方法，为以克服现有技术中高性能非调质钢开发及扩展工业应用的问题。该新型非调质钢型号命名为45MnSiVSQ。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种非调质钢，其特征在于，其各组分的质量百分比含量范围如下：

C:0.43～0.47；Si:0.50～0.80；Mn:1.20～1.60；0﹤P≤0.015；0﹤S≤0.035； Cr:0.15～0.30；V:0.10～0.15；Al:0.01～0.05；0﹤Nb≤0.045；Ti：0.015～0.035；N： 0.01～0.02；0﹤Ni≤0.25；0﹤Mo≤0.10；0﹤Sn≤0.03；0﹤Cu≤0.20；

其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，采用以下的步骤进行冶炼以获得所述的非调质钢：

步骤一、电炉或转炉炼钢；

步骤二、钢包精炼LF；

步骤三、钢包真空脱气VD；

步骤四、连铸；

步骤五、控轧控冷。

一种非调质钢制造汽车半轴的方法，其包括以下步骤：

步骤S1：冶炼权利要求1所述的一种非调质钢(45MnSiVSQ)；

步骤S2：控锻控冷锻造；

步骤S3：机加工；

步骤S4：表面感应热处理；

步骤S5：100％磁力探伤。

优选地，在所述步骤S2控锻控冷锻造中，具体还包括以下步骤：

步骤①、下料；

步骤②、感应加热；

步骤③、镦粗；

步骤④、摆碾法兰；

步骤⑤、控制冷却；

步骤⑥、堆冷；

步骤⑦、抛丸。

优选地，所述步骤⑤控制冷却在步骤④摆碾法兰后立即进行，控制冷却以2～5℃/s的冷却速度冷至600～650℃，然后堆冷缓慢冷至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过本发明一种非调质钢45MnSiVSQ的冶炼制备的非调质钢，力学性能优秀，其力学性能抗拉强度Rm＝900-1150MPa,屈服强度Rel≥600MPa,延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J；

2、采用本发明非调质钢45MnSiVSQ制造汽车半轴的方法，取消了传统的调质热处理工序，可节约该半轴制造能耗的40-50％，还可以降低成本的10-20％，同时还可以减少调质过程中淬火引起的变形开裂，从而简化校直工序。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种非调质钢45MnSiVSQ制造的重型汽车半轴1/2R 部位低倍金相组织示意图；

图2为本发明实施例1中一种非调质钢45MnSiVSQ制造的重型汽车半轴1/2R 部位金相组织100倍放大示意图；

图3为本发明实施例1中一种非调质钢45MnSiVSQ制造的重型汽车半轴1/2R 部位金相组织500倍放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种非调质钢45MnSiVSQ，其特征在于：其各组分的质量百分比含量范围如下：C：0.43～0.47；Si:0.50～0.80；Mn:1.20～1.60；P≤0.015；

S≤0.035；Cr:0.15～0.30；V:0.10～0.15；Al:0.01～0.05；Nb≤0.045；Ti：0.015～0.035；N： 0.01～0.02；Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20；其余为Fe和其他杂质。

以上P、Nb、Ni、Mo、Sn、Cu的含量均大于0。

上述一种非调质钢45MnSiVSQ的冶炼方法包括以下步骤：步骤一、电炉或转炉炼钢；

步骤二、钢包精炼LF；说明：通常，LF是在ASEA-SKF法和VAD法的基础上改进而来的，它采用氩气搅拌，在大气下用石墨电极埋弧加热，再加上白渣精炼技术，组合而成。

步骤三、钢包真空脱气VD；说明：通常，VD是Vacuum Degassing的缩写，是最早的真空脱气设备，主要由钢包、真空室、真空系统组成，基本功能就是抽真空使钢水脱气。

步骤四、连铸；

步骤五、控轧控冷。

通过上述组分方案和冶炼方法制得的非调质钢基体硬度为26～35HRC；微观组织基体为珠光体+铁素体，不允许存在马氏体+贝氏体；珠光体为片层状珠光体，铁素体为断续网状铁素体；珠光体相比例≥70％；其晶粒度为5-8级；该非调质钢微观组织包括在基体内部及晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒，还包括AlN,Nb (C,N),Ti(C，N)等析出物；其力学性能抗拉强度Rm＝900～1150MPa,屈服强度Re0.2≥600MPa,延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J。

一种采用非调质钢(45MnSiVSQ)制造汽车半轴的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、冶炼非调质钢45MnSiVSQ；步骤S2、控锻控冷锻造；步骤 S3、机加工；步骤S4、表面感应热处理；步骤S5、100％磁力探伤。

所述步骤S2控锻控冷锻造具体包括以下步骤：步骤①、下料；步骤②、感应加热；步骤③、镦粗；步骤④、摆碾法兰；步骤⑤、控制冷却；步骤⑥、堆冷；步骤⑦、抛丸；所述步骤⑤控制冷却在步骤④摆碾法兰后立即进行，控制冷却以2-5℃/s 的冷却速度冷至600～-650℃，然后堆冷，缓慢冷至室温。

下面通过具体实施方式对本发明非调质钢制造汽车半轴的方法进行进一步的说明：

实施例1

1、一种非调质钢45MnSiVSQ的冶炼制造；

非调质钢45MnSiVSQ通过电炉或转炉炼钢→钢包精炼LF→钢包真空脱气 VD→连铸→控轧控冷制备圆钢，其化学成分为(wt/％)： C:0.45；Si:0.74；Mn:1.45；P:0.008；S:0.021；Cr:0.27；V:0.13；Al:0.014；N:0.017；Nb:0.005；Ti:0. 018，Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20，其余为Fe和其他杂质。

以上Ni、Mo、Sn、Cu的含量均大于0。

2、控锻控冷锻造：

对所述步骤1所制造的非调质钢45MnSiVSQ圆钢进行锯切下料→感应加热→镦粗→摆碾法兰→控制冷却→堆冷→抛丸，其中锻造控锻控冷工序中，工件在锻造摆碾法兰后立即进行强风冷却，以2～5℃/s的冷却速度冷至600～650℃堆冷缓慢冷至室温，制得半轴毛坯。

3、机加工：

对半轴毛坯进行花键及法兰的加工。

4、表面感应热处理：

对上述步骤所制造的半轴在整体式感应淬火生产线进行感应淬火、回火处理。

5.100％磁力探伤

对所述步骤1-5所制造的非调质钢45MnSiVSQ重型汽车半轴进行静扭试验及理化检测分析：断裂扭矩为54000N.m,表面硬度：57～58HRC，心部硬度276

278HBW，有效硬化层DS(450HV1)＝8.5mm,基体低倍组织检查硫化物夹杂按 GB/T10561进行评定2.5级，见附图1，带状组织按GB/T13299进行评定2级，见附图2，心部基体组织为片状珠光体+断续网状铁素体，见附图3。

本实施例为本发明的最佳实施例。

实施例2

与实施例1不同的是，非调质钢45MnSiVSQ其化学成分为(wt/％)： C:0.46；Si:0.56；Mn:1.26；P:0.010；S:0.004；Cr:0.26；V:0.12；Al:0.02；N:0.0144；Nb:0.018；Ti:0.02，Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20，其余为Fe及不可避免的杂质。

以上Ni、Mo、Sn、Cu的含量均大于0。

实施例3

与实施例1不同的是，非调质钢45MnSiVSQ其化学成分为(wt/％), C:0.45；Si:0.58；Mn:1.35；P:0.011；S:0.004；Cr:0.22；V:0.12；Al:0.021；N:0.0157；Nb:0.025；Ti:0.020，Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20，其余为Fe及不可避免的杂质。

实施例4

与实施例1不同的是，非调质钢45MnSiVSQ其化学成分为(wt/％), C:0.45；Si:0.56；Mn:1.26；P:0.015；S:0.005；Cr:0.26；V:0.012；Al:0.020；N:0.0140；Nb:0.020；Ti:0.022，Ni≤0.25；Mo≤0.10；Sn≤0.03；Cu≤0.20，其余为Fe及不可避免的杂质。

实施例5

与实施例1不同的是，非调质钢45MnSiVSQ其化学成分为(wt/％)：

C:0.43；Si:0.50；Mn:1.20；P:0.001；S:0.001；Cr:0.15；V:0.10；Al:0.01；Nb:0.001； Ti：0.015；N：0.01；Ni：0.001；Mo：0.001；Sn：0.001；Cu：0.001；

其余为Fe及不可避免的杂质。

实施例6

与实施例1～5不同的是，非调质钢45MnSiVSQ其化学成分为(wt/％)：

C:0.47；Si:0.80；Mn:1.60；P:0.015；S:0.035；Cr:0.30；V:0.15；Al:0.05；Nb:0.045；Ti:0.035；N:0.02；Ni:0.25；Mo:0.10；Sn:0.03；Cu:0.20；

其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的内容不限于实施例所列举的内容，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换及应用的拓展，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种非调质钢，其特征在于，其各组分的质量百分比含量范围如下：

C:0.43～0.47；Si:0.50～0.80；Mn:1.20～1.60；0﹤P≤0.015；0﹤S≤0.035；Cr:0.15～0.30；

V:0.10～0.15；Al:0.01～0.05；0﹤Nb≤0.045；Ti：0.015～0.035；N：0.01～0.02；0﹤Ni≤0.25；0﹤Mo≤0.10；0﹤Sn≤0.03；0﹤Cu≤0.20；

其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种非调质钢，其特征在于，采用以下的步骤进行冶炼获得权利要求1所述的非调质钢：

步骤一、电炉或转炉炼钢；

步骤二、钢包精炼LF；

步骤三、钢包真空脱气VD；

步骤四、连铸；

步骤五、控轧控冷。

3.一种非调质钢制造汽车半轴的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1：冶炼权利要求1所述的一种非调质钢(45MnSiVSQ)；

步骤S2：控锻控冷锻造；

步骤S3：机加工；

步骤S4：表面感应热处理；

步骤S5：100％磁力探伤。

4.根据权利要求3所述一种采用非调质钢制造汽车半轴的方法，其特征在于，在所述步骤S2控锻控冷锻造中，具体还包括以下步骤：

步骤①、下料；

步骤②、感应加热；

步骤③、镦粗；

步骤④、摆碾法兰；

步骤⑤、控制冷却；

步骤⑥、堆冷；

步骤⑦、抛丸。

5.根据权利要求4所述的一种采用非调质钢制造汽车半轴的方法，其特征在于

所述步骤⑤控制冷却在步骤④摆碾法兰后立即进行，控制冷却以2～5℃/s的冷却速度冷至600～650℃，然后堆冷缓慢冷至室温。