CN110592476B - 一种直接切削用非调质圆钢及其制造载重汽车销轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接切削用非调质圆钢及其制造载重汽车销轴的方法，非调质圆钢，按质量百分含量包括：C：0.43～0.47%、Si：0.40～0.60%、Mn：1.30～1.45%、P≤0.025%、S：0.035～0.055%、Cr：0.15～0.30%、Ni≤0.30%、Mo≤0.05%、Nb≤0.030%、V：0.08%～0.15%、Ti≤0.025%、Al：0.010～0.035%、Cu≤0.20%、Sn≤0.03%、N：90～180ppm、H≤2.0ppm、O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。本发明通过严格控制材料化学成分的含量，使得所述圆钢显微组织具有均匀分布的铁素体和珠光体，晶粒细小均匀；其制作的载重汽车销轴的切削加工性能和耐磨性强。

Description

一种直接切削用非调质圆钢及其制造载重汽车销轴的方法

技术领域：

本发明属于微合金钢技术和金属材料加工应用领域，具体涉及一种直接切削用非调质圆钢及其制造载重汽车销轴的方法。

背景技术：

在汽车制造工业中，有许多零件采用中碳钢、中碳合金钢等经正火、调质、淬火、回火处理制造。目前载重汽车转向节销轴大多使用调质合金钢42CrMo和40Cr等制造，使用42CrMo和40Cr采用正火+调质+感应淬火＋回火的工艺保证零件心部的韧性和表面的硬度。在机械性能由正火、调质、表面感应淬火等热处理工艺来保证的前提下，不仅零件的开裂、变形不可避免，加工精度和装配精度得不到强有力的保证，而且截面的性能不均匀，往往使转向节销轴在服役过程中在其薄弱环节部位发生早期失效；同时热处理需要耗费大量的能源，生产周期长、生产成本高，亟待新材料替代以降低成本，提高生产效率。

发明内容：

本发明提出一种直接切削用非调质圆钢及其制造载重汽车销轴的方法，通过材料化学成分的优化和收窄，依靠微合金复合化技术及控制轧制和控制冷却等工艺，解决目前制造的载重汽车转向节销轴材料力学性能不佳、制造成本高、耗费能源大等技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种直接切削用非调质圆钢，所述非调质圆钢的组分按质量百分含量包括：C：0.43～0.47%、Si：0.40～0.60%、Mn：1.30～1.45%、P≤0.025%、S：0.035～0.055%、Cr：0.15～0.30%、Ni≤0.30%、Mo≤0.05%、Nb≤0.030%、V：0.08%～0.15%、Ti≤0.025%、Al：0.010～0.035%、Cu ≤0.20%、Sn≤0.03%；气体含量N：90～180ppm、H≤2.0ppm、O≤15ppm；余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，所述非调质圆钢的组分按质量百分含量包括：C：0.45%；Si：0.44%；Mn：1.35%；P：0.011%；S：0.035%；Cr：0.18%；V：0.10%；Al：0.020%；Nb：0.025%；Ti：0.015%，Ni：0.10%；Mo：0.05%；Sn：0.005%；Cu：0.03%；气体含量N：117ppm，O：13ppm，H：1.2ppm；其余为Fe和不可避免的杂质。

一种直接切削用非调质圆钢的制备方法，包括如下步骤：铁水脱硫、经转炉炼制钢水、钢水经LF炉精炼、钢水经RH炉真空脱气、连铸成钢坯、钢坯经步进式加热炉加热、钢坯控轧控冷制得规格圆钢。

进一步的，钢水经LF炉精炼时依次加入FeSi、MnSi、C粉、高碳FeMn、高Cr、VFe、NbFe、Ni板，以达到熔炼成分质量百分比含量Nb：0.025％；Mn：1.35%的目标。

进一步的，钢水经RH炉真空脱气处理后立即喂入钛线、氮硅线和硫线，氮硅线喂入时调整搅拌强度，保证喂氮化硅时钢水流动，提高钢水N收的率，以达到熔炼成分质量百分比含量Ti:0.015％；N:120ppm；S:0.035%的目标。

进一步的，所述钢坯经步进式加热炉加热规范为：预热段＜900℃，加热段950~1020℃，均热段1080~1120℃，加热时间＞8小时。

进一步的，钢坯控轧控冷过程，开始轧制温度1080-1100℃，终止轧制温度820-850℃，钢坯经24架轧机之间五次穿水冷却，精轧后二次穿水控制冷却至600℃，棒材快速下冷床入缓冷坑，出坑温度≤350℃。

根据上述直接切削用非调质圆钢制造载重汽车销轴的方法，包括如下步骤：

步骤S1：下料，对圆钢通过普通锯床进行锯切下规格棒料；

步骤S2：机加工，对规格棒料采用普通车床加工至规格尺寸的载重汽车销轴；

步骤S3：表面感应淬火、回火，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行表面感应淬火、回火处理，感应淬火采用超音频扫描淬火的方式；

步骤S4：磨外圆，对上述步骤所制造的载重汽车销轴通过数控外圆磨床进行磨削至图纸要求尺寸；

步骤S5：探伤，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行100%红磁粉探伤，无裂纹件进行退磁处理。

进一步的，所述步骤S2中的机加工的加工余量为0.5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过严格控制材料化学成分的含量，使得所述圆钢显微组织具有均匀分布的铁素体和珠光体，晶粒细小均匀，轧制过程中通过控制轧制温度和穿水冷却速度从而使得该非调质圆钢的抗拉强≥900MPa，屈服强度≥580MPa，伸长率≥15%，收缩率≥45%，冲击功≥42J，硬度260-320HB，截面性能均匀，能够替代42CrMo、40Cr和45钢等钢材经直接切削加工、表面感应淬火、回火制造载重汽车销轴，取消了传统调质热处理工序，降低了加工余量，提高了生产效率，同时还提高了由该非调质钢制作的载重汽车销轴的切削加工性能和耐磨性。

附图说明：

图1为本发明实施例提供的轧材心部100倍珠光体+铁素体显微组织图。

图2为本发明实施例提供的轧材心部TEM 纳米析出强化相形貌图。

具体实施方式：

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。

一种直接切削用非调质圆钢，其组分按质量百分含量包括：C：0.43～0.47%、Si：0.40～0.60%、Mn：1.30～1.45%、P≤0.025%、S：0.035～0.055%、Cr：0.15～0.30%、Ni≤0.30%、Mo≤0.05%、Nb≤0.030%、V：0.08%～0.15%、Ti≤0.025%、Al：0.010～0.035%、Cu ≤0.20%、Cu+10Sn≤0.50%、N：90～180ppm、H≤2.0ppm、O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。

上述直接切削用非调质圆钢的制备方法，包括如下步骤：铁水脱硫→经转炉炼制钢水→钢水经LF炉精炼→钢水经RH炉真空脱气→连铸成钢坯→钢坯经步进式加热炉加热→钢坯控轧控冷制得规格圆钢。

实施例：

下面是本发明一个具体的化学元素质量百分比配比方案：

C：0.45%；Si：0.44%；Mn：1.35%；P：0.011%；S：0.035%；Cr：0.18%；V：0.10%；Al：0.020%；Nb：0.025%；Ti：0.015%，Ni：0.10%；Mo：0.05%；Sn：0.005%；Cu：0.03%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。气体含量N：117ppm，O：13ppm，H：1.2ppm；

通过该配比方案生产出的钢材力学性能见表1，截面性能均匀且强韧性较高，整体承受载荷能力更强、加工性能更好,可替代42CrMo和40Cr等钢材。

表1：非调质钢原材料热轧态力学性能表

通过该方法生产出的钢材显微组织见图1，截面金相组织均匀且晶粒较细达8级晶粒度，其强韧化机理为细晶和微观Nb、V、Ti复合纳米析出强韧化见图2。

上述直接切削用非调质圆钢制造载重汽车销轴的方法包括以下步骤：

步骤S1：下料，对圆钢通过普通锯床进行锯切下规格棒料；

步骤S2：机加工，对规格棒料采用普通车床加工至规格尺寸的载重汽车销轴；

步骤S3：表面感应淬火、回火，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行表面感应淬火、回火处理，感应淬火采用超音频扫描淬火的方式；

步骤S4：磨外圆，对上述步骤所制造的载重汽车销轴通过数控外圆磨床进行磨削至图纸要求尺寸；

步骤S5：探伤，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行100%红磁粉探伤，无裂纹件进行退磁处理。

上述步骤S1-S5该载重汽车销轴机加工的加工余量为0.5mm，与传统调质钢相比降低了加工余量（传统调质钢加工余量2mm），提高了生产效率40%以上，同时由于该非调质钢含有S元素，切削加工性能提升，刀具消耗成本降低20%以上。

上述步骤S1-S5该载重汽车销轴表面感应淬火采用超音频感应加热扫描淬火方式，经表面感应淬火、回火后轴径有效硬化层深度2.2mm（见表2），表面硬度60-65HRC，表面硬度较传统调质钢42CrMo、40Cr调质钢提高2-3HRC，耐磨性较大提升。

表2：非调质钢销轴表面感应淬火有效硬化层硬度表

相应地，本发明采用该非调质钢制造的载重汽车销轴，提高了切削加工性能和耐磨性，适合应用于汽车领域的相关零部件的制造。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种直接切削用非调质圆钢，其特征在于，所述非调质圆钢的组分按质量百分含量包括：C：0.43～0.47%、Si：0.40～0.44%、Mn：1.30～1.45%、P≤0.025%、S：0.035～0.055%、Cr：0.15～0.30%、Ni≤0.30%、Mo≤0.05%、Nb≤0.030%、V：0.08%～0.15%、Ti≤0.025%、Al：0.010～0.035%、Cu ≤0.20%、Sn≤0.03%；气体含量N：90～180ppm、H≤2.0ppm、O≤15ppm；余量为Fe及不可避免的杂质；钢坯控轧控冷过程，开始轧制温度1080-1100℃，终止轧制温度820-850℃，钢坯经24架轧机之间五次穿水冷却，精轧后二次穿水控制冷却至600℃，棒材快速下冷床入缓冷坑，出坑温度≤350℃；轧制过程中通过控制轧制温度和穿水冷却速度从而使得该非调质圆钢的抗拉强度 ≥900MPa，屈服强度≥580MPa，伸长率≥15%，收缩率≥45%，冲击功≥42J，硬度260-320HB，截面性能均匀。

2.根据权利要求1所述直接切削用非调质圆钢，其特征在于，所述非调质圆钢的组分按质量百分含量包括：C：0.45%；Si：0.44%；Mn：1.35%；P：0.011%；S：0.035%；Cr：0.18%；V：0.10%；Al：0.020%；Nb：0.025%；Ti：0.015%，Ni：0.10%；Mo：0.05%；Sn：0.005%；Cu：0.03%；气体含量N：117ppm，O：13ppm，H：1.2ppm；其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述直接切削用非调质圆钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：铁水脱硫、经转炉炼制钢水、钢水经LF炉精炼、钢水经RH炉真空脱气、连铸成钢坯、钢坯经步进式加热炉加热、钢坯控轧控冷制得规格圆钢。

4.根据权利要求3所述的直接切削用非调质圆钢的制备方法，其特征在于，钢水经LF炉精炼时依次加入FeSi、MnSi、C粉、高碳FeMn、高Cr、VFe、NbFe、Ni板，以达到熔炼成分质量百分比含量Nb：0.025％；Mn：1.35%的目标。

5.根据权利要求3所述的直接切削用非调质圆钢的生产方法，其特征在于，钢水经RH炉真空脱气处理后立即喂入钛线、氮硅线和硫线，氮硅线喂入时调整搅拌强度，保证喂氮化硅时钢水流动，提高钢水N收得率，以达到熔炼成分质量百分比含量Ti:0.015％；N:120ppm；S:0.035%的目标。

6.根据权利要求3所述的直接切削用非调质圆钢的生产方法，其特征在于，所述钢坯经步进式加热炉加热规范为：预热段＜900℃，加热段950~1020℃，均热段1080~1120℃，加热时间＞8小时。

7.根据权利要求3所述的直接切削用非调质圆钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：下料，对圆钢通过普通锯床进行锯切，得到规格棒料；

步骤S2：机加工，对规格棒料采用普通车床加工至规格尺寸的载重汽车销轴；

步骤S3：表面感应淬火、回火，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行表面感应淬火、回火处理，感应淬火采用超音频扫描淬火的方式；

步骤S4：磨外圆，对上述步骤所制造的载重汽车销轴通过数控外圆磨床进行磨削至图纸要求尺寸；

步骤S5：探伤，对上述步骤所制造的载重汽车销轴进行100%红磁粉探伤，无裂纹件进行退磁处理。

8.根据权利要求7所述直接切削用非调质圆钢制造载重汽车销轴的方法，其特征在于，所述步骤S2中的机加工的加工余量为0.5mm。

Images