CN110964984A - 一种中、大型汽车轴套用钢sae4160m及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁加工技术领域,涉及一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M生产工艺。采用50t电炉+LF+VD+中方坯(235mm×265mm)生产轴套用钢SAE4160M,实现了电炉流程生产轴套用钢的突破。保证了钢质纯净度及连浇性。设计窄成分控制保证高碳当量、组织和心部硬度均匀性。成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、晶粒度、脱碳层深度和末端淬透性均满足高端产品要求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁加工技术领域,涉及一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M生产工艺。
背景技术
随着我国汽车行业的迅速发展,汽车零部件用钢需求量也在逐年增加,质量水平也逐年提高。汽车轴套作为汽车零部件间连接体,可以提高产品舒适性、操纵稳定性及噪声控制。由于轴套工作环境的特殊性,不同车型对轴套的刚度性能要求不尽相同,对轴套使用的钢材要求非常严格,钢质耐磨性、疲劳寿命要求非常严格,中、大型汽车轴套要求更加严格。轴套用钢具有金相组织致密、晶粒细、承受载荷大、耐热性好、硬度均匀性好等特点。现开发了具有高淬透性、高耐磨性的中、大型汽车轴套用钢SAE4160M,满足高端产品要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型输油管道加工设备,采用50t电炉+LF+VD+中方坯(235mm×265mm)生产轴套用钢SAE4160M,实现了电炉流程生产轴套用钢的突破。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M,C:0.58;Si:0.20;Mn:0.70;P:≤0.08%;S:≤0.005%;Cr:0.50;Mo:0.50;Al:0.035%;Cu:≤0.03;氧含量≤15ppm。
进一步地,按重量百分比计,由以下成分组成:C:0.56-0.60;Si:0.15-0.35;Mn:0.65-0.75;P:≤0.08%;S:≤0.007%;Cr:0.45-0.55;Mo:0.45-0.55;Al:0.030-0.04;Cu:≤0.05;氧含量≤15ppm。
一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,包括如下工艺流程:高炉铁水→铁水预处理→50t电弧炉冶炼→精炼炉LF→真空脱气VD→中方坯连铸235mm×265mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除鳞→初轧机轧制→连轧机组→缓冷→精整→探伤→检验→入库。
进一步地,所述电弧炉冶炼:电弧炉冶炼钢水步骤采用废钢加铁水作为炉料,按质量百分比计,废钢占37%~42%,铁水占58%~63%;吹氧65min~70min,电极供电10min~15min,激烈沸腾、自动流渣,全熔温度1653℃,氧化温度1656℃,脱碳重量0.60%~0.65%,采取高拉碳操作,出钢时候C为0.30~0.40%,P≤0.010%,出钢温度1650~1660℃,出钢1/4~1/3时加入石灰400Kg渣料。出钢合金化:加入100Kg铝铁预脱氧剂,加入高碳铬铁300Kg、高碳锰铁350Kg进行合金化。
进一步地,LF精炼:要求白渣操作,在保证渣流动性的条件下,控制渣碱度(CaO/SiO2)和渣中的氧势;出钢重量49.5t,到LF工位温度1500℃~1505℃,LF精炼时间70min~80min,全分析温度1560℃~1620℃;LF补加合金:高碳锰铁155Kg,高碳铬铁75Kg,喂铝线50m,氧化铝粉80Kg,钼铁380Kg,铝粉20Kg。并对钢水时时检测,进行微调合金,保证钢水成分达到标准要求。
进一步地,真空脱气VD:到站温度1665~1675℃,在较高的真空度下真空脱气,以保证脱气效果和促进夹杂物上浮,100Pa真空度下保持15min以上,静吹氩20min,破真空温度1600℃,成分调整至满足内控要求后进行钙处理,使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中,提高了钢水纯净度。
进一步地,连铸:到台温度1560℃,大包钢水量49.5t,浇注量49t,浇铸235×265中方坯,浇注时间35min,单支坯长8100mm,中包温度保持1510℃~1520℃,开浇时拉速0.75m/min,浇注8min钟后拉速提高到0.8m/min。结晶器设备水压力0.48Mpa,空气压力0.57Mpa,二冷比水量0.58L/kg;钢包采用大包覆盖剂、中间包覆盖剂、高碱度中包渣,中间包内氩气保护浇铸;中包定H含量1.8,结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌电流强度及二冷水量调整最佳,以提高等轴晶比率。
进一步地,加热工艺:采用三段式加热制度,由预热段、加热段、均热段组成。
进一步地,所述预热段<750℃,加热2段1080~1060℃,加热1段1230~1220℃,均热段1220~1200℃,出炉(钢坯)1180-1200℃,总加热时间≥210分钟。
进一步地,采用低温控制轧制,开轧温度控轧在1100~1150℃,降低终轧温度,控制终轧温度不大于900℃,防止晶粒长大。
本发明的有益效果:
本发明采用50t电炉+LF+VD+中方坯(235mm×265mm)流程生产中、大型轴套用钢SAE4160M,保证了钢质纯净度及连浇性。设计窄成分控制保证高碳当量、组织和心部硬度均匀性。成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、晶粒度、脱碳层深度和末端淬透性均满足高端产品要求。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的电炉生产工艺流程示意图。
具体实施方式
化学成分作用
碳(C):钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低
硅(Si):能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。
锰(Mn):能提高钢的强度和硬度及耐磨性。
铬(Cr):能增加钢的机械性能和耐磨性,可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力,增加钢的耐蚀性和耐热性等。
钼(Mo):可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性,同时又能使钢在高温下具有足够的强度,能改善钢的冷脆性和耐磨性等。
磷(P):使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性;但可改善钢的切削性能。
硫(S):引起钢材热脆,降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。
(1)确保外径部位表面硬度
为保证轴套外径表面硬度,要求洛氏硬度在60HRC~61HRC范围内,并要求钢材组织为100%马氏体组织,因此设定碳的目标值为:0.56%~0.60%。
(2)确保硬化深度
由于化学成分Cr可以减少回火脆性;Mo与Cr并用提高淬透性,为保证渗碳深度达到5mm~6mm,因此SAE4160M化学成分设计为C:0.57%,Mn:0.65%,Cr:0.50%,Mo:0.45%,
fC=0.115+0.268(%C)-0.038(%C)2
fMn=1.000+3.333(%Mn)
fCr=1.000+2.160(%Cr)
fMo=1.000+3.000(%Mo)
DI=fC*fMn*fCr*fMo=3.96
新设计的成分提高DI值,从而大幅改善了淬透性。
(3)确保钢质耐磨性
为确保钢质纯净度设计P:≤0.010%,S:≤0.005%。
氧含量≤15ppm。
本钢中、大型汽车轴套用钢SAE4160M电炉生产化学成分设计:w%
中、大型汽车轴套用钢SAE4160M电炉生产工艺流程设计
高炉铁水→铁水预处理→50t电炉冶炼→精炼炉LF→真空脱气VD→中方坯连铸235mm×265mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除鳞→初轧机轧制→连轧机组→缓冷→精整→探伤→检验→入库。
(1)电弧炉冶炼:电弧炉冶炼钢水步骤采用废钢加铁水作为炉料,按质量百分比计,废钢占37%~42%,铁水占58%~63%;吹氧65min~70min,电极供电10min~15min,激烈沸腾、自动流渣,全熔温度1653℃,氧化温度1656℃,脱碳重量0.60%~0.65%,采取高拉碳操作,出钢时候C为0.30~0.40%,P≤0.010%,出钢温度1650~1660℃,出钢1/4~1/3时加入石灰400Kg渣料。出钢合金化:加入100Kg铝铁预脱氧剂,加入高碳铬铁300Kg、高碳锰铁350Kg进行合金化。
(2)LF精炼:要求白渣操作,在保证渣流动性的条件下,控制渣碱度(CaO/SiO2)和渣中的氧势。出钢重量49.5t,到LF工位温度1500℃~1505℃,LF精炼时间70min~80min,全分析温度1560℃~1620℃。LF补加合金:高碳锰铁155Kg,高碳铬铁75Kg,喂铝线50m,氧化铝粉80Kg,钼铁380Kg,铝粉20Kg。并对钢水时时检测,进行微调合金,保证钢水成分达到标准要求。
(3)VD精炼:VD精炼为抽真空过程,到站温度1665~1675℃,在较高的真空度下真空脱气,以保证脱气效果和促进夹杂物上浮,要求100Pa真空度下保持15min以上,静吹氩20min,破真空温度1600℃,成分调整至满足内控要求后进行钙处理,使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中,提高了钢水纯净度。
(4)连铸:到台温度1560℃,大包钢水量49.5t,浇注量49t,浇铸235×265中方坯,浇注时间35min,单支坯长8100mm,中包温度保持1510℃~1520℃,开浇时拉速0.75m/min,浇注8min钟后拉速提高到0.8m/min。结晶器设备水压力0.48Mpa,空气压力0.57Mpa,二冷比水量0.58L/kg。钢包要密封好,采用大包覆盖剂、中间包覆盖剂、高碱度中包渣,中间包内氩气保护浇铸。中包定H含量1.8,结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌电流强度及二冷水量调整最佳,以提高等轴晶比率。
(5)加热工艺:采用三段式加热制度,有预热期、加热期、均热期组成,确保钢材加热均匀。加热工艺如表1所示。
表1加热炉加热工艺
(6)轧制工艺设计
采用低温控制轧制,开轧温度控轧在1100~1150℃,降低终轧温度,控制终轧温度不大于900℃,防止晶粒长大。Φ90mm钢材具体轧制流程见表2。
表2SAE4160M钢Φ90mm轧制程序
实施例1
(1)低倍组织
一般疏松 | 中心疏松 | 锭型偏析 | 中心偏析 |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 |
(2)非金属夹杂物
A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 |
1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 |
(3)晶粒度
晶粒度级别均为7级,无混晶现象。
(4)脱碳层
脱碳层深度均为0.3mm。
(5)末端淬透性
正火/℃ | 淬火/℃ | J1.5HRC | J8/HRC |
870±10 | 845±5 | 62.0 | 60.0 |
870±10 | 845±5 | 62.5 | 60.0 |
870±10 | 845±5 | 62.5 | 60.0 |
对比例1
目前市场上使用的SCr440B轴套用钢表面渗碳层均≤2mm,其成分目标值C:0.43%,Mn:0.70%,Cr:1.0%,按照GB/T5216-2014标准中DI值计算:
fC=0.171+0.001(%C)+0.265(%C)2
fMn=1.000+3.333(%Mn)
fCr=1.000+2.160(%Cr)
DI=fC*fMn*fCr=2.3
(1)低倍组织
一般疏松 | 中心疏松 | 锭型偏析 | 中心偏析 |
1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 |
1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 |
(2)非金属夹杂物
(3)晶粒度
晶粒度级别均为6级,无混晶现象。
(4)脱碳层
脱碳层深度均为0.35mm。
(5)末端淬透性
正火/℃ | 淬火/℃ | J1.5/HRC | J8/HRC |
870±10 | 845±5 | 63.0 | 60.5 |
870±10 | 845±5 | 61.5 | 61.0 |
870±10 | 845±5 | 62.0 | 60.5 |
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M,其特征在于,按重量百分比计,由以下成分组成:C:0.58;Si:0.20;Mn:0.70;P:≤0.08%;S:≤0.005%;Cr:0.50;Mo:0.50;Al:0.035%;Cu:≤0.03;氧含量≤15ppm。
2.根据权利要求1所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M,其特征在于,按重量百分比计,由以下成分组成:C:0.56-0.60;Si:0.15-0.35;Mn:0.65-0.75;P:≤0.08%;S:≤0.007%;Cr:0.45-0.55;Mo:0.45-0.55;Al:0.030-0.04;Cu:≤0.05;氧含量≤15ppm。
3.一种如权利要求1-2任意一项中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,包括如下工艺流程:高炉铁水→铁水预处理→50t电弧炉冶炼→精炼炉LF→真空脱气VD→中方坯连铸235mm×265mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除鳞→初轧机轧制→连轧机组→缓冷→精整→探伤→检验→入库。
4.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,所述电弧炉冶炼:电弧炉冶炼钢水步骤采用废钢加铁水作为炉料,按质量百分比计,废钢占37%~42%,铁水占58%~63%;吹氧65min~70min,电极供电10min~15min,激烈沸腾、自动流渣,全熔温度1653℃,氧化温度1656℃,脱碳重量0.60%~0.65%,采取高拉碳操作,出钢时候C为0.30~0.40%,P≤0.010%,出钢温度1650~1660℃,出钢1/4~1/3时加入石灰400Kg渣料。出钢合金化:加入100Kg铝铁预脱氧剂,加入高碳铬铁300Kg、高碳锰铁350Kg进行合金化。
5.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,LF精炼:要求白渣操作,在保证渣流动性的条件下,控制渣碱度(CaO/SiO2)和渣中的氧势;出钢重量49.5t,到LF工位温度1500℃~1505℃,LF精炼时间70min~80min,全分析温度1560℃~1620℃;LF补加合金:高碳锰铁155Kg,高碳铬铁75Kg,喂铝线50m,氧化铝粉80Kg,钼铁380Kg,铝粉20Kg。并对钢水时时检测,进行微调合金,保证钢水成分达到标准要求。
6.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,真空脱气VD:到站温度1665~1675℃,在较高的真空度下真空脱气,以保证脱气效果和促进夹杂物上浮,100Pa真空度下保持15min以上,静吹氩20min,破真空温度1600℃,成分调整至满足内控要求后进行钙处理,使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中,提高了钢水纯净度。
7.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,连铸:到台温度1560℃,大包钢水量49.5t,浇注量49t,浇铸235×265中方坯,浇注时间35min,单支坯长8100mm,中包温度保持1510℃~1520℃,开浇时拉速0.75m/min,浇注8min钟后拉速提高到0.8m/min。结晶器设备水压力0.48Mpa,空气压力0.57Mpa,二冷比水量0.58L/kg;钢包采用大包覆盖剂、中间包覆盖剂、高碱度中包渣,中间包内氩气保护浇铸;中包定H含量1.8,结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌电流强度及二冷水量调整最佳,以提高等轴晶比率。
8.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,加热工艺:采用三段式加热制度,由预热段、加热段、均热段组成。
9.根据权利要求8所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,所述预热段<750℃,加热2段1080~1060℃,加热1段1230~1220℃,均热段1220~1200℃,出炉(钢坯)1180-1200℃,总加热时间≥210分钟。
10.根据权利要求3所述的一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法,其特征在于,采用低温控制轧制,开轧温度控轧在1100~1150℃,降低终轧温度,控制终轧温度不大于900℃,防止晶粒长大。
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