CN110964984B - 一种中、大型汽车轴套用钢sae4160m及其生产工艺 - Google Patents

一种中、大型汽车轴套用钢sae4160m及其生产工艺 Download PDF

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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

一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M及其生产工艺
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％
Figure BDA0002345182610000051
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
Figure BDA0002345182610000061
(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
Figure BDA0002345182610000071
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
Figure BDA0002345182610000081
(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 (1)

1.一种中、大型汽车轴套用钢SAE4160M的制备方法，其特征在于，所述中、大型汽车轴套用钢SAE4160M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；
所述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；
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；
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；
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；
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；
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；
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1180-1200℃，总加热时间≥210分钟；
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。
CN201911391752.4A 2019-12-30 2019-12-30 一种中、大型汽车轴套用钢sae4160m及其生产工艺 Active CN110964984B (zh)

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