CN112342468A - 汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法 - Google Patents

Abstract

汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法，钢的化学成分重量百分比为[C]=0.38%~0.42%，[Si]=0.17%~0.37%，[Mn]=0.60%~0.80%，[P]≤0.020%，[S]≤0.015%，[Cr]=0.85%~1.10%，[Ni]≤0.30%，[Al]≤0.0015%~0.0040%，（Cu+Ni+V+Sn）≤0.8%，[H]≤0.0002%，[O]≤0.0020%，其余为Fe和必不可少的杂质。采用工艺路线为：采用纯净钢冶炼体系，转炉+LF炉+VD炉或RH炉。严格控制主要合金元素、残余有害元素含量、钢水的纯净度，并采用高温大压下轧制新技术，粗轧后脱头台架使用，KOCKS减定径轧制，轧后圆钢经缓冷+漏磁探伤，成功开发了汽车带轮活塞用40CrQ钢。用户通过材料、工艺验证，该汽车带轮活塞产品符合淬透性和疲劳寿命要求。

Description

汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法。

技术背景

汽车带轮活塞用钢CrMo系列是使用档次高和质量要求高的特钢产品。该品种在汽车行业中被广泛应用，主要用于做关键部分材料，直接影响汽车行驶的可靠性与安全性，因此，必须具有足够的强度、刚度、淬透性和抗疲劳性能。汽车带轮活塞用钢40CrQ钢作为为高档合金材料，要求有高的淬透性和疲劳寿命，主要用于制造汽车带轮活塞，对钢材的表面、内部以淬透性和及疲劳寿命要求比较高。按照中国国标QC/T513~1999《汽车带轮活塞疲劳寿命试验方法》和QC/T483~1999《汽车带轮活塞疲劳寿命限值》中标准要求：汽车带轮活塞疲劳寿命同时达到B5不小于20万次或B10不小于28万次和B50不小于50万次的双指标为合格品。

发明内容

本发明旨在提供一种汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法，其圆钢代表规格为φ55mm，锻造成汽车带轮活塞零件后要求调质硬度30~36HRC，锻件表面喷丸强化处理、晶粒度5~8级、汽车带轮活塞总成疲劳寿命试验达50万次无损坏。

本发明的技术方案：

汽车带轮活塞用钢40CrH的生产方法，钢的化学成分重量百分比为[C]=0.38%~0.42%，[Si]=0.17%~0.37%，[Mn]=0.60%~0.80%，[P]≤0.020%，[S]≤0.015%，[Cr]=0.85%~1.10%，[Ni]≤0.30%，[Al]≤0.0015%~0.0040%，（Cu+Ni+V+Sn）≤0.8%，[H]≤0.0002%，[O]≤0.0020%，其余为Fe和必不可少的杂质；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.015%，采用纯净钢冶炼体系，LF+VD炉精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥15min，过程控制Al=0.015%~0.030%；VD真空脱气处理在真空度0.5tor以下真空保持时间不小于12min，出站钢水[H]≤2ppm，[O]≤10ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值连浇炉≤30℃，开浇炉≤35℃；

加热：铸坯加热时间120~300min，加热段温度1050~1130℃之间，均热段温度1030~1100℃之间；

轧制：850轧机采用大压下进行轧制，一、二道次压下量按75mm、70mm控制；粗轧后采用脱头台架进中轧，开轧温度≥1100℃，精轧后进kocks减定径，终轧温度≥650℃；

冷却：轧后圆钢采用密排进保温罩缓冷，冷速≤0.13℃/s；进保温罩温度650~700℃，出保温罩后快速入坑缓冷；规格φ50~φ70mm采用冷床进保温罩工艺入坑缓冷，入坑温度≥300℃，盖罩缓冷时间不小于24h；

精整：超声波探伤+漏磁表面探伤。

发明原理：本发明主要从以下几方面来提高产品的淬透性和疲劳寿命。

（1）化学成分的设计。含碳量在化学成分中对淬透性和疲劳极限的影响是主要的，疲劳极限随含碳量的增加而升高，钢中合金元素能够提淬透性、高塑性和韧性，缩小含碳量的波动范围，提高合金Mn、Cr元素的含量，并适当加入提高冲击韧性的Ni元素，对疲劳强度是有利的。

（2）降低钢中非金属夹杂物。采用纯净钢冶炼体系，LF+VD/RH复合精炼技术，严格控制主要合金元素、残余有害元素含量、钢水的纯净度。钢中由于非金属夹杂物的存在,破坏了金属基体的连续性,易产生应力集中,成为金属疲劳的发源地。裂纹多数产生在氧化物、点状夹杂物和基体之间,当应力足够大时就产生裂纹,并迅速扩展而破坏。非金属夹杂物塑性越低,形状越尖棱,则应力集中也就越大。为了提高产品的淬透性和疲劳寿命，控制好真空脱气处理和炉外精炼，减少非金属夹杂物的含量、改变夹杂物类型和分布状态。

（3）钢种硫含量的控制。钢中的硫化物几乎全部以硫化物形态存在。一些研究表明，钢中呈椭球状的MnS夹杂物能够包裹危害较大的氧化物夹杂, 形成氧化物~硫化物共生夹杂物，当硫化物与氧化物共生时，则残余应力较低，压应力的作用也小,这将阻碍裂纹的发生,材料也就增强了抵抗外来应力的能力,提高材料的疲劳寿命。适当提高钢中的硫含量，则钢中的化合硫相应增高，增加氧化物被硫化物包围的机会，导致共生夹杂数量增多，减少了氧化物对疲劳寿命的影响。

（4）降低钢中气体含量、残余元素Ti、Ca含量。钢中气体含量是影响材质的重要因素，钢中含氧量增高，弯曲疲劳和接触疲劳寿命在高应力作用下随之降低。钢种氮含量过高容易形成氮化物：氮化钛、氮化铝夹杂。钢中氢含量越高，在轧后的冷却过程中,通过氢原子的扩散输运的富集, 越容易产生白点断裂。通过LF精炼和VD抽真空处理将钢水中的活度氧含量控制在5ppm以内，氢含量控制在1.5ppm以内。氧含量控制在50ppm以氧含量控制在5ppm以内。Ti是形成氮化物的最强元素之一， Ti留在钢中形成多棱角的夹杂物，Ca容易形成硬质点夹杂，这两种夹杂物容易引起局部应力集中，产生疲劳裂纹，因此要控制此两种元素的含量。

（5）提高产品表面质量。由于疲劳裂纹经常从零构件的表面开始，产品表面产生的裂纹缺陷造成应力集中，造成疲劳失效。如存在表面划伤、微裂纹、脱碳等表面缺陷, 将会影响产品性能的均匀性, 从而大幅降低产品的疲劳寿命。提高产品的表面质量将明显提高产品的使用性能和使用寿命。

（6）优化轧制工艺提高产品晶粒度。晶粒越小，则单位体积内的晶界越多，晶界间的原子排列比晶粒内部更为紊乱，位错密度较高。一方面晶界对塑性变形(如滑移等)的阻碍作用增强，有利于强度的提高；另一方面晶粒越小、细、圆，钢丝的塑性越好。细晶粒可以提高产品的淬透性和强韧性，从而提高抗疲劳性能。

（7）轧制。850轧机采用大压下进行轧制，增加初轧压下量，一、二道次压下量按75mm、70mm控制。粗轧后采用脱头台架进中轧，开轧温度≥1100℃，精轧后进kocks减定径，终轧温度≥650℃。

（8）冷却。轧后圆钢采用密排进保温罩缓冷，保证冷速≤0.13℃/s；进保温罩温度650~700℃，出保温罩后快速入坑缓冷。规格φ50~φ70mm采用冷床进保温罩工艺入坑缓冷，入坑温度≥300℃，盖罩缓冷时间不小于24h。

（9）精整：超声波探伤+漏磁表面探伤。

本发明的有益效果：本发明自创中碳高合金成分设计体系，LF+VD复合精炼技术，严格控制钢水的纯净度，并采用高温大压下轧制缓冷新技术，成功开发了汽车带轮活塞用钢40CrQ钢，经用户试制成汽车带轮活塞零件，其疲劳台架试验达到100万次无损坏；本发明突破常规40CrQ的生产工艺，利用钢厂现有设备和工艺条件，充分发挥设备优势，生产出高疲劳寿命的汽车带轮活塞用钢；本发明的产品可广泛应用于制造汽车带轮活塞等关键部分零件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明。

实施例1：

高淬透性和疲劳寿命汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.39%，Si=0.22%，Mn=0.77 %，P=0.012%，S=0.006%，Cr=1.0723%，Ti=0.0052%，Ca=0.0007%，Al=0.0089%，Ni=0.014%，Cu=0.0288%。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.009%，C=0.06%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间21min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.5；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间18min，出站钢水H=1.2ppm，O=3.4ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度23℃。

加热：温度1190～1200℃，时间180min。

轧制：轧制规格φ70mm，850轧机采用大压下。

冷却：釆用密排进保温罩缓冷工艺，进罩温度600~550℃，保温时间5min。

钢材力学性能见表1所示。

实施例2：

高淬透性和疲劳寿命汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.39%，Si=0.24%，Mn=0.77 %，P=0.014%，S=0.001%，Cr=1.0981%，Ti=0.0057%，Ca=0.0006%，Al=0.009%，Ni=0.0118%，Cu=0.0193%。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.010%，C=0.11%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间25min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.9；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间19min，出站钢水H=1.1ppm，O=3.1ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度21℃。

加热：温度1180～1220℃，时间180min。

轧制：轧制规格φ60mm，采用850轧机大压下，生产工艺控制正常。

冷却：釆用密排进保温罩缓冷工艺，进罩温度600~550℃，保温时间5min。

钢材力学性能见表1所示。

实例3：

高淬透性和疲劳寿命汽车带轮活塞用钢40CrQ的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：C=0.39%，Si=0.24%，Mn=0.77 %，P=0.011%，S=0.003%，Cr=1.0708%，Ti=0.0079%，Ca=0.0005%，Al=0.0171%，Ni=0.0221%，Cu=0.030%。关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢P=0.007%，C=0.12%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间25min，精炼渣碱度CaO/SiO₂=3.8；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下，真空保持时间18min，出站钢水H=1.2ppm，O=2.9ppm。

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度18℃。

加热：温度1100～1150℃，均热时间120min。

轧制：轧制规格φ55mm，采用850轧机轧制，生产工艺控制正常。

冷却：轧后采用密排进保温罩和冷床缓冷，进罩温度600~550℃，保温时间5min。

钢材力学性能见表1~表3所示。

表1 低倍组织

。

表2 末端淬透性、非金属夹杂物

。

表3 力学性能、脱碳、晶粒度、热轧硬度

。

从表1~表3测试结果可见，采用本发明的方法生产的汽车带轮活塞用40CrQ钢，各项检验指标较好，钢材气体含量，非金属夹杂物较低，能够很好的满足汽车带轮活塞超高淬透性和疲劳寿命的使用需求。

Claims (1)

1.汽车带轮活塞用钢40CrH的生产方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为[C]=0.38%~0.42%，[Si]=0.17%~0.37%，[Mn]=0.60%~0.80%，[P]≤0.020%，[S]≤0.015%，[Cr]=0.85%~1.10%，[Ni]≤0.30%，[Al]≤0.0015%~0.0040%，（Cu+Ni+V+Sn）≤0.8%，[H]≤0.0002%，[O]≤0.0020%，其余为Fe和必不可少的杂质；关键工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.015%，采用纯净钢冶炼体系，LF+VD炉精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，造渣脱氧，白渣保持时间≥15min，过程控制Al=0.015%~0.030%；VD真空脱气处理在真空度0.5tor以下真空保持时间不小于12min，出站钢水[H]≤2ppm，[O]≤10ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值连浇炉≤30℃，开浇炉≤35℃；

加热：铸坯加热时间120~300min，加热段温度1050~1130℃之间，均热段温度1030~1100℃之间；

轧制：850轧机采用大压下进行轧制，一、二道次压下量按75mm、70mm控制；粗轧后采用脱头台架进中轧，开轧温度≥1100℃，精轧后进kocks减定径，终轧温度≥650℃；

冷却：轧后圆钢采用密排进保温罩缓冷，冷速≤0.13℃/s；进保温罩温度650~700℃，出保温罩后快速入坑缓冷；规格φ50~φ70mm采用冷床进保温罩工艺入坑缓冷，入坑温度≥300℃，盖罩缓冷时间不小于24h；

精整：超声波探伤+漏磁表面探伤。