CN112899571B - 一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢及其制备方法，所述圆钢化学成分及质量百分含量为：C：0.42～0.49％，Si：1.00～1.20％，Mn：1.50～1.70％，V：0.1～0.13％，Cr：0.50～1.20％，Ni：0.1～0.30％，Mo：0.10～0.30％，S：0.035～0.075％，P：≤0.035％，Al：0.033～0.058％，Cu：≤0.02％，O：≤20×10‑4％，H：≤1.5×10‑4％，N：80×10‑4％～100×10‑4％，Sn：0.05～0.10％，余量为铁和不可避免的杂质；本发明制备的钢材具有良好的机械性能，耐疲劳性、耐腐蚀性，制造成本低，制造周期短，无需调质处理直接用于锻压工序等优点，可用于热锻曲轴、连杆等汽车零部件。

Description

一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢及其制备方法。
背景技术
曲轴、连杆等是汽车零部件的核心。曲轴性能影响了发动机的质量，因此，曲轴不但要有较高的强度和硬度，一定的韧性，还要有耐腐蚀和抗疲劳性能。由于汽车的零部件(曲轴、连杆)在工作中承受了循环载荷的作用力，而疲劳破坏是一个隐蔽的渐变过程，这就使得存在裂纹源的汽车零部件(曲轴、连杆)会进入一个疲劳损伤的过程。由于疲劳破坏因其隐蔽性而导致汽车零部件(曲轴、连杆)失效具有突发性，会造成巨大损失，所以提前对疲劳寿命做出预估，这样才能保证零部件是在寿命允许的范围服役的，避免了突发意外。
中国专利CN 105970102 A公开了一种高冲击韧性汽车连杆弹簧用合金钢，其屈服强度、抗拉强度不理想，未提及硬度、抗疲劳性和耐腐蚀性等指标。
中国专利CN 103266287 A和中国专利CN 110791708 A公开了一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢和一种汽车零部件用非调质钢，这两个专利都未提到抗疲劳性能和耐腐蚀性。
发明内容
基于上述不足，本发明的目的在于，为克服现有技术中的锻压用非调质钢不耐疲劳耐腐蚀的技术问题，提供一种耐疲劳耐腐蚀锻压用钢(如曲轴、连杆等)及其制备方法，本申请钢种通过添加元素Sn来保证钢材中珠光体的含量，提高了钢材的强度、抗疲劳极限和耐腐蚀性，制备的耐疲劳锻压用钢具有高强度、高韧性、耐疲劳、耐腐蚀等特点。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢，所述圆钢化学成分，按质量百分含量计，包括：C：0.42～0.49％，Si：1.00～1.20％，Mn：1.50～1.70％，V：0.1～0.13％，Cr：0.50～1.20％，Ni：0.1～0.30％，Mo：0.10～0.30％，S：0.035～0.075％，P：≤0.035％，Al：0.033～0.058％，Cu：≤0.02％，O：≤20×10-4％，H：≤1.5×10-4％，N：80×10-4％～100×10-4％，Sn：0.05～0.10％，余量为铁和不可避免的杂质；
V的作用：可以细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒还可以无限固溶到铁中，阻止晶粒的生长，提高淬火温度，改善硬化能力，是微合金化的元素。
Cr的作用：铬元素在钢中形成稳定而硬的碳化物，具有抗蚀性，能显著提高强度硬度但同时降低塑性和韧性，并能够大大提高钢的淬透性，使工件淬火和回火后的组织变得均匀化。
Sn的作用：微量元素锡可细化组织，均匀的细晶粒使杂质分布更分散，使合金成分更加均匀，并可使点缺陷和线缺陷分散，防止构成微观电池，从而提高了耐腐蚀性能。申请钢种通过添加元素Sn来保证钢材中珠光体的含量，提高了钢材的强度、耐腐蚀性和抗疲劳极限。
N的作用：氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。
Al的作用：铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。
钼在钢中能提高淬透性和热强性，还能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等的抗力。镍钼钢还具有很高的疲劳极限,具有良好的耐热疲劳性，可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。其中考虑合金元素Sn对耐腐蚀及疲劳性能的贡献，需Ni+Mo+Sn含量满足0.021C+0.016Mn+0.368V+0.111Cr+0.542Al≤Ni+Mo+Sn≤0.104C+0.108Mn+0.688V+0.771Cr+1.213Al。
作为优选，所述耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的屈服强度≥810MPa、抗拉强度≥1230MPa、延伸率≥13％、断面收缩率≥28％、纵向冲击功≥28J，布氏硬度≤285HB。
作为优选，所述耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的脱碳层≤1.5％D，其中，D为钢材直径，达到提高钢材耐疲劳的效果，疲劳极限由344MPa提至586MPa以上。
本发明还提供了一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的制备方法，所述制备方法包括：1)配料工序熔清成分目标：熔清碳≥0.50％，熔清磷≤0.025％，残余元素含量符合标准要求，合金烘烤温度符合工艺要求，冶金辅料水分≤0.5％；2)电炉冶炼工序：终点C≥0.20％，P≤0.025％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度1620～1680℃；3)连铸工序：铸坯进拉矫机温度≥920℃，入坑缓冷时间应不小于24小时，出坑温度不大于250℃。
本发明通过V、Cr、Ni、Mo等微合金化元素和稀有元素Sn的加入，进一步提高钢材强度的同时，可兼顾钢材高韧性、耐疲劳、耐腐蚀等特点。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明运用上述合理成分设计、冶炼、连铸工序等简单的操作工艺，可以使耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的屈服强度≥810MPa、抗拉强度≥1230MPa、延伸率≥13％、断面收缩率≥28％、纵向冲击功≥28J，布氏硬度≤285HB，脱碳层≤1.5％D(D为钢材直径)，达到提高钢材耐疲劳的效果，疲劳极限由344MPa提至586MPa。本发明制备的钢材具有良好的机械性能，耐疲劳性、耐腐蚀性，制造成本低，制造周期短，无需调质处理直接用于锻压工序等优点，可用于热锻曲轴、连杆等汽车零部件。
2)本发明的制备方法规定了熔清成分目标，进一步提高了钢水的洁净度，还规定了连铸工序中铸坯进拉矫机温度的温度、入坑缓冷时间和出坑温度等指标，为后续钢材的良好机械性能，耐疲劳性、耐腐蚀性提供了保证。
3)本发明的钢种很好地适应了使用在汽车零部件的耐疲劳损伤耐腐蚀的需求，为开发具有良好的机械性能，耐疲劳性、耐腐蚀性的汽车零部件用钢提供了技术支撑。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面列举采用本发明的生产工艺生产的三种化学成分配比的耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢即实施例1、2和3，三个实施例得到的耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢化学成分配比参见表1，具体生产工艺见表2，实物性能见表3、4。
实施例1-3
一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的生产方法包括如下步骤：
1)配料工序：熔清成分目标：熔清碳0.51～0.53％，熔清磷0.021～0.024％，残余元素含量符合标准要求。合金烘烤温度符合工艺要求，冶金辅料水分0.35～0.41％。
2)电炉冶炼：终点C：0.21～0.22％，P：0.022～0.024％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度1635～1641℃。
3)连铸工序：铸坯进拉矫机温度925～926℃，入坑缓冷时间24～25小时，出坑温度240～245℃。
表1实施例1-3圆钢的化学成分组成
Figure BDA0002905060710000031
Figure BDA0002905060710000041
表2实施例1-3圆钢的配料工序、电炉冶炼工序和连铸工序参数
Figure BDA0002905060710000042
表3实施例1-3圆钢的力学性能、耐疲劳性
Figure BDA0002905060710000043
表4实施例1-3圆钢的H2S应力腐蚀开裂试验结果
实施例 试验溶液 试验应力 试验时间/h 断裂情况
1 NACE TM 0177-2005溶液 0.8ReL 720 否
2 NACE TM 0177-2005溶液 0.8ReL 720 否
3 NACE TM 0177-2005溶液 0.8ReL 720 否
综上，本发明所得耐疲劳耐腐蚀锻压用非调质圆钢的屈服强度达到840～845Mpa，抗拉强度1240～1256Mpa，伸长率12.6～14％，断面收缩率29～32％，纵向冲击功43.1～51.5J，布氏硬度256～267HB，脱碳层0.56～1.10mm，疲劳极限586～589MPa，抗H2S腐蚀。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢，其特征在于，所述圆钢化学成分，按质量百分含量计，包括：C：0.42～0.49％，Si：1.00～1.20％，Mn：1.50～1.70％，V：0.1～0.13％，Cr：0.50～1.20％，Ni：0.1～0.30％，Mo：0.10～0.30％，S：0.035～0.075％，P：≤0.035％，Al：0.033～0.058％，Cu：≤0.02％，O：≤20×10-4％，H：≤1.5×10-4％，N：80×10-4％～100×10-4％，Sn：0.05～0.10％，余量为铁和不可避免的杂质；
其中，所述圆钢中Ni+Mo+Sn的含量为0.021C+0.016Mn+0.368V+0.111Cr+0.542Al≤Ni+Mo+Sn≤0.104C+0.108Mn+0.688V+0.771Cr+1.213Al。
2.根据权利要求1所述的耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢，其特征在于，所述耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的屈服强度≥810Mpa，抗拉强度≥1230Mpa，延伸率≥13％，断面收缩率≥28％，纵向冲击功≥28J，布氏硬度≤285HB。
3.根据权利要求1所述的耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢，其特征在于，所述耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的脱碳层≤1.5％D，其中，D为钢材直径。
4.一种如权利要求1-3任一所述的耐疲劳耐腐蚀锻压用圆钢的制备方法，包括以下步骤：
1)配料工序：熔清成分目标：熔清碳≥0.50％，熔清磷≤0.025％，冶金辅料水分≤0.5％；
2)电炉冶炼工序：终点C≥0.20％，P≤0.025％，出钢温度1620～1680℃；
3)连铸工序：铸坯进拉矫机温度≥920℃，入坑缓冷时间不小于24小时，出坑温度不大于250℃。
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