CN112981261B - 一种非调质钢及其应用、制品和制法 - Google Patents

Abstract

一种非调质钢及其应用、制品和制法，属于钢铁领域。非调质钢包括按照质量百分比计的以下组分：C：0.38‑0.42％，Si：0.15‑0.37％，Mn：0.70‑1.20％，V：0.06‑0.15％，Cr：0.10‑0.30％，Mo：0.01‑0.08％，Al：0.008‑0.020％，N：0.010‑0.020％，Ti：0.010‑0.020％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。该非调制钢能够在酸性介质环境中表现出良好的抑制针孔出现的抗腐蚀效果。

Description

一种非调质钢及其应用、制品和制法

技术领域

本申请涉及钢铁领域，具体而言，涉及一种非调质钢及其应用、制品和制法。

背景技术

作为工程机械液压油缸、压力机或升降机液压机具中的重要零部件，电镀液压杆被广泛应用于装载机液压油缸、挖掘机液压油缸、路面机械液压油缸、建筑机械液压油缸、特种液压油缸和电、液伺服油缸等领域。

随着近几年工程机械、建筑机械以及汽车运输的快速发展，电镀液压杆被的市场和应用也强劲增长。

在重型工程机械、建筑机械、汽车或试验机等精密仪器领域，对电镀液压杆部件质量要求很高。电镀液压杆的缺陷会成为液压系统渗漏源，还会导致油缸报废，甚至造成工程机械、汽车车辆的召回，给企业造成巨大损失。

长期以来，广泛采用的电镀液压杆用钢是45调质钢。由于电镀液压杆对钢的质量要求很高，大多数用户要求无缺陷交货。这是由于，采用45#钢所制作的电镀液压杆，在经过调质热处理后容易变形而成为废品，而且增加了热处理设备投资和热处理工序。

从非调质钢的特殊优异性和电镀液压杆加工使用分析，采用非调质钢生产电镀液压杆具有很强的经济性。电镀液压杆为细长类零部件，如采用调质钢均需要调质热处理，热处理废品率高。所以采用非调质钢代替45调质钢制造电镀液压杆是非常必要的。

发明内容

基于上述的不足，本申请提供了一种非调质钢及其应用、制品和制法，以替代45#调质钢。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种非调质钢，其包括按照质量百分比计的以下组分：C：0.38-0.42％，Si：0.15-0.37％，Mn： 0.70-1.20％，V：0.06-0.15％，Cr：0.10-0.30％，Mo：0.01-0.08％， Al：0.008-0.020％，N：0.010-0.020％，Ti：0.010-0.020％，P：≤0.025％， S：≤0.015％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

在第二方面，本申请的示例提供了一种非调质钢的制作方法，其包括以非调质钢的组分构成为工艺步骤的控制因素进行非调质钢的制作，且该工艺步骤包括：

转炉冶炼：对转炉终点的碳含量和出钢温度进行控制。

LF钢包炉精炼：通过补充铝材料的方式将铝元素的含量调整至所述非调质钢中的铝的设计含量上限以上，并执行造渣操作、以通过控制炉渣的碱度而去除B类和C类夹杂物。

RH真空脱气。

连铸：采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺联合控制铸坯从表到里的成分均匀性，以抑制成分偏析。

热轧：包括依次进行的热处理阶段、轧制阶段、轧后冷却阶段，其中，所述热处理阶段包括依次进行的预热操作、加热操作和均热操作，所述轧制阶段采用大压下工艺以使变形渗透芯部。

在第三方面，本申请的示例提供了一种非调质钢在制作需要经历使用酸性介质的电镀处理的特种钢中的应用，其中，特种钢包括电镀用钢、焊接电镀用钢或摩擦焊接电镀液压杆用钢。

在第四方面，本申请的示例提供了一种采用非调质钢制作而成的液压杆。

在第五方面，本申请的示例提供了一种液压杆的制造方法，其包括：

提供非调制钢；

对非调质钢依次进行表面淬火。

有益效果：

在以上实现过程中，本申请实例提供的非调质钢中组分被合理控制，从而使得其能够耐受酸性介质的腐蚀，进而避免因酸性介质腐蚀形成针孔的问题的发生。因此，该非调质钢适用于需要进行酸性介质处理的领域，例如需要使用酸性溶液的电镀钢的制作。

在上述的非调质钢中，由于锰元素的存在，硫含量被控制，从而避免大量的硫化锰夹杂物的产生。另外，铝的含量还被控制，从而避免由于高铝含量所导致的夹杂物(如铝酸盐多且尺寸大)的形成。上述的夹杂物容易被酸性介质腐蚀掉，从而容易形成针孔。因此，通过控制上述元素的含量，使得夹杂物的产生被抑制，从而赋予了本申请中的非调质钢的抗针孔型腐蚀的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例11中的液压杆中的杆体的带状组织图；

图2为本申请实施例12中的液压杆中的杆体的带状组织图；

图3为本申请对照例13中的液压杆中的杆体的带状组织图；

图4为本申请实施例11中的液压杆中的摩擦焊缝区的带状组织图；

图5为本申请实施例12中的液压杆中的摩擦焊缝区的带状组织图；

图6为本申请对照例13中的液压杆中的摩擦焊缝区的带状组织图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的一种非调质钢及其应用、制品和制法进行具体说明：

电镀液压杆为细长类零部件，如采用调质钢(如45#调质钢)均需要调质处理，热处理废品率高，所以采用非调质钢代替45#调质钢制造电镀液压杆是非常必要的。

考虑到电镀液压杆的制作和使用环境，其具有一些特殊的要求。例如，电镀过程中使用的电镀溶液(如单盐电镀液，或络合物电镀液) 是酸性，因此具有腐蚀性，容易对钢材产生腐蚀。液压杆需要承受加大的作用力(例如，抗拉强度可能要求达到800MPa以上)，因此，要求液压杆具有外层硬且同时内部韧性、抗弯折等。此外，对于通过如摩擦焊接的方式制作的电镀液压杆，由于还涉及到摩擦焊接，过程中需要进行高速旋转，因此会受到扭转和高温作用，从而对冲击功、伸长率等有特别的要求。

有鉴于此，在本申请中，发明人提出了一种非调质钢，用以替代 45#调质钢。

以下结合实施例对本申请的一种非调质钢及其应用、制品和制法作进一步的详细描述。

非调质钢包括按照质量百分比计的以下组分：

C：0.38-0.42％，Si：0.15-0.37％，Mn：0.70-1.20％，V：0.06-0.15％， Cr：0.10-0.30％，Mo：0.01-0.08％，Al：0.008-0.020％，N：0.010-0.020％， Ti：0.010-0.020％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

在另一些示例中，非调质钢包括按照质量百分比计的以下组分：

C：0.38至0.42％，Si：0.15至0.29％，Mn：0.70至1.1％，Cr： 0.10至0.30％，Mo：0.02至0.08％，Al：0.008至0.010％，N：0.010 至0.020％，Ti：0.017-0.018％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.20％， Cu：≤0.20％。

其中，C的含量也可以是0.38％、0.39％、0.40％、0.41％和0.42％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，C的含量可以是 0.39至0.42％，或者0.38至0.41％，或0.40至0.41％等等。

其中，Si的含量可以是0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、 0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、 0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％和0.37％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Si的含量可以是0.17至 0.36％，或者0.20至0.34％，或0.23至0.31％，或0.26至0.29％，或 0.15至0.30％，或0.15至0.26％，或0.15至0.29％等等。

其中，Mn的含量可以是0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％和1.2％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Mn的含量也可以是0.71％至1.0％，或者0.75至1.1％，或0.80至0.9％，或0.70至1.1％等等。

其中，V的含量可以是0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、 0.11％、0.12％、0.13％、0.14％和0.15％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，V的含量也可以是0.060至0.14％，或者0.08 至0.11％，或0.10至0.13％等等。

其中，Cr的含量可以是0.10％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、 0.17％、0.18％、0.20％、0.22％、0.23％、0.25％、0.28％、0.29％和0.30％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Cr的含量可以是0.11至0.29％，或者0.16至0.27％，或0.19至0.24％，或0.14至 0.22％等等。

其中，Mo的含量可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％和0.08％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Mo的含量可以是0.01至0.07％，或0.03至0.08％，或0.02 至0.06％，或者0.04至0.07％，或0.02至0.08％等等。

其中，Al的含量可以是0.008％、0.009％、0.011％、0.012％、 0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％和0.020％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Al的含量可以是0.009至0.019％，或0.011至0.017％，或0.013至0.020％，或0.012 至0.016％等等。

其中，N的含量可以是0.010％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、 0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％和0.020％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，N的含量可以是0.010至0.018％，或0.012至0.017％，或0.014至0.016％，或0.015至0.020％等等。

其中，Ti的含量可以是0.010％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、 0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％和0.020％中的任意一者，或者任意两者所限定的范围。例如，Ti的含量可以是0.010至0.019，或0.011至0.017％，或0.013至0.018％，或0.016至0.017％等等。

在一些示例中，该非调质钢的碳当量Ceq值为小于等于0.65％，优选地，0.60％≤Ceq≤0.65％。

本申请示例中，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

碳当量与钢中马氏体和贝氏体相关联，并且还影响到非调质钢的摩擦焊性能/焊接性能。例如，当碳当量越高，则在同样的冷却速度 (摩擦焊步骤中的冷却工艺的降温速度)下，非调质钢在摩擦焊时更容易出现马氏体。例如，在相同的碳当量的情况下，非调质钢在摩擦焊过程的冷却速度越快，则其中越容易出现马氏体。马氏体的更多地产生会影响抗折性能。碳能够确保钢(或其制品，如液压杆)的使用强度。当碳含量太低会导致材料强度下降、淬火后硬度过低；当碳含量高，会增加珠光体含量，提高材料的硬度和强度，降低韧性。因此，为了保证非调质钢在摩擦焊的操作中的摩擦焊性能，碳的含量可以被控制在0.50％以下。例如，本申请的示例中的碳含量为0.38-0.42％。

硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形式存在于铁素体中，从而具有显著的固溶强化铁素体、降低其塑性(通过延伸率表征)的作用。同时，其塑性的降低，也有助于获得改善的切屑加工性能。因而控制其含量不超过0.40％。例如，本申请的示例中，确定硅的含量控制在0.15-0.37％；更优选的，Si含量为0.15-0.30％；进一步优选为 0.15至0.20％。

锰溶于铁素体，起到固溶强化的作用，能够确保液压杆的使用强度。然而，当钢中的锰的含量大于1.50％时，容易在钢中出现贝氏体。当钢的内部或芯体出现较多的贝氏体时，会使得钢韧性下降(脆性升高)，从而容易折断(在扭转时表现的更为明显，从而不利于将该非调质钢在摩擦焊接中的使用)。这对于将钢材制作为细长的液压杆时，表现的尤其突出。因此，本申请示例确定锰含量优选为1.05-1.20％。

在钢的热加工过程中，作为强碳化物形成元素的钒，主要表现为抑制奥氏体的形变再结晶、并阻止其晶粒的长大。随奥氏体化温度升高，V(C、N)在奥氏体中的溶解量增加。在随后的控锻、控冷过程中，细小的V(C、N)析出量也增加。奥氏体的塑性很好，但是强度较低、具有一定韧性。当钢被加热到奥氏体相区时，体积收缩；冷却时，奥氏体转变为铁素体、珠光体等组织时，体积膨胀。因此，热处理或者受热、受冷过程，容易引起内应力和变形。此外，奥氏体的导热性差(特别是高合金的奥氏体钢)，所以，在热处理过程中应当缓慢冷却和加热，以减少温差热应力，避免开裂。因此，本申请示例中的V的含量优选为0.08-0.12％。

铬在钢中可以增加淬透性，并改善钢的力学性能。淬透性表征淬透深度和硬度分布。淬硬层深度越大，且淬透性越好，进而更容易获得力学性能更一致的截面/断面，从而减少该截面/断面的变形和开裂。但是铬元素含量过高，会恶化钢的切削加工性能。因此，本申请的示例中优选的铬的含量为0.10-0.20％。

钼一般被认为是钢中的残余元素，其存在是有害的。但是，本申请中，钼在钢中被用以增加非调质钢的淬透性，并改善钢的力学性能。但是，钢中含有钼容易导致钢中出现贝氏体，从而可能导致韧性不足。因此，选择使用钼时将需要对其含量进行控制，并且本申请中示例中的钼含量可以是0.01-0.05％，更优选为0.02-0.04％，进一步优选为 0.03至0.08％。

铝在钢中起到细化晶粒，从而同时地改善韧性和强度。但是，铝的高含量将导致数量多且尺寸大的铝酸盐(如钙铝酸盐；钙作为利于多炉连浇的元素被引入)夹杂物的形成，从而容易引起酸处理条件下的针孔现象出现。

氮能够确保非调质钢中的钒和钛的沉淀强化，使得钢经过锻造后获得更佳的强韧性能。因此，本申请示例中的氮含量优选为 0.012-0.020％。

钛能够细化晶粒、同时提高材料强度和韧性，并且还可以改善因细小的氮化铝析出所造成的网状裂纹。然而，加入过多的钛，会在钢中形成粗大的氮化钛夹杂颗粒，从而降低钢的韧性。因此，本申请示例中，匹配于氮的含量而将钛的含量选择为0.010％至0.020％。

硫的存在可以与锰发生反应形成硫化锰夹杂物，从而能够改善非调质钢的切屑性能。但是，硫化锰夹杂物容易被酸性物质腐蚀，从而会导致非调质钢中的形成针孔。因此，对锰和硫的含量控制，在一定程度上改善非调质钢的切屑性能和抗腐蚀性能，从而有助于利用其进行加工—例如，电镀和切屑—从而便于制作具有要求形状、尺寸的抗针孔性腐蚀的电镀液压杆。

为了使本领域技术人员更易于实施本申请，示例中给出了一种上述非调质钢的制作方法。该制作方法包括以下步骤：依次进行转炉冶炼、LF钢包炉精炼、RH真空脱气、连铸以及热轧。以下就各个步骤进行详细说明。

转炉冶炼

在转炉冶炼过程中，对转炉终点的碳含量和出钢温度进行控制。本申请中，对转炉终点的碳含量控制为0.08％至0.20％，且出钢温度为1620℃至1640℃，优选为1620℃至1630℃。出钢温度对非调质钢的质量和工艺实施难易程度相关联。如果出钢温度太高，会增加非调制钢中的夹杂物和潜在的气孔，从而劣化非调质钢的质量。并且，高的出钢温度还会导致铁水氧含量显著提高，从而需要更多的脱氧剂，进而导致非调制钢中的合金大幅度减小。出钢温度过低则容易导致流动性下降，使转炉的水口结瘤，限制出钢。

LF钢包精炼

LF钢包精炼的过程中，进行全程吹氩搅拌，并且加入造渣材料进行造渣。其中的造渣材料可以是石灰、萤石和合成渣，且碱度控制在5-8。精炼渣的保持时间为12-15min。此外，在精炼过程中加入氮化铬丝调整成分。同时，精炼过程中根据样品补喂Al线至Al含量到0.030％，后续不在补喂Al。通过LF钢包精炼使得铝含量达到非调质钢所需的量。

其中，造渣操作通过炉渣的碱度的选择而使夹杂物(主要包括B 类和C类)被去除，从而能够避免针孔性酸性腐蚀的影响。这将有助于非调质钢。

RH真空脱气

RH真空脱气过程中，真空度控制在266Pa以内，高真空时间控制在10-20min，真空处理后立即投入碳化谷壳保温，软吹时间控制在30-40min，氩气流量控制5-25Nm³/h。

连铸

连铸操作可以使非调质钢中的成分更均匀、抑制成分偏析。该连铸过程中，采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺联合，从而控制铸坯从表到里的成分均匀性，以抑制成分偏析。

此外，还可以通过对铸坯的冷却方式控制成分的偏析。即通过高温缓冷，降低应力，减少钢表面开裂。例如，连铸过程中，当铸坯的温度达到600℃以上时进入缓冷坑进行缓慢冷却。当在缓冷坑中冷却至200℃以下时出坑。结合上述工艺可以使连铸坯中的碳最大偏析量控制在0.04％以内。

另外，电磁搅拌参数和轻压下，降低偏析、提高成分均匀性。当非调质钢中的碳当量过高，容易出现马氏体和贝氏体，轻压下挤压铸坯芯部，可以将各成分挤压开，不会富集。

示例中，为减少钢水二次氧化，连铸全程采用吹氩保护浇铸，中包钢水温度控制在1514-1524℃。连铸过程将钢水过热度控制在20-30℃(有助于可浇性的提高)，采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺联合控制铸坯从表到里的成分均匀性。

结晶器电磁搅拌参数控制为250A±10A/2.5Hz、末端电磁搅拌参数控制为680A±10A/4Hz，连铸过程采用13mm轻压下工艺。轻压下工艺能够对凝固末端的钢水施加一定的压力，从而避免凝固过程中的体积收缩，从而减少芯部疏松和缩孔，提高内部致密度和质量；同时，轻压下还可以钢液的再分配，从而降低内部偏析。

为控制好铸坯表面质量，连铸坯采用高温缓冷或红送装炉方式，连铸坯入坑缓冷温度≥600℃，出坑温度≤200℃。

热轧

热轧过程包括依次进行的热处理阶段、轧制阶段、轧后冷却阶段。

由于本申请的非调质钢中的氮含量相对较高，因此，容易在钢表面形成裂纹，因此在热轧过程中严格控制上述热处理阶段中的各段的加热温度及加热时间。

其中，热处理阶段包括依次进行的预热操作、加热操作和均热操作。

预热操作的温度在750℃以下，时间为90分钟以上。

加热操作包括在850-1100℃条件下加热时间≥60min的一段加热和在1130-1200℃条件下加热时间为40至60min的二段加热。由于非调制钢中含有一定量的氮，因此，容易导致钢表面开裂。针对于此，一段加热和二段加热使用相对较低的温度，并且缓慢升温，从而能够抑制开裂。

均热操作的温度为1120-1180℃、时间为50-90min。均热段温度不宜过高，过高会降低非调钢的冲击韧性。

轧制阶段采用大压下工艺，可以使铸坯的变形渗透至芯部/心部，破碎晶粒(例如可以达到6级以上的晶粒度)，从而减轻带状组织和偏析。

轧后冷却阶段以40-100℃/min的速度进行冷却。冷却的方式还可以选择为以上述速度进行冷却，当冷却至600℃之后，进行堆冷(在干燥避风处，于空气中自然冷却)。换言之，轧后冷却阶段中，堆冷温度为600℃。即轧后钢坯开始冷却时的轧后钢坯的温度。

在热轧完成之后，可以获得轧制的圆钢。随后可以对其进行测试，以便获得其组织、性能数据。例如，取轧制的圆钢(热轧态圆钢)作为测试样品，按照国标检测其以下属性：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击吸收功、硬度、带状组织和金相组织。

示例中，该非调质钢的金相组织为珠光体和铁素体，且晶粒度可以达到6至8级。其带状组织≤2.5级，屈服强度≥5200MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥18％，冲击吸收功KU2≥42J，硬度为225 至280HBW。

总体上而言，本申请通过微合金化的成分设计及控轧、控冷的生产方法，生产出不用调质处理的高压油缸杆用钢，简化了生产工序、节省了设备，具有节材节能、降低生产成本的特点。

通过上述对组分和工艺的配合，本申请中所制备获得非调质钢能够取得在成本尽量低的原则下达到强韧性的合理匹配，同时满足高压油缸杆表面感应淬火淬硬层的要求。并且该非调质钢具有高塑性、高韧性、良好的表面和皮下质量及良好表面感应淬火性能，同时其制造成本较低。

有鉴于该非调质钢所具有的上述优点，其适用于制造摩擦焊电镀液压杆，可以满足摩擦焊电镀液压杆在服役过程中的复杂的受力情况。考虑到摩擦焊电镀液压杆的制作过程，通常需要涉及到高速旋转或振动以进行摩擦，因此会涉及到较大作用力的扭转或弯折，同时还会经历高温。并且，电镀过程还会涉及到酸性电镀液的使用，从而可能遭遇腐蚀问题。液压杆通常还需要较强的强度、硬度等等。此外，为了方便进行加工，非调制钢可能还需要进行切削操作，以便对形状和尺寸进行按需调整。因此，当将非调制钢应用于摩擦焊电镀液压杆时，需要非调制钢在上述中的一个或多个方面具有优异的性能。

通过对非调制钢的不同方面性能的改善，本申请示例中的非调制钢可以用于各种方面，例如用于制作需要经历使用酸性介质的电镀处理的特种钢。其中的特种钢包括电镀用钢、焊接电镀用钢以及上述的提及的摩擦焊接电镀液压杆用钢。

以下就摩擦焊电镀液压杆的制备工艺进行说明。

液压杆的制造方法包括：

提供非调制钢；

对非调质钢依次进行表面淬火。

其中的非调制钢通过前文提及的工艺制得。

进一步地，还可以对非调制钢进行预先处理，例如，表面打磨、抛光、除油等等。另外，不同的液压杆对形状和尺寸通常具有不同的需求，因此，在表面淬火之前，还可以先进行修型。例如通过车削以获得需要的直径、长度的圆柱形的非调制钢。或者，将钢进行剥皮处理(单边剥皮量为1.25mm)，以便把表面的氧化铁皮车削干净，剥皮后根据液压杆定尺长度进行切断。

其中的表面淬火可以是表面高频淬火。通过对淬火频率、时间和冷却液冷却强度，使液压杆的表面硬度控制在55-62HRC，且有效淬硬层深度控制在2-4mm。通过表面高频淬火，该液压杆包括具有硬度的表层和具有韧性的芯部，即表层硬而芯部韧。其中的芯部的冲击吸收功KU2大于等于42J。表层(以圆柱形的液压杆用钢为例，表面向内部沿径向延伸的深度2.5至4mm)含马氏体的金相组织，且芯部不含马氏体和贝氏体。较佳地，以圆柱形的液压杆为例，其0.5倍半径往内至芯部区域不含马氏体和贝氏体。

进一步地，在表面淬火之后还可以有选择地进行连接操作、电镀等。不同示例中，制作方法可以是表面淬火后进行连接操作；或者，制作方法还可以是表面淬火后进行电镀操作；或者，制作方法也可以是表面淬火后进行依次进行连接操作和电镀操作。此外，考虑到表面淬火之后的应力的存在，还可以选择进行回火，以便充分消除淬火应力。

其中的连接操作是通过将经过表面淬火的调质钢(作为液压杆的杆体)与接头(作为液压杆的杆头)进行摩擦焊接而实施。接头是供液压杆与其他结构件连接或提供驱动的装置。因此，摩擦焊可以是：将液压杆固定位置，通过将接头进行高速旋转与液压杆摩擦产生热量，从而使液压杆和接头焊接在一起，摩擦焊之后，在7-9分钟内完成整个过程。经过摩擦焊接在一起之后进行冷却直至达到室温，该冷却过程的冷却速度(冷速)以摩擦焊的温度降低至室温的时间表征，例如7至9分钟。

电镀则可以对液压杆进行保护，防止生锈。并且，电镀前还可以先细磨、抛光，检查无缺陷后进行电镀膜，例如可以制作镀Ni层和镀Cr层，或合金层。

通过这样的操作可以获得液压杆的杆体的金相组织为珠光体+铁素体，马氏体含量＜2％，贝氏体含量＜20％，且杆体和杆头的摩擦焊缝处的硬度＜360HV的液压杆(摩擦焊缝处的金相组织为珠光体+ 铁素体+少量贝氏体+少量马氏体)。

此外，部分示例中，通过优化，该液压杆(杆体)还可以取得下述的性能：

屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥740MPa，伸长率≥18％，冲击吸收功≥39J；晶粒度≥6级；带状组织≤2.5级；硬度225-280HBW。

或者，更优选地，部分示例中，该液压杆还可以取得下述的性能：

屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥800MPa，伸长率≥18％，冲击吸收功≥42J；晶粒度≥6级；带状组织≤2.0级；硬度230-260HBW。

以下结合实施例对本申请作进一步的详细描述。

实施例1

本示例中提供了一种非调质钢，其组分构成如表1所示。

该非调质钢的制作方法包括：依次进行转炉冶炼、LF钢包炉精炼、RH真空脱气、连铸以及热轧。

第一步：转炉冶炼。

转炉终点碳控制在0.10％，出钢温度控制在1630℃。

第二步LF钢包精炼：

精炼过程中进行全程吹氩搅拌。加入由石灰、萤石和合成渣构成的造渣材料进行造渣，精炼渣保持时间14min，精炼渣的碱度控制在 5-8。精炼过程中加入氮化铬丝调整成分，精炼过程中补喂Al线至 Al含量到0.030％，后续不在补喂Al。

第三步：RH真空脱气。

真空度控制在266Pa以内，真空时间控制在18min。真空处理后立即投入碳化谷壳保温，软吹时间控制在32min，氩气流量控制 8Nm³/h。

第四步：连铸。

连铸全程采用吹氩保护浇铸，以减少钢水二次氧化。

中包钢水温度控制在1520℃；连铸过程将钢水过热度控制在 23℃，连铸拉速为0.62m/min。采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺联合控制铸坯从表到里的成分均匀性。结晶器电磁搅拌参数控制为250A/2.5Hz、末端电磁搅拌参数控制为680A/4Hz，连铸过程采用13mm轻压下工艺。连铸坯入坑缓冷的温度≥600℃，出坑温度≤200℃。

第五步：热轧。

热处理过程：预热段温度≤750℃、加热时间≥90min；一加热段温度900℃，加热时间≥87min；二加热段温度1180℃，加热时间75min；均加热段温度1172℃，加热时间82min。

轧制过程：开坯机采用大压下工艺。

轧后圆钢以65℃/min的速度冷却到600℃后进行堆冷。

实施例2、对照例3按照上述实施例1的步骤顺序进行，且各实施例和对照例的非调质钢的制备工艺条件的区别列在表2中。

为了考察各例中的非调质钢的质量，对试样的组织、性能检测：取轧制的圆钢按照国标检测轧态圆钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击吸收功、硬度、带状组织和金相组织，结果如表3所示。

表1各例非调质钢中的组分构成

注：其中N元素的含量以ppm单位计，其他元素的含量以质量百分比计。

表2各例非调质钢的制备工艺

表3各例非调质钢的金相组织和性能

结合上述表1至3的公开的数据，当非调制钢中的碳(C)、锰 (Mn)以及钒(V)含量相对更低时，由此获得的活塞杆的屈服强度、抗拉强度以及硬度也会相应偏低。另一方面，当非调制钢中的碳 (C)、锰(Mn)、钒(V)的含量相对偏高时，则会使由此获得的活塞杆的屈服强度和抗拉强度提高，但是也会导致其伸长率和冲击工的下降。

此外，从一些活塞杆的性能要求而言，其伸长率大于等于18％时即可满足一般要求。根据上述的对照例1的相关数据可知当成分设计偏低时，虽然伸长率能够满足要求，但是强度不满足要求；对照例 3主要说明成分过高，虽强度满足，但是伸长率不满足。

实施例11

采用实施例1中的非调质钢(圆钢)，制作摩擦焊电镀液压杆(简称液压杆)，其工艺如下。

第1步：车削。

将圆钢进行剥皮处理，单边剥皮量为1.25mm，把表面氧化铁皮车削干净，剥皮后根据液压杆定尺长度进行切断。

第2步:表面高频淬火。

通过表面高频淬火，使液压杆表面硬度控制在55-62HRC，有效淬硬层深度控制在2-4mm。

第3步:摩擦焊。

液压杆固定位置，通过将接头进行高速旋转与液压杆摩擦产生热量将液压杆和接头焊接在一起，摩擦焊后在7-9分钟(焊接完成之后，从高温状态到室温状态的时间)内完成冷却过程。

第4步:电镀。

电镀前先进行细磨、抛光，检查无缺陷后进行镀Ni和镀Cr。

将实施例2、对照例3中的非调质钢按照上述实施例11的步骤顺序进行处理制备液压杆(实施例12、对照例13)，且液压杆制造工艺条件的区别列在表4中。

对所制作的液压杆进行检测，结果如表5所示。其中液压杆的杆体的带状组织如图1至图3所示；其中液压杆的杆体和杆头的焊缝区的带状组织如图4至图6所示。

表4各例液压杆的制作工艺

表5各例液压杆的性能

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种非调质钢，用于制作需要经历使用酸性介质的电镀处理的特种钢，其特征在于，所述非调质 钢由按照质量百分比计的以下组分构成：C：0.38-0.42%，Si：0.15-0.37%，Mn：0.70-1.20%，V：0.06-0.15%，Cr：0.10-0.30%，Mo：0.01-0.08%，Al：0.009-0.011%，N：0.010-0.020%，Ti：0.010-0.020%，P：≤0.025%，S：0.001-0.002%，Ni：≤0.20%，Cu：≤0.20%，其余为Fe和其他不可避免的杂质；

所述非调质钢的碳当量Ceq值为小于等于0.65%，且Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，其中，C、Mn、Cr、Mo、V、Ni和Cu表示的是所述非调质钢中相应元素的质量百分比；

所述非调质钢的金相组织为珠光体和铁素体，晶粒度在6-8级，带状组织≤2.5级，屈服强度≥520 MPa，抗拉强度≥800 MPa，断后伸长率≥18%，冲击吸收功KU2≥42J，硬度为225至280 HBW。

2.一种如权利要求1所述的非调质钢的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以所述非调质钢的组分构成为工艺步骤的控制因素进行非调质钢的制作，所述工艺步骤包括：

转炉冶炼：对转炉终点的碳含量和出钢温度进行控制；

LF钢包炉精炼：通过补充铝材料的方式将铝元素的含量调整至所述非调质钢中的铝的设计含量上限以上，并执行造渣操作、以通过控制炉渣的碱度而去除B类和C类夹杂物；

RH真空脱气；

连铸：采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺联合控制铸坯从表到里的成分均匀性，以抑制成分偏析；

热轧：包括依次进行的热处理阶段、轧制阶段、轧后冷却阶段，其中，所述热处理阶段包括依次进行的预热操作、加热操作和均热操作，所述轧制阶段采用大压下工艺以使变形渗透芯部。

3.根据权利要求2所述的非调质钢的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括下述之一项或多项限定：

第一限定、在所述转炉冶炼过程中，转炉终点的碳含量控制为0.08%至0.20%，且出钢温度为1620至1640℃；

第二限定、在所述LF钢包炉精炼过程中，所述铝元素的含量被调整至0.03%；

第三限定、在所述RH真空脱气过程中，在真空度控制为266Pa以内，真空时间控制为10至20分钟的条件下进行真空处理，然后添加覆盖剂，并在氩气流量为5至25Nm³/h的条件下软吹30至40分钟；

第四限定、在所述连铸过程中，所述连铸过程中铸坯的温度达到600℃以上时进入缓冷坑进行缓慢冷却；

第五限定、在所述热轧过程中，所述轧后冷却阶段以40-100℃/min的速度进行冷却，冷却到600℃之后进行堆冷。

4.根据权利要求3所述的非调质钢的制作方法，其特征在于，所述第四限定为：

在所述连铸过程中，所述连铸过程中铸坯的温度达到600℃以上时进入缓冷坑进行缓慢冷却，且冷却至200℃以下出坑。

5.根据权利要求3所述的非调质钢的制作方法，其特征在于，所述第四限定为：

在所述连铸过程中，所述连铸过程中铸坯的温度达到600℃以上时进入缓冷坑进行缓慢冷却，且冷却至200℃以下出坑，连铸坯中的碳最大偏析量控制在0.04%以内。

6.根据权利要求3所述的非调质钢的制作方法，其特征在于，所述第五限定为：

在所述热轧过程中，所述轧后冷却阶段以40-100℃/min的速度进行冷却，冷却到600℃之后进行堆冷，且预热操作的温度在750℃以下，时间为90分钟以上；所述加热操作包括在850-1100℃条件下加热时间≥60min的一段加热和在1130-1200℃条件下加热时间40至60min的二段加热，所述均热操作的温度为1120-1180℃、时间为50-90min。

7.权利要求1所述的非调质钢在制作需要经历使用酸性介质的电镀处理的特种钢中的应用，其中，所述特种钢包括电镀用钢、焊接电镀用钢或摩擦焊接电镀液压杆用钢。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述特种钢为摩擦焊接液压杆用钢，且所述摩擦焊接液压杆用钢包括具有硬度的表层和具有韧性的芯部，所述表层在所述芯部外部，且所述表层的硬度为55至62HRC，所述芯部的冲击吸收功KU2大于等于42J。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述表层具有从圆钢表面向内部延伸的深度且为2.5至4mm；或者，所述摩擦焊接液压杆用钢为圆钢，所述表层具有从圆钢的表面向内部沿径向延伸的深度2.5至4mm，且所述表层含有马氏体的金相组织，所述圆钢从轴线沿径向延伸0.5倍半径的区域中不含有贝氏体和贝氏体。

10.一种液压杆，其特征在于，采用如权利要求1所述的非调质钢制作而成。

11.根据权利要求10所述的液压杆，其特征在于，所述液压杆具有硬度的表层和具有韧性的芯部，所述表层在所述芯部外部，且所述表层的硬度为55至62HRC，所述芯部的冲击吸收功KU2大于等于42J。

12.根据权利要求11所述的液压杆，其特征在于，所述表层具有从圆钢表面向内部延伸的深度且为2.5至4mm。

13.根据权利要求11所述的液压杆，其特征在于，所述表层具有从圆钢的表面向内部沿径向延伸的深度且为2.5至4mm，所述表层含有马氏体的金相组织，所述圆钢从轴线沿径向延伸0.5倍半径的区域中不含有贝氏体和马氏体。

14.根据权利要求10所述的液压杆，其特征在于，所述液压杆的金相组织为珠光体和铁素体，服强度≥490 MPa，抗拉强度≥740MPa，伸长率≥18%，冲击吸收功≥39J；晶粒度≥6级；带状组织≤2.5级；硬度225-280HBW。

15.根据权利要求10所述的液压杆，其特征在于，所述液压杆的金相组织为珠光体和铁素体，屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥800MPa，伸长率≥18%，冲击吸收功≥42J；晶粒度≥6级；带状组织≤2.0级；硬度230-260HBW。

16.如权利要求10至15中任意一项所述的液压杆的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

提供非调质 钢；

对所述非调质钢依次进行表面淬火。

17.根据权利要求16所述的液压杆的制造方法，其特征在于，在表面淬火之前，所述制造方法还包括修型。

18.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，修型是通过车削实现的。

19.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，在表面淬火之后，所述制造方法还包括连接操作，所述连接操作通过将经过表面淬火的调质钢与接头进行摩擦焊接而实施。

20.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，在表面淬火之后，所述制造方法还包括电镀。

21.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，在表面淬火之后，所述制造方法还包括依次进行的连接操作和电镀，所述连接操作通过将经过表面淬火的调质钢与接头进行摩擦焊接而实施。

22.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述表面淬火是表面高频淬火。

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