CN113151738B - 一种高洁净度凸轮轴用钢及其轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高洁净度凸轮轴用钢及其轧制方法，其化学成分质量百分比为：C：0.17‑0.22％、Si：0.17‑0.37％、Mn：1.10‑1.40％、Cr：1.00‑1.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、B：≤0.0005％、Ti：≤0.010％、Ca≤0.002％，Al：0.020‑0.060％，[O]≤12ppm、[N]≤90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合理的设计轧制工艺，钢材的硬度稳定控制在160～217HB。

Description

一种高洁净度凸轮轴用钢及其轧制方法
技术领域
本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种高洁净度凸轮轴用钢及其轧制方法。
背景技术
凸轮轴是活塞发动机里的一个部件，它的作用是控制气门的开启和闭合动作，凸轮轴的转速很高，而且需要承受很大的扭矩。因此，凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高；凸轮轴承受周期性的冲击载荷，凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此凸轮工作表面的磨损比较严重，凸轮轴轴颈和凸轮工作表面除应有较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度和足够的刚度外，还应有较高的耐磨性和良好的润滑，在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。从凸轮轴的应用过程可以看出，钢的强度、疲劳性能、耐磨性等是材料控制的关键。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高洁净度凸轮轴用钢及其硬度控制方法，通过合理的设计化学成分及轧制生产工艺，来满足钢的洁净度及窄硬度的控制要求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高洁净度凸轮轴用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.17-0.22％、Si：0.17-0.37％、Mn：1.10-1.40％、Cr：1.00-1.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、B：≤0.0005％、Ti：≤0.010％、Ca≤0.002％，Al：0.020-0.060％，[O]≤12ppm、[N]≤90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明采用锰、铬合金化设计，同时严格控制气体及有害元素含量，通过合理设计轧制工艺控制钢的硬度在160～217HB，满足客户要求。
本发明采用Mn、Cr合金化，为了满足钢的淬透性、力学性能，设计Mn：1.10-1.40％，Cr：1.00-1.30％；为稳定钢的淬透性，B：≤0.0005％；为细化晶粒，提高钢的综合性能，Al：0.020-0.060％；为提高钢的纯净度严格控制钢的气体及有害元素含量，P：≤0.020％、S：≤0.020％、Ti：≤0.010％、Ca≤0.002％，[O]≤12ppm、[N]≤90ppm，以保证钢材的疲劳强度和钢的综合性能。
本发明采用合理的轧制生产方法，满足钢的硬度要求。
本发明的另一个目的在于，提供一种高洁净度凸轮轴用钢的硬度轧制控制方法，钢的化学成分设计要求如上所述，其轧制方法包括如下步骤：
(1)加热
冷装入炉，预热段500～950℃，加热一段950～1170℃，加热二段1170～1240℃，均热段1180～1230℃，钢材总的加热时间≥3.3h。加热温度≥1200℃时间不低于2h；
(2)轧制
开轧温度1050～1160℃，终轧温度≤950℃；
(3)轧后冷却
上冷床温度≤950℃，冷床加盖保温罩，冷床停留时间≥30min，下冷床温度≤350℃；
(4)收集缓冷
下冷床后收集入坑缓冷，入坑温度200～300℃，缓冷时间≥36h。
以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：
1.通过采用Mn、Cr合金化，控制B含量，使钢具有良好的淬透性和力学性能；
2.通过合理设计轧制工艺，使钢的硬度控制在160～217HB范围内，同时带状组织不大于1级，晶粒度不粗于7级，满足客户要求。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-3：
一种高洁净度凸轮轴用钢及其轧制方法。实施例1-3是以Φ90mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。
钢的组成按质量百分数为：C：0.18-0.20％、Si：0.19-0.25％、Mn：1.20-1.24％、Cr：1.10-1.14％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、B：≤0.0005％、Ti：≤0.010％、Ca≤0.002％，Al：0.025-0.040％，[O]≤12ppm、[N]≤90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
轧制生产工艺的步骤如下：
(1)加热
冷装入炉，预热段800～900℃，加热一段1080～1170℃，加热二段1210～1240℃，均热段1200～1230℃，钢材总的加热时间4.3～5.5h。加热温度≥1200℃时间不低于2h。
(2)轧制
开轧温度1080～1120℃，终轧温度≤950℃。
(3)轧后冷却
上冷床温度≤950℃，冷床加盖保温罩，冷床停留时间35～45min，下冷床温度300～340℃。
(4)收集缓冷
下冷床后收集入坑缓冷，入坑温度240～280℃，缓冷时间36～48h。
表1是1-3实施例凸轮轴用钢的化学成分，表2是轧钢过程关键工艺参数。
表1凸轮轴用钢实施例化学成分(重量，％)
实施例 C Si Mn Cr P S Ca B A1 Ti O×10<sup>-4</sup> N×10<sup>-4</sup> Fe
1 0.19 0.24 1.22 1.11 0.011 0.002 0.0008 0.0001 0.032 0.0023 8 36 余量
2 0.18 0.23 1.21 1.13 0.014 0.002 0.0010 0.0001 0.030 0.0021 5 39 余量
3 0.18 0.23 1.20 1.13 0.017 0.003 0.0012 0.0002 0.029 0.0016 9 47 余量
表2轧钢过程关键工艺参数
Figure BDA0003003644350000031
实施例1-3凸轮轴用钢的性能检验结果如表3～表6所示。
表3高倍组织检验结果
Figure BDA0003003644350000032
表4淬透性检验结果
Figure BDA0003003644350000033
Figure BDA0003003644350000041
表5力学性能
Figure BDA0003003644350000042
表6硬度检验结果
Figure BDA0003003644350000043
从实施例1-3可以看出，该凸轮轴用钢洁净度很高，氧含量在10ppm以下，非金属夹杂物A类控制在1.0级以下，B细类夹杂物在0.5级，D细类夹杂物在0.5级，其余夹杂物基本为0；硬度在174～198HBW之间，稳定性好，带状组织均为1级，晶粒度不粗于7级，组织均匀性好；力学性能、淬透性能优良。
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该理解，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 (2)

1. 一种高洁净度凸轮轴用钢，其特征在于，所述钢的化学成分质量百分比为：C：0.17-0.22%、Si：0.17-0.37%、Mn：1.20-1.40%、Cr：1.00-1.30%、P：≤0.020％、S：≤0.020％、B：≤0.0005%、Ti：≤0.010%、Ca≤0.002%，Al：0.020-0.060%，[O] ≤12ppm、[N]≤90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述的高洁净度凸轮轴用钢的轧制方法包括以下步骤：
（1）加热
冷装入炉，预热段500～950℃，加热一段950～1170℃，加热二段1170～1240℃，均热段1180～1230℃，钢材总的加热时间≥3.3h；加热温度≥1200℃时间不低于2h；
（2）轧制
开轧温度1050～1160℃，终轧温度≤950℃；
（3）轧后冷却
上冷床温度≤950℃，冷床加盖保温罩，冷床停留时间≥30min，下冷床温度≤350℃；
（4）收集缓冷
下冷床后收集入坑缓冷，入坑温度200～300℃，缓冷时间≥36h。
2.根据权利要求1所述的高洁净度凸轮轴用钢，其特征在于，所述钢的硬度为160～217HB，带状组织均不大于1级，晶粒度不粗于7级，屈服强度≥1100Mpa，抗拉强度≥1300Mpa。
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