CN113322411B - 一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆，属于汽车零部件制备技术领域，所述转向拉杆用钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％，B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的转向拉杆屈服强度为850‑1300MPa，抗拉强度为1000‑1500MPa，延伸率为8‑5％，承受最大拉力为882‑1960KN，使用安全，且寿命长。

Description

一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆
技术领域
本发明属于汽车零部件制备技术领域，尤其涉及一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆。
背景技术
转向拉杆是商用车的重要安全件，其承担着由液力转向器的旋转运动输出的扭矩，转化为线性运动的拉力及推力，传递给车轮转向垂臂，实现汽车的转向功能。目前，转向拉杆多采用实心低强度钢棒和空心低强度无缝钢管制作，这是由于转向拉杆制备过程中需要进行复杂变形处理，如果采用高强度材料，难以进行变形处理。这种转向拉杆由于强度低，承载力低，不足以承担反复变化的转向拉力及推力。在极限转弯情况下，经常发生变形、失稳、断裂等事故，带来极大的安全隐患。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆，既可以满足制备转向拉杆复杂变形的要求，还使转向拉杆具有良好的强度性能，提高商用车的安全性能。
本发明提供了一种转向拉杆用钢，所述转向拉杆用钢由如下质量分数的化学成分组成： C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％， Nb：0.02～0.05％，B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V： 0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述转向拉杆用钢的金相组织以体积分数计，由40～50％的铁素体和50～60％的珠光体组成。
进一步地，所述转向拉杆用钢的厚度为3～8mm。
第二方面，本发明还提供了上述的一种转向拉杆用钢的制备方法，所述方法包括，
S1，获得板坯，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％， B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
S2，将所述板坯进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，获得转向拉杆用钢；所述精轧为6-7道次轧制，所述精轧开始温度为1020-1140℃，所述精轧结束温度为840-920℃，所述卷取温度为600-680℃。
进一步地，所述加热温度为1200-1280℃，所述加热时间为160-300min。
进一步地，所述粗轧为6道次轧制，所述粗轧开始温度为1180-1260℃，所述粗轧结束温度为1040-1200℃。
进一步地，所述冷却为水冷却，所述冷却冷却开始温度为840-920℃，所述冷却结束温度为660-780℃。
再一方面，本发明还提供了一种转向拉杆，所述转向拉杆由上述的转向拉杆用钢焊管后依次进行变形和热处理制得。
进一步地，所述热处理包括淬火处理，所述淬火处理中，加热温度为880-960℃，冷却速率为50-100℃/s，冷却结束温度为20-50℃。
进一步地，所述热处理还包括回火处理，所述回火处理中，加热温度为300-500℃，冷却速率为5-10℃/s，冷却结束温度为20-50℃。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆，加入碳和硅元素提高抗拉强度，添加钛元素进行沉淀强化，添加铌元素进行细晶强化和提高韧性，添加硼和铬元素提高淬透性，添加钼元素固溶强化，添加钒元素析出强化，从而使其获得铁素体和珠光体组织，铁素体组织使转向拉杆钢具有良好的韧性，变形性能好，这种成分体系的转向拉杆用钢经过变形热处理后可以形成具有大量马氏体组织的转向拉杆，马氏体组织是一种较硬的相，可以保证转向拉杆具有良好的强度，从而使转向拉杆具有强大的承载力，从而可以承担反复变化的转向拉力及推力保证安全。本发明提供的转向拉杆屈服强度为850-1300MPa，抗拉强度为1000-1500MPa，延伸率为8-5％，承受最大拉力为882-1960KN，使用安全，且寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种转向拉杆钢的制备方法工艺图；
图2为本发明实施例提供的一种转向拉杆钢的金相组织图；
图3为本发明实施例提供的一种转向拉杆的金相组织图；
图4为本发明实施例提供的一种转向拉杆的示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一方面，本发明提供了一种转向拉杆用钢，所述转向拉杆用钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti： 0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％，B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo： 0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明中各元素的作用如下：
碳：碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了带钢板的抗拉强度级别，是影响碳当量很重要的指标；
硅：硅主要起到固溶强化作用，但Si元素过高易在钢板表面形成难以去除的红鳞等缺陷影响表面质量；
锰：利用锰推迟珠光体转变，提高带钢的淬透性，使带钢的组织亚结构细化；
磷和硫：磷一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，用来提高带钢的强度，降低带钢的韧性，但过高含量的P对焊接性能不利，是有害元素，故应尽量减少磷含量；硫含量和硫化物的形态是影响成形性的主要因素，硫化物的数量越多，尺寸越大，对疲劳性能越不利；
钛：钛元素能够固氮，并产生强烈的沉淀强化效果，保障焊接接头的塑性变形能力；
铌：铌可以细化晶粒尺寸，起到细晶强化作用的同时提高韧性；
硼：硼元素提高钢的淬透性，但含量过高容易产生Fe3(C,B)并产生热脆；
铬：铬提高材料淬透性，有利于热成形钢淬火后马氏体相变，同时有一定固溶强化作用；
氮：氮元素会降低塑性韧性，增加板坯开裂风险，不可过高；
钼：钼起到固溶强化作用，并能提高钢的淬透性和回火稳定性；
钒：钒元素主要起析出强化作用。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述转向拉杆用钢的金相组织以体积分数计，由40～50％的铁素体和50～60％的珠光体组成。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述转向拉杆用钢的厚度为3～8mm。
另一方面，本发明实施例提供了上述的一种转向拉杆用钢的制备方法，结合图1，所述方法包括，
S1，获得板坯，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％， B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
S2，将所述板坯进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，获得转向拉杆用钢；所述精轧为6-7道次轧制，所述精轧开始温度为1020-1140℃，所述精轧结束温度为840-920℃，所述卷取温度为600-680℃。
精轧终止温度过高会造成晶粒粗大，强度下降；过低易在精轧过程中出现铁素体，出现两相区轧制，造成组织不均匀，同时也提高轧制力，增加轧制难度。卷取温度过高，会造成晶粒粗大，强度下降，并加重脱碳、晶间氧化等缺陷；过低会出现低温组织，如贝氏体等，强度偏高，塑性偏低，不利于后续制管。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述加热温度为1200-1280℃，所述加热时间为 160-300min。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述粗轧为6道次轧制，所述粗轧开始温度为1180-1260℃，所述粗轧结束温度为1040-1200℃。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷却为水冷却，所述冷却为水冷却，所述冷却开始温度为840-920℃，所述冷却结束温度为660-780℃。控制冷却的目的是获得均匀细小的铁素体+珠光体组织。
本发明制备的转向拉杆用钢，其屈服强度为300-700MPa，抗拉强度为500-850MPa，延伸率为15-30％，延伸率较高，可以满足转向拉杆的焊接和变形需要。
再一方面，本发明实施例还提供了一种转向拉杆，所述转向拉杆由上述的转向拉杆用钢焊管后依次进行变形和热处理制得。
将转向拉杆用钢进行焊接，制成空心钢管，然后对其进行拉拔减径处理，通过冲压及折弯成形制造成所要求的变截面形状，转向拉杆的两端与球头销连接处通过镶嵌+焊接来连接，通过淬火+回火处理获得屈服强度为700-1600MPa，抗拉强度为1000～2000MPa，延伸率为5-15％的塑性。本发明提供的转向拉杆较高的屈服强度可以提高转向拉杆的瞬间抗变形能力，良好的抗拉强度可以保证商用车的安全性，良好的延伸率可以避免转向拉杆出现脆断。
转向拉杆的由两端的与轴向垂直的圆形截面逐渐过渡为中间的椭圆形截面，椭圆形截面的外形高宽比最大处为5:2，可以提高抗弯刚度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热处理包括淬火处理，所述淬火处理中，加热温度为880-960℃，冷却速率为50-100℃/s，冷却结束温度为20-50℃。
淬火处理可以使钢中形成体积分数为80-95％的马氏体的组织，马氏体组织是一种较硬的相，是转向拉杆具有良好的强度性能，增强承载力，保证汽车行驶转弯过程中的驾驶和坐乘人员的安全。加热温度过高会造成过烧，原始奥氏体组织粗大，导致淬火后强度偏低；过低会造成奥氏体化不充分，未奥氏体化的铁素体在淬火后与马氏体共存，造成组织不均匀，强度偏低，易开裂。冷却速度过高会造成材料内外温差过大，造成开裂，淬火后残余应力大，零件变形严重；冷速速度过低会造成马氏体比例减少，出现贝氏体等组织，组织不均匀，强度偏低。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热处理还包括回火处理，所述回火处理中，加热温度为300-500℃，冷却速率为5-10℃/s，冷却结束温度为20-50℃。
通过回火处理可以是转向拉杆具有一定的塑性，使其不容易出现脆断。回火不需要将组织奥氏体化，加热温度过高会造成组织奥氏体化，马氏体消失；过低无法有效消除残余应力并形成回火马氏体。冷速过高残余应力过大，回火效果不明显；冷速过低相当于退火，组织长大，强度偏低。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种轻型商用车的转向拉杆用钢，其化学成分为C：0.26％，Si：0.45％， Mn：1.1％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03％，Nb：0.02％，B：0.0010％，Cr：0.20％， N≤0.006％，Mo：0.03％；V：0.2％。
上述转向拉杆用钢的制备方法为将连铸获得的板坯，经过加热、粗轧、精轧和卷取后制得。其具体的工艺控制为：加热温度1200℃，保温时间300min。粗轧开始温度1180℃，粗轧结束温度1060℃，6道次精轧，精轧开始温度1020℃，精轧结束温度840℃，卷取温度620℃。
采用上述钢材板，焊管制作成空心钢管φ45mm×5.5mm，拉拔后达到φ40mm×6mm，通过冲压及折弯成形制造成所要求的变截面形状，两端与球头销连接处通过镶嵌+焊接与连接，两端向中间逐渐过渡为椭圆截面，椭圆形截面的外形高宽比最大处为5:2(附图2)。通过感应加热至920℃淬火+350℃回火获得强度与塑性，抗拉强度达到1000MPa，转向拉杆最大承载拉力达到640.9KN。
实施例2
实施例2提供了一种中型平板商用车的转向拉杆用钢，其化学成分范围为C：0.34％， Si：0.60％，Mn：1.2％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03％，Nb：0.03％，B：0.0020％， Cr：0.50％，N≤0.006％，Mo：0.2％；V：0.15％。
上述转向拉杆用钢的制备方法为将连铸获得的板坯，经过加热、粗轧、精轧和卷取后制得。其具体的工艺控制为：加热温度1260℃，保温时间180min。粗轧开始温度1240℃，粗轧结束温度1160℃，6道次精轧，精轧开始温度1120℃，精轧结束温度860℃，卷取温度 650℃。
采用上述钢材板，焊管制作成空心钢管φ50mm×5.5mm，拉拔后达到φ45mm×6mm，通过冲压及折弯成形制造成所要求的变截面形状，两端与球头销连接处通过镶嵌+焊接与连接，两端向中间逐渐过渡为椭圆截面，椭圆形截面的外形高宽比最大处为5:2(附图3)。通过感应加热至940℃淬火+350℃回火获得强度与塑性，抗拉强度达到1200MPa，转向拉杆最大承载拉力达到882KN。
实施例3
实施例3一种中型牵引车转向拉杆用钢，其化学成分范围为C：0.38％，Si：0.60％，Mn：1.3％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.04％，Nb：0.03％，B：0.0020％，Cr：0.70％， N≤0.006％，Mo：0.2％；V：0.15％。
上述转向拉杆用钢的制备方法为将连铸获得的板坯，经过加热、粗轧、精轧和卷取后制得。其具体的工艺控制为：加热温度1240℃，保温时间240min。粗轧开始温度1220℃，粗轧结束温度1100℃，7道次精轧，精轧开始温度1060℃，精轧结束温度900℃，卷取温度660℃。
采用上述钢材板，焊管制作成空心钢管φ55mm×8.2mm，拉拔后达到φ50mm×8mm，通过冲压及折弯成形制造成所要求的变截面形状，两端与球头销连接处通过镶嵌+焊接与连接，两端向中间逐渐过渡为椭圆截面，椭圆形截面的外形高宽比最大处为5:2(附图4)。通过感应加热至950℃淬火+300℃回火获得强度与塑性，抗拉强度达到1300MPa，转向拉杆最大承载拉力达到1372.2KN。
实施例4
实施例4提供了一种重型自卸车转向拉杆用钢，其化学成分范围为C：0.45％，Si：0.80％， Mn：1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03％，Nb：0.05％，B：0.0020％，Cr：0.90％，N≤0.006％，Mo：0.5％；V：0.2％。
上述转向拉杆用钢的制备方法为将连铸获得的板坯，经过加热、粗轧、精轧和卷取后制得。其具体的工艺控制为：加热温度1220℃，保温时间200min。粗轧开始温度1200℃，粗轧结束温度1080℃，7道次精轧，精轧开始温度1040℃，精轧结束温度820℃，卷取温度600℃。
采用上述钢材板，焊管制作成空心钢管φ62mm×8.2mm，拉拔后达到φ60mm×8mm，通过冲压及折弯成形制造成所要求的变截面形状，两端与球头销连接处通过镶嵌+焊接与连接，两端向中间逐渐过渡为椭圆截面，椭圆形截面的外形高宽比最大处为5:2。通过感应加热至950℃淬火+400℃回火获得强度与塑性，抗拉强度达到1500MPa，转向拉杆最大承载拉力达到1960KN。
对比例1
对比例1提供了一种重型自卸车转向拉杆用钢，采用10#无缝钢管，其成分为：C：0.10， Si：0.25，Mn：0.5，S≤0.01，P≤0.015，其余为Fe及不可避免的杂质。组织为铁素体+珠光体。成品规格为φ50mm×6mm，经过910℃正火，空冷后最大承载拉力达到300KN。
将实施例1-4以及对比例1制备的转向拉杆用钢制样，根据《GBT 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行力学性能测试，如表1所示。对支撑的转向拉杆同样根据《GBT 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，在管两头加配塞头，在拉伸试验机上夹持后进行性能测试获得力学性能和承受的最大拉力，如表1所示。
表1
Figure RE-GDA0003192356200000071
由表1中的数据可知，本发明实施例1-4提供的转向拉杆用钢的屈服强度为376-660MPa，抗拉强度为546-800MPa，延伸率为15-24％，其金相组织为铁素体和珠光体构成；由转向拉杆用钢制备的转向拉杆屈服强度为850-1300MPa，抗拉强度为1000-1500MPa，延伸率为 8-5％，金相组织为回火马氏体，承受最大拉力为882-1960KN。对比例1提供的转向拉杆用钢的屈服强度为250MPa，抗拉强度为450MPa，延伸率为28％，其金相组织为铁素体和珠光体；由转向拉杆用钢制备的转向拉杆屈服强度为265MPa，抗拉强度为460MPa，延伸率为26％，金相组织为53％的铁素体和47％的珠光体，承受最大拉力为300KN，不及本发明实施例1-4。
本发明提供了一种转向拉杆用钢及其制备方法、转向拉杆，加入碳和硅元素提高抗拉强度，添加钛元素进行沉淀强化，添加铌元素进行细晶强化和提高韧性，添加硼和铬元素提高淬透性，添加钼元素固溶强化，添加钒元素析出强化，从而使其获得铁素体和珠光体组织，铁素体组织使转向拉杆钢具有良好的韧性，变形性能好，这种成分体系的转向拉杆用钢经过变形热处理后可以形成具有大量马氏体组织的转向拉杆，马氏体组织是一种较硬的相，可以保证转向拉杆具有良好的强度，从而使转向拉杆具有强大的承载力，从而可以承担反复变化的转向拉力及推力保证安全。本发明提供的转向拉杆屈服强度为850-1300MPa，抗拉强度为1000-1500MPa，延伸率为8-5％，承受最大拉力为882-1960KN，使用安全，且寿命长。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种转向拉杆，其特征在于，所述转向拉杆由转向拉杆用钢焊管后依次进行变形和热处理制得，所述热处理包括淬火处理和回火处理，所述淬火处理中，加热温度为880-960℃，冷却速率为50-100℃/s，冷却结束温度为20-50℃，所述回火处理中，加热温度为300-500℃，冷却速率为5-10℃/s，冷却结束温度为20-50℃，转向拉杆为变截面形状，且截面由两端的与轴向垂直的圆形截面逐渐过渡为中间的椭圆形截面，椭圆形截面的外形高宽比最大为5:2，所述转向拉杆用钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％，B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述转向拉杆用钢的屈服强度为300-700MPa，抗拉强度为500-850MPa，延伸率为15-30％，所述转向拉杆用钢的金相组织以体积分数计，由40～50％的铁素体和50～60％的珠光体组成。
2.根据权利要求1所述的一种转向拉杆，其特征在于，所述转向拉杆用钢的厚度为3～8mm。
3.如权利要求1-2任一项所述的转向拉杆的制备方法，其特征在于，转向拉杆用钢的制备方法包括，
获得板坯，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26～0.45％，Si：0.45～0.80％，Mn：1.1～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ti：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.05％，B：0.0010～0.0050％，Cr：0.20～0.90％，N≤0.006％，Mo：0.01～0.5％；V：0.01～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
将所述板坯进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，获得转向拉杆用钢；所述精轧为6-7道次轧制，所述精轧开始温度为1020-1140℃，所述精轧结束温度为840-920℃，所述卷取温度为600-680℃。
4.根据权利要求3所述的转向拉杆的制备方法，其特征在于，所述加热温度为1200-1280℃，所述加热时间为160-300min。
5.根据权利要求3所述的转向拉杆的制备方法，其特征在于，所述粗轧为6道次轧制，所述粗轧开始温度为1180-1260℃，所述粗轧结束温度为1040-1200℃。
6.根据权利要求3所述的转向拉杆的制备方法，其特征在于，所述冷却为水冷却，所述冷却开始温度为840-920℃，所述冷却结束温度为660-780℃。
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