CN114277311B - 一种用于曲柄轴的钢材料、制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于曲柄轴的钢材料、制备方法及用途，以质量百分含量计包括：C 0.14‑0.19％，Si 0.1‑0.19％，Mn 0.4‑0.6％，Cr 2.6‑3％，Ni 1.01‑1.5％，Mo 0.4‑0.5％，Cu 0.1‑0.2％，Nb 0.11‑0.15％，N 0.001‑0.003％，W 1‑1.1％，V 0.35‑0.45％，Al≤0.004％，Ti≤0.005％，S≤0.004％，P≤0.012％，O≤0.0015％，Nb/N＝40‑100，C/N≤190，余量为铁和不可避免的杂质。解决了目前曲柄轴材料使用时存在的热变形大及耐磨性能差等问题。

Description

一种用于曲柄轴的钢材料、制备方法及用途

技术领域

本发明涉及曲柄轴领域，具体涉及一种用于曲柄轴的钢材料、制备方法及用途。

背景技术

曲柄轴材料用于减速机行业，普通的曲柄轴材料如选用常用标准的低碳渗碳钢。

如CN106640930A公开了一种减速机用高精密曲柄轴及其加工方法，高精密曲柄轴包括曲柄轴本体，所述曲柄轴本体为圆柱体，所述曲柄轴本体上设置有至少两个相位差为180°的偏心轮，所述曲柄轴本体的两端部均设置有作为花键和所述偏心轮定位基准的精密顶尖孔，加工好的所述花键位于所述曲柄轴本体的端部，加工好的至少两个所述偏心轮位于所述曲柄轴本体的中部，所述偏心轮的两端均设置有环形的让位槽。结构简单，零部件大大减少，易于控制，成本低，使用寿命长，曲柄轴精度统一度可达到0.003mm以内，足够满足机器人RV减速器高精度要求。

CN207583942U公开了一种用于RV减速器的曲柄轴和摆线轮组合件，包括曲柄轴和摆线轮；摆线轮上设置有圆孔，摆线轮的数量为单个或多个，所有摆线轮通过圆孔套接在曲柄轴上；摆线轮与曲柄轴能够相对旋转；曲柄轴上设置有一圈或者多圈耐磨层，摆线轮的圆孔的内表面与曲柄轴的耐磨层之间保持滑动摩擦。其直接在曲柄轴和摆线轮之间建立滑动摩擦，省略了传统RV减速器的轴承，简化了RV减速器的结构，提高了减速器的整体可靠性和使用寿命。

然而目前制备得到的曲柄轴存在热变形大及耐磨性能差等问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于曲柄轴的钢材料、制备方法及用途，该新型曲柄轴材料，在含多种淬透性较强的合金的情况下，解决了目前曲柄轴材料使用时存在的热变形大及耐磨性能差等问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于曲柄轴的钢材料，所述钢材料以质量百分含量计包括：C 0.14-0.19％，Si 0.1-0.19％，Mn 0.4-0.6％，Cr 2.6-3％，Ni 1.01-1.5％，Mo0.4-0.5％，Cu 0.1-0.2％，Nb 0.11-0.15％，N 0.001-0.003％，W 1-1.1％，V 0.35-0.45％，Al≤0.004％，Ti≤0.005％，S≤0.004％，P≤0.012％，O ≤0.0015％、Nb/N＝40-100，C/N≤190，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明提供的用于曲柄轴的钢材料，通过成分的合理设计达到了20-400℃范围具有较高的冲击性能，表面硬度，且具有良好的耐磨性。相比对比普通渗碳钢零件，耐磨性增加了20％以上，同时显著提升了曲柄轴的工作温度范围。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中C元素以质量百分含量计为 0.14-0.19％，例如可以是0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％或0.19％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。如果C含量较低，就不能有效地提高强度，渗碳后硬度达不到要求；另一方面，如果C含量太高，会显著地降低材料的冲击功。曲柄轴心部韧性不足，并且渗碳后大大增加钢的表面脆性，因此，本发明控制C含量为0.14-0.19％。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Si元素以质量百分含量计为0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％或0.19％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。如果Si太高，容易在表面形成晶间氧化物(IGO)，非马氏体组织，降低钢的韧性，因此，Si含量限定为0.10-0.19％。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Mn元素以质量百分含量计为0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。如果Mn 太高，容易在表面形成晶间氧化物(IGO)，非马氏体组织,因此，Mn含量限定为0.40-0.60％。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Cr元素以质量百分含量计为 2.6-3％，例如可以是2.6％、2.65％、2.7％、2.75％、2.8％、2.85％、2.9％、2.95％或3％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。如果 Cr含量太低，则很难获得提高强度、硬度、耐磨性效果。另一方面，如果Cr 含量太高，容易出现晶间氧化物，非马氏体组织，网状碳化物，影响耐磨性，影响韧性，降低尺寸精度。因此，Cr含量为2.6-3.0％。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Ni元素以质量百分含量计为 1.01-1.5％，例如可以是1.01％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、 1.35％、1.4％、1.45％或1.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。若Ni含量太高，淬火后会有较多的残余奥氏体，因此Ni选为1.01-1.50％。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Mo元素以质量百分含量计为 0.4-0.5％，例如可以是0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、 0.47％、0.48％、0.49％或5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Cu元素以质量百分含量计为0.1-0.2％，例如可以是0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、 0.17％、0.18％、0.19％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Nb元素以质量百分含量计为 0.11-0.15％，例如可以是0.11％、0.115％、0.12％、0.125％、0.13％、0.135％、 0.14％、0.145％或0.15％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中N元素以质量百分含量计为 0.001-0.003％，例如可以是0.001％、0.0012％、0.0014％、0.0016％、0.0018％、 0.002％、0.0022％、0.0024％、0.0026％、0.0028％或0.003％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，Nb可以形成NbC、NbN、NbCN,细小的粒子可以细化晶粒，小于0.02％时效果不明显，高于0.2％时容易形成NbN、NbC夹杂，容易在冶炼过程形成偏析产生初生NbN、NbC大颗粒夹杂，热加工时容易出现局部聚集，降低局部性能。而N含量过高容易降低冲击，而且容易析出形成有害的大颗粒NbN 夹杂物，在钢中显现出来。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中W元素以质量百分含量计为 1-1.1％，例如可以是1％、1.01％、1.02％、1.03％、1.04％、1.05％、1.06％、1.07％、 1.08％、1.09％或1.1％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。但W含量超过一定范围就会饱和，而且W能降低塑形，降低加工性能，W的范围选为1.0-1.1％

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中V元素以质量百分含量计为 0.35-0.45％，例如可以是0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％或0.45％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Al元素以质量百分含量计≤ 0.004％，例如可以是0.004％、0.003％、0.002％或0.001％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。铝可以形成AlN，将晶粒细化。如果Al含量太低，则难以获得上述效果。另一方面，如果A1含量太高，容易生成硬质的氧化铝夹杂物。能降低曲柄轴的疲劳强度。因此，为了不产生氧化铝夹杂，A1含量选为≤0.004％

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Ti元素以质量百分含量计≤0.005％，例如可以是0.005％、0.004％、0.003％、0.002％或0.001％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中S元素以质量百分含量计≤0.004％，例如可以是0.004％、0.003％、0.002％或0.001％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中P元素以质量百分含量计≤0.012％，例如可以是0.012％、0.011％、0.01％、0.009％、0.008或0.007％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中O元素以质量百分含量计≤ 0.0015％，例如可以是0.0015％、0.0014％、0.0013％、0.0012％、0.0011％或0.001％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中Nb/N为40-100，例如可以是40、 45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。当Nb和N元素在控制范围，而Nb/N比不在控制范围内时，Nb/N过大不能形成足够量的NbCN，而且Nb更易与C结合，局部聚集；Nb/N过小，Nb也易于与N结合，局部聚集，两种情况都不能形成足够量的弥散分布的细小的NbCN粒子，细化晶粒，增强耐磨性。经反复试验，控制比例范围后，能形成最多的关键的细化晶粒不易聚集的第二相粒子NbCN，对提高本钢种的性能至关重要，从而避免现有技术中的负面效果。

本发明中，所述用于曲柄轴的钢材料中C/N≤190，例如可以是170、150、 120、100、80或50等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，通过控制Nb/N＝40-100且C/N≤190时，锻造过程中，Nb易与 C和N结合析出为更为均匀细小的NbCN细化晶粒而不是颗粒较大的NbC粒子及其他夹杂物，能得到较细的晶粒，进而强化得到钢材料的性能。而当Nb/N 在本发明的控制范围，而Nb偏低时，不能形成足够的晶粒细化作用且极易热处理产生粗晶粒或混晶，造成零件性能不均，容易局部脆性失效，Nb偏高又容易形成大量NbC夹杂物，大大降低冲击性能，导致尺寸过渡处产生应力失效；当Nb/N在本发明的控制范围，而N偏高时，极易形成大颗粒NbN夹杂物，而 N偏低于控制范围，又难以形成细化晶粒的NbCN粒子，都不能达到预期的性能。

作为本发明优选的技术方案，所述钢材料以质量百分含量计包括：C 0.15-0.18％，Si 0.12-0.18％，Mn 0.42-0.52％，Cr 2.61-2.7％，Ni 1.1-1.2％，Mo 0.41-0.45％，Cu 0.1-0.15％，Nb 0.12-0.14％，N 0.0015-0.0028％，W 1.01-1.05％， V 0.36-0.4％，Al≤0.003％，Ti≤0.003％，S≤0.004％，P≤0.012％，O≤0.0015％、 Nb/N＝50-70，C/N≤190，余量为铁和不可避免的杂质。

第二方面，本发明提供了如第一方面所述钢材料的制备方法，所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火；

所述熔炼为采用真空感应炉+真空自耗重熔进行处理，具体参数参照现有技术即可。

作为本发明优选的技术方案，所述锻造时对钢锭进行加热。

优选地，所述加热的温度为1250-1300℃，例如可以是1250℃、1260℃、 1270℃、1280℃、1290℃或1300℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

优选地，所述加热的保温时间为4-20h，例如可以是4h、4.2h、4.4h、4.6h、 4.8h、5h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h或20h 等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述锻造时开坯为方坯。

优选地，所述方坯的尺寸为(60-75)cm*(60-75)cm，例如可以是60cm*60cm、 62cm*62cm、64cm*64cm、66cm*66cm、68cm*68cm、70cm*70cm或75cm*75cm 等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

优选地，所述轧制的温度为1100-1200℃，例如可以是1100℃、1110℃、 1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

本发明中，终轧温度可以是996-1000℃。

作为本发明优选的技术方案，所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火。

作为本发明优选的技术方案，所述热处理为在955-1000℃下进行气氛渗碳处理，例如可以是955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃、990℃、995℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

优选地，所述气氛渗碳处理中的气氛包括甲烷和/或乙烷。如还可以是乙炔等。

优选地，所述热处理的时间为0.5-1h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、 0.9h或1h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述再冷处理的温度t为-60℃≤t≤-50℃，例如可以是-60℃、-59℃、-58℃、-57℃、-56℃、-55℃、-54℃、-53℃、-52℃、 -51℃或-50℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

优选地，所述再冷处理的时间为1-2h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、 1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述回火的温度为200-280℃，例如可以是 200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃或280℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。

第三方面，本发明提供了如第一方面所述钢材料的用途，所述钢材料用于制备曲柄轴；

所述曲柄轴的表面硬度HRC≥62，冲击功≥150J，耐磨性中磨损3μm的时间≥825s。

本发明中，曲柄轴制备中为在制备钢材料的流程中轧制后引入模锻即可，模锻中材料的加热温度为1000-1200℃，以保证合金元素高温固溶降温时析出，又要防止晶粒度高温长大。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明生产的新型曲柄轴材料，在含多种淬透性较强的合金的情况下，通过成分的合理设计，热加工工艺和渗碳淬火工艺设计，在20-400℃范围具有较高的冲击性能，表面硬度，且具有良好的耐磨性。相比对比普通渗碳钢零件，耐磨性增加了20％以上。

(2)所得曲柄轴的耐磨性能为在60N载荷下磨损3μm≥825s，20-400℃时屈服强度≥1140MPa，抗拉强度≥1320MPa，面缩率≥50％，冲击≥150J，热处理后变形≤0.001mm，表面硬度≥62HRC。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种用于曲柄轴的钢材料，所述钢材料以质量百分含量计包括：C0.15％，Si 0.17％，Mn 0.42％，Cr 2.69％，Ni 1.12％，Mo 0.43％，Cu 0.12％，Nb 0.13％，N 0.0013％，W 1.05％，V 0.38％，Al 0.003％，Ti 0.003％，S 0.002％， P 0.01％，O0.0012％、Nb/N＝100，C/N为115.38，余量为铁和不可避免的杂质。

采用如下方案得到：

所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火；

所述熔炼为真空感应+真空自耗重熔。

所述锻造时对钢锭进行加热；所述加热的温度为1251℃；所述加热的保温时间为4h；所述锻造时开坯为方坯；所述方坯的尺寸为60cm*60cm；所述轧制的温度为1110℃；

所述渗碳淬火为依次进行的热处理、再冷处理和回火；所述热处理为在 960℃下进行气氛渗碳处理；所述气氛渗碳处理中的气氛为甲烷；所述热处理的时间为1h；所述再冷处理的温度t为-60℃；所述再冷处理的时间为1h；所述回火的温度为200℃；

所得钢材料的性能指标详见表1。

实施例2

本实施例提供一种用于曲柄轴的钢材料，所述钢材料以质量百分含量计包括：C0.16％，Si 0.15％，Mn 0.44％，Cr 2.62％，Ni 1.2％，Mo 0.41％，Cu 0.1％， Nb 0.12％，N0.0015％，W 1.01％，V 0.37％，Al 0.002％，Ti 0.002％，S 0.001％， P 0.012％，O0.0013％、Nb/N＝80，C/N＝106.67，余量为铁和不可避免的杂质。

采用如下方案得到：

所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火；

所述熔炼为真空感应+真空自耗重熔。

所述锻造时对钢锭进行加热；所述加热的温度为1256℃；所述加热的保温时间为4.5h；所述锻造时开坯为方坯；所述方坯的尺寸为70cm*70cm；所述轧制的温度为1100℃；

所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火；所述热处理为在 1052℃下进行气氛渗碳处理；所述气氛渗碳处理中的气氛为乙炔；所述热处理的时间为1h；所述再冷处理的温度t为-55℃；所述再冷处理的时间为1h；所述回火的温度为250℃；

所得钢材料的性能指标详见表1。

实施例3

本实施例提供一种用于曲柄轴的钢材料，所述钢材料以质量百分含量计包括：C0.19％，Si 0.19％，Mn 0.4％，Cr 2.6％，Ni 1.5％，Mo 0.5％，Cu 0.2％， Nb 0.11％，N0.00275％，W 1.1％，V 0.45％，Al 0.003％，Ti 0.0035％，S 0.0025％，P 0.006％，O0.0005％、Nb/N＝40，C/N＝69.09，余量为铁和不可避免的杂质。

采用如下方案得到：

所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火；

所述熔炼为真空感应+真空自耗重熔。

所述锻造时对钢锭进行加热；所述加热的温度为1300℃；所述加热的保温时间为4.5h；所述锻造时开坯为方坯；所述方坯的尺寸为60cm*60cm；所述轧制的温度为1200℃；

所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火；所述热处理为在 955℃下进行气氛渗碳处理；所述气氛渗碳处理中的气氛为体积比为1:1的甲烷和乙炔的混合气氛；所述热处理的时间为0.5h；所述再冷处理的温度t为-50℃；所述再冷处理的时间为1h；所述回火的温度为280℃；

所得钢材料的性能指标详见表1。

实施例4

本实施例提供一种曲柄轴，所述曲柄轴以质量百分含量计包括：C 0.15％， Si0.17％，Mn 0.44％，Cr 2.66％，Ni 1.34％，Mo 0.47％，Cu 0.12％，Nb 0.145％， N0.0018％，W 1.1％，V 0.35％，Al 0.001％，Ti 0.001％，S 0.002％，P 0.002％， O0.0005％、Nb/N＝80.56，C/N＝83.33，余量为铁和不可避免的杂质。

采用如下方案得到：

所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制、模锻(模具为曲柄轴模具)和渗碳淬火；

所述熔炼为真空感应+真空自耗重熔。

所述锻造时对钢锭进行加热；所述加热的温度为1250℃；所述加热的保温时间为4h；所述锻造时开坯为方坯；所述方坯的尺寸为60cm*60cm；所述轧制的温度为1170℃；

所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火；所述热处理为在968℃下进行气氛渗碳处理；所述气氛渗碳处理中的气氛为乙烷；所述热处理的时间为1.73h；所述再冷处理的温度t为-60℃；所述再冷处理的时间为1.2h；所述回火的温度为222℃；

所得钢材料的性能指标详见表1。

对比例1

本对比实施例中的曲柄轴的组成以质量百分含量计包括：C 0.16％，Si 0.22％，Mn 0.64％，Cr 1.6％，Ni 1.53％，Mo 0.27％，Cu 0.06％，Nb 0.045％，N 0.0070％，V0.012％，Al 0.034％，Ti 0.002％，S 0.001％，P 0.005％，O 0.0009％、 Nb/N＝6.4，C/N＝22.86，余量为铁和不可避免的杂质。

与实施例4的区别在于Nb/N＝6.4，此时曲柄轴中Nb含量为0.045％，N含量为0.0070％。所得钢材料的性能指标详见表1。

对比例2

本对比实施例中的曲柄轴的组成以质量百分含量计包括：C 0.18％，Si 0.24％，Mn 0.71％，Cr 1.61％，Ni 1.6％，Mo 0.28％，Cu 0.05％，Nb 0.03％，N 0.006％，V0.01％，Al 0.032％，Ti 0.003％，S 0.006％，P 0.009％，O 0.0010％、 Nb/N＝5，C/N＝30，余量为铁和不可避免的杂质。

与实施例4的区别在于Nb/N＝5，此时曲柄轴中Nb含量为0.03％，N含量为0.0060％，即此时将Nb含量降低至本发明限定的范围之外。所得钢材料的性能指标详见表1。

所得钢材料的性能指标详见表1。

对比例3

本对比实施例中的曲柄轴的组成以质量百分含量计包括：C 0.2％，Si 0.20％，Mn 0.64％，Cr 1.57％，Ni1.52％，Mo 0.34％，Cu 0.048％，Nb 0.1％，N 0.0065％， V0.011％，Al 0.003％，Ti 0.0024％，S 0.005％，P 0.004％，O 0.0011％、Nb/N＝15.4， C/N＝30.8，余量为铁和不可避免的杂质。

与实施例4的区别在于Nb/N＝15.4，此时曲柄轴中Nb含量为0.10％，N含量为0.0065％，即此时将Nb含量降低至本发明限定的范围之外。所得钢材料的性能指标详见表1。

对比例4

与实施例4的区别仅在于所述渗碳淬火中不进行再冷处理。所得钢材料的性能指标详见表1。

对比例5

本对比例中的曲柄轴的组成以质量百分含量计包括：C 0.29％，Si 0.24％， Mn0.83％，Cr 0.56％，Ni 0.45％，Mo 0.18％，Cu 0.02％，Nb 0.05％，N 0.006％， V0.002％，Al 0.03％，Ti 0.005％，S 0.017％，P 0.008％，O 0.0018％、Nb/N＝8.3， C/N＝48.33，余量为铁和不可避免的杂质。

采用如下过程进行：电炉-LF-VD-模铸-开坯-修磨-轧制-模锻-机加工-渗碳淬火-回火-喷丸-修磨：开坯规格是150mm*150mm方坯,轧制加热温度1058℃，终轧温度880℃，正回火。模锻采用1030℃加热，第一次拍扁，第二次模具成型，形成曲柄轴形状。渗碳淬火：955℃渗碳1h淬火，200℃回火，形成具有强度和韧性的组织。性能如表1所示。

表1

通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明生产的新型曲柄轴材料，在含多种淬透性较强的合金的情况下，通过成分的合理设计，热加工工艺和渗碳淬火工艺设计，达到了20-400℃范围具有较高的冲击性能，表面硬度，且具有良好的耐磨性。相比对比普通渗碳钢零件，耐磨性增加了20％以上。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种用于曲柄轴的钢材料，其特征在于，所述钢材料以质量百分含量计为：C 0.14-0.19%，Si 0.1-0.19%，Mn 0.4-0.6%，Cr 2.6-3%，Ni 1.01-1.5%，Mo 0.4-0.5%，Cu 0.1-0.2%，Nb 0.11-0.15%，N 0.001-0.003%，W 1-1.1%，V 0.35-0.45%，Al≤0.004%，Ti≤0.005%，S≤0.004%，P≤0.012%，O≤0.0015%、Nb/N=40-100，C/N≤190，余量为铁和不可避免的杂质；

采用如下方法进行制备：

包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火；所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火；所述热处理为在955-1000℃下进行气氛渗碳处理；所述气氛渗碳处理中的气氛包括甲烷和/或乙炔；所述热处理的时间为0.5-1h；所述再冷处理的温度t为-60℃≤t≤-50℃；所述再冷处理的时间为1-2h。

2.如权利要求1所述的钢材料，其特征在于，所述钢材料以质量百分含量计为：C 0.15-0.18%，Si 0.12-0.18%，Mn 0.42-0.52%，Cr 2.61-2.7%，Ni 1.1-1.2%，Mo 0.41-0.45%，Cu0.1-0.15%，Nb 0.12-0.14%，N 0.0015-0.0028%，W 1.01-1.05%，V 0.36-0.4%，Al≤0.003%，Ti≤0.003%，S≤0.004%，P≤0.012%，O≤0.0015%、Nb/N=50-70，C/N≤190，余量为铁和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的钢材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括依次进行的熔炼、锻造、轧制和渗碳淬火。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锻造时对钢锭进行加热。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为1250-1300℃。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热的保温时间为4-20h。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锻造时开坯为方坯。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方坯的尺寸为(60-75)cm*(60-75)cm。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述轧制的温度为1100-1200℃。

10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述渗碳淬火包括依次进行的热处理、再冷处理和回火。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述热处理为在955-1000℃下进行气氛渗碳处理。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述气氛渗碳处理中的气氛包括甲烷和/或乙炔。

13.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为0.5-1h。

14.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述再冷处理的温度t为-60℃≤t≤-50℃。

15.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述再冷处理的时间为1-2h。

16.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为200-280℃。

17.一种如权利要求1或2所述的钢材料的用途，其特征在于，所述钢材料用于制备曲柄轴；

所述曲柄轴的表面硬度HRC≥62，冲击功≥150J，耐磨性中磨损3μm的时间≥825s。