CN114774760A - 一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法，所述骑马螺栓的化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Al、Ni、Cu、Mo、O、N、H和Fe及不可避免的杂质。制作方法步骤：铁水冶炼浇注成连铸方坯、连铸方坯轧制成非调质钢圆钢、圆钢精整处理、热轧圆钢冷加工成骑马螺栓。本发明取消了传统40Cr钢的调质处理，能耗大大降低、加工效率和尺寸精度显著提高，强度等级更是达到11.9级，同时生产成本较40Cr钢调质降低10％，经济和社会效益显著。

Description

一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法，属于汽车制造领域。
背景技术
骑马螺栓由于其固定物件的方式像人骑在马上一样而得名，其两头有螺纹可与螺帽结合，主要用于固定管状物如水管或片状物如汽车的板簧。其形状为U形，故又称为U型螺栓。高强度骑马螺栓主要应用于中、重型载货车，用来连接前轴与前悬架板簧或者后桥与后悬架板簧，起到稳定汽车底盘与车架的作用。近年来，随着汽车轻量化的要求逐渐增加，高强度少片钢板弹簧的使用量越来越大，对其疲劳寿命的要求也逐年增加，然而，骑马螺栓作为板簧与桥的连接件，直接与板簧表面接触，表面质量、强度等级、尺寸精度等的要求也越来越高。同时，汽车零部件制造厂的环保压力骤增，可取消调质处理的绿色环保型非调质钢的开发，瞬间便成为了研究的热点和难点。通常10.9或者11.9级骑马螺栓采用合金结构圆钢40Cr进行调质处理生产，但是调质处理会使螺栓产生变形甚至开裂，尤其对于螺纹的位置，在淬火之前就已经加工完成，热处理之后其尺寸精度便会大大降低，并且调质处理还需要消耗大量的能源，这与越来越严格的环保要求、能源压力是相违背的。开发一种高尺寸精度、高强度级别的绿色环保型非调质钢骑马螺栓及其制作方法，全面替代40Cr钢调质处理生产，势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种重型汽车用高强度骑马螺栓及其制作方法，提高骑马螺栓的加工效率和尺寸精度。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种重型汽车用高强度骑马螺栓，其化学成分的质量百分比为：C：0.36-0.46％、Si：0.25-0.45％、Mn：1.40-1.70％、P：0.005-0.020％、S：0.001-0.010％、Cr：0.15-0.30％、V：0.04-0.08％、Nb：0.020-0.040％、Al：0.015-0.035％、Ni：0.005-0.10％、Cu：0.005-0.10％、Mo：0.005-0.05％、O：0.0005-0.0015％、N：0.008-0.016％、H：0.00005-0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质；制作方法步骤如下：
步骤S1，将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯：高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯；
步骤S2，将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢：连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢；
步骤S3，圆钢精整处理：矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢，将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废，形成合格圆钢；
步骤S4，将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓：圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓。
进一步地，所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为：C：0.41％、Si：0.36％、Mn：1.58％、P：0.010％、S：0.006％、Cr：0.19％、V：0.062％、Nb：0.031％、Al：0.025％、Ni：0.017％、Cu：0.013％、Mo：0.017％、O：0.0008％、N：0.0131％、H：0.00011％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为：C：0.40％、Si：0.38％、Mn：1.61％、P：0.009％、S：0.003％、Cr：0.18％、V：0.059％、Nb：0.035％、Al：0.026％、Ni：0.021％、Cu：0.012％、Mo：0.019％、O：0.0010％、N：0.0122％、H：0.00008％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述步骤S1中，(1)铁水经过KR脱硫处理之后，S含量≤0.010％，温度≥1300℃；(2)转炉吹炼之后，钢水C含量≥0.10％，钢水温度≥1600℃；(3)RH真空处理之后，N含量0.008-0.014％，H≤0.00015％；(4)浇注连铸方坯时，连铸坯断面为250mm×250mm，过热度≤30℃，二冷比水量为0.15-0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数为：电流200-350A，频率2-4Hz，末端电磁搅拌参数为：电流300-400A，频率5-7Hz，连铸轻压下总量为8-15mm，压下区间为2-7#辊；优选为3-6#辊。
进一步地，所述步骤S2中，(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm，优选为Φ18-Φ30mm；(2)连铸方坯在加热炉加热时，高温段温度1160-1220℃，时间≥150min；(3)在冷床冷却时，保温罩全盖；(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体，不允许出现贝氏体和马氏体。
进一步地，所述步骤S3中，漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm，超声波探伤的标准为≤4级。
进一步地，所述步骤S4中，进行冷拉时，拉拔量即直径减小值为1-4mm；优选拉拔量为1.2-3.5mm。
有益效果：本发明制作的非调质钢骑马螺栓，取消了传统40Cr钢的调质处理，能耗大大降低、加工效率和尺寸精度显著提高，强度等级更是达到11.9级，同时生产成本较40Cr钢调质降低10％，经济和社会效益显著。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在以下的实施方式中，很多细节的描述是为了使得本申请能被更好的理解；本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。
本发明成分的质量百分比范围为C：0.36-0.46％、Si：0.25-0.45％、Mn：1.40-1.70％、P：0.005-0.020％、S：0.001-0.010％、Cr：0.15-0.30％、V：0.04-0.08％、Nb：0.020-0.040％、Al：0.015-0.035％、Ni：0.005-0.10％、Cu：0.005-0.10％、Mo：0.005-0.05％、O：0.0005-0.0015％、N：0.008-0.016％、H：0.00005-0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明骑马螺栓的制作方法包括如下步骤：
步骤S1：浇注连铸方坯，通过5个工序：按照所述化学成分配比炼制高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯，将铁水转变成化学成分合格的连铸方坯。
步骤S2：热轧圆钢，通过5个工序：连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢，将连铸方坯轧制成为尺寸合格的非调质钢圆钢。
步骤S3：圆钢精整处理，通过4个工序：矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢，将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废，形成合格圆钢。
步骤S4：制作骑马螺栓，通过10个工序：圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓，将热轧圆钢冷加工成为质量合格的骑马螺栓。
实施例1-6：
各实施例制备方法工艺参数(如表1-表4)
对于浇注连铸方坯的步骤S1：
(1)铁水经过KR脱硫处理之后，S含量≤0.010％，温度≥1300℃；
(2)转炉吹炼之后，钢水C含量≥0.10％，钢水温度≥1600℃；
(3)RH真空处理之后，N含量0.008-0.014％，H≤0.00015％；
表1 各实施例在KR脱硫处理、转炉吹炼和RH真空处理工序的参数
Figure BDA0003516864230000051
(4)浇注连铸方坯时，连铸坯断面为250mm×250mm，过热度≤30℃，二冷比水量为0.15-0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数为：电流200-350A，频率2-4Hz，末端电磁搅拌参数为：电流300-400A，频率5-7Hz，连铸轻压下总量为8-15mm，压下区间为2-7#辊，优选为3-6#辊；
表2 各实施例在浇注连铸方坯工序的参数
Figure BDA0003516864230000052
对于热轧圆钢的步骤S2：
(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm，优选为Φ18-Φ30mm；
(2)连铸方坯在加热炉加热时，高温段温度1160-1220℃，时间≥150min；
(3)在冷床冷却时，保温罩全盖。
(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体，不允许出现贝氏体和马氏体；
表3 各实施例在热轧圆钢步骤的参数
Figure BDA0003516864230000061
注：Φ21mm的圆钢制作M20的骑马螺栓，Φ25.5mm的圆钢制作M24的骑马螺栓。
对于圆钢精整处理的步骤S3：
漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm，超声波探伤的标准为≤4级；
对于制作骑马螺栓的步骤S4：
进行冷拔时，拉拔量即直径减小值为1-4mm，优选为1.2-3.5mm。
表4 各实施例在圆钢精整处理和制作骑马螺栓步骤的参数
Figure BDA0003516864230000062
各实施例最终化学成分含量(如表5)：余量为Fe及不可避免的杂质。
表5 各实施例的化学成分(质量百分比)
实施例 C/％ Si/％ Mn/％ P/％ S/％ Cr/％ V/％ Nb/％
1 0.40 0.37 1.52 0.013 0.005 0.22 0.055 0.032
2 0.41 0.34 1.56 0.012 0.004 0.21 0.053 0.029
3 0.41 0.36 1.58 0.010 0.006 0.19 0.062 0.031
4 0.40 0.38 1.61 0.009 0.003 0.18 0.059 0.035
5 0.40 0.35 1.57 0.011 0.004 0.24 0.063 0.033
6 0.41 0.33 1.53 0.014 0.005 0.23 0.058 0.028
实施例 Al/％ Ni/％ Cu/％ Mo/％ O/％ N/％ H/％
1 0.021 0.020 0.011 0.015 0.0009 0.0116 0.00009
2 0.023 0.022 0.015 0.021 0.0011 0.0124 0.00012
3 0.025 0.017 0.013 0.017 0.0008 0.0131 0.00011
4 0.026 0.021 0.012 0.019 0.0010 0.0122 0.00008
5 0.022 0.019 0.016 0.018 0.0009 0.0127 0.00010
6 0.020 0.021 0.014 0.022 0.0010 0.0132 0.00010
实验例：将实施例1-6制作的非调质钢骑马螺栓与40Cr调质钢骑马螺栓进行指标测试
表6 相同规格非调质钢骑马螺栓与40Cr调质钢的性能对比
Figure BDA0003516864230000071
注：40Cr调质钢骑马螺栓为国内某汽车零部件厂生产，较非调质钢骑马螺栓，在滚丝之后增加了调质处理工序，并且不进行冷拉工序。
通过表6可以看出，不论是M20还是M24的非调质钢骑马螺栓，较相同规格40Cr钢调质相比，疲劳寿命大大提高，这主要就在于螺纹位置采用冷加工，尺寸精度大大提高，同时不进行调质处理，骑马螺栓表面的脱碳大大减轻。
本发明通过化学成分设计、圆钢表面质量和内部组织控制、合适的冷拉工艺控制，实现骑马螺栓的强度级别稳定的达到11.9级，并且表面质量好、尺寸精度高，解决目前40Cr钢调质处理带来的骑马螺栓尺寸精度差、加工流程复杂、能耗高等技术难题。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (10)

1.一种重型汽车用高强度骑马螺栓，其特征在于：所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为：C：0.36-0.46％、Si：0.25-0.45％、Mn：1.40-1.70％、P：0.005-0.020％、S：0.001-0.010％、Cr：0.15-0.30％、V：0.04-0.08％、Nb：0.020-0.040％、Al：0.015-0.035％、Ni：0.005-0.10％、Cu：0.005-0.10％、Mo：0.005-0.05％、O：0.0005-0.0015％、N：0.008-0.016％、H：0.00005-0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质；其制作方法步骤如下：
步骤S1，将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯：高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯；
步骤S2，将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢：连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢；
步骤S3，圆钢精整处理：矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢，将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废，形成合格圆钢；
步骤S4，将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓：圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓。
2.根据权利要求1所述的重型汽车用高强度骑马螺栓，其特征在于：所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为：C：0.41％、Si：0.36％、Mn：1.58％、P：0.010％、S：0.006％、Cr：0.19％、V：0.062％、Nb：0.031％、Al：0.025％、Ni：0.017％、Cu：0.013％、Mo：0.017％、O：0.0008％、N：0.0131％、H：0.00011％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的重型汽车用高强度骑马螺栓，其特征在于：所述骑马螺栓的化学成分的质量百分比为：C：0.40％、Si：0.38％、Mn：1.61％、P：0.009％、S：0.003％、Cr：0.18％、V：0.059％、Nb：0.035％、Al：0.026％、Ni：0.021％、Cu：0.012％、Mo：0.019％、O：0.0010％、N：0.0122％、H：0.00008％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.一种重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于，步骤如下：
步骤S1：将铁水冶炼浇注成满足所述化学成分含量的连铸方坯，通过5个工序：高炉铁水→KR脱硫处理→转炉吹炼→LF炉精炼→RH真空处理→浇注连铸方坯，将铁水转变成化学成分合格的连铸方坯；
步骤S2：将连铸方坯轧制成非调质钢圆钢，通过5个工序：连铸方坯→加热炉加热→高压水除鳞→轧制→冷床冷却→切分定尺→圆钢，将连铸方坯轧制成为尺寸合格的非调质钢圆钢；
步骤S3：圆钢精整处理，通过4个工序：矫直→倒棱→漏磁+超声波探伤→缺陷处理→合格圆钢，将质量不合格圆钢通过缺陷处理或者报废，形成合格圆钢；
步骤S4：将热轧圆钢冷加工制作骑马螺栓，通过10个工序：圆钢→抛丸→冷拉→校直→断料→倒角→滚丝→(拍扁)→压型→涂覆→包装→骑马螺栓，将热轧圆钢冷加工成为质量合格的骑马螺栓。
5.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述步骤S1中，(1)铁水经过KR脱硫处理之后，S含量≤0.010％，温度≥1300℃；(2)转炉吹炼之后，钢水C含量≥0.10％，钢水温度≥1600℃；(3)RH真空处理之后，N含量0.008-0.014％，H≤0.00015％；(4)浇注连铸方坯时，连铸坯断面为250mm×250mm，过热度≤30℃，二冷比水量为0.15-0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数为：电流200-350A，频率2-4Hz，末端电磁搅拌参数为：电流300-400A，频率5-7Hz，连铸轻压下总量为8-15mm，压下区间为2-7#辊。
6.根据权利要求5所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述压下区间为3-6#辊。
7.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述步骤S2中，(1)热轧圆钢的直径为Φ15-Φ35mm，优选为Φ18-Φ30mm；(2)连铸方坯在加热炉加热时，高温段温度1160-1220℃，时间≥150min；(3)在冷床冷却时，保温罩全盖；(4)圆钢金相组织为铁素体和珠光体，不允许出现贝氏体和马氏体。
8.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述步骤S3中，漏磁探伤的标准为表面厚度≤0.20mm，超声波探伤的标准为≤4级。
9.根据权利要求4所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述步骤S4中，进行冷拉时，拉拔量即直径减小值为1-4mm。
10.根据权利要求9所述的重型汽车用高强度骑马螺栓的制作方法，其特征在于：所述拉拔量为1.2-3.5mm。
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