CN117230378A - 一种重载卡车变截面板簧用钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重载卡车变截面板簧用钢及其生产工艺,所述钢的化学成分质量百分比为:C:0.53%‑0.57%,Si:0.15%‑0.25%,Mn:0.70%‑0.90%,Cr:0.70%‑0.90%,P≤0.020%,S≤0.010%,Ni≤0.10%,Cu≤0.10%,[H]≤0.00015%,[O]≤0.0015%,余量为Fe。本发明的少片式变截面板簧用钢,在产品规格增大的同时,板簧经整体热处理后,满足疲劳寿命使用要求,符合汽修市场低成本和轻量化的趋势。
Description
技术领域
本发明属于合金钢技术领域,具体涉及一种重载卡车变截面板簧用钢及其生产工艺。
背景技术
随着我国汽车工业的蓬勃发展,特别是商用车市场的发展,板簧的用量较大,年用量可达190万吨。传统的钢板弹簧一般采用多片式组合,虽有结构简单,具有摩擦减震作用,缺点是成本高、重量重、汽车能耗高,乘车舒适性差。
而少片簧的发展对控制汽车能耗、减少汽车燃油量意义重大,但,对于重载卡车配套使用的板簧钢,随着板簧厚度的不断增大,对于厚度尺寸为30MM-40MM的板簧,在同等轧制工艺条件下扁钢的脱碳层、晶粒度等指标不能满足标准要求;同时,这种板簧钢的组分中V、Mn、Cr含量高,例如51CrV4板簧用钢执行国家标准GB/T1222-2016(弹簧钢)中化学成分质量百分比为C0.47%-0.55%,Si0.17%-0.37%,Mn0.70%-1.10%,Cr0.9%-1.20%,V0.10%-0.25%,P≤0.025%,S≤0.020%,[O]≤0.0020%,贵金属的使用不仅增加了生产成本,还会造成材料偏硬,不利于扁钢下料、冲孔,导致生产效率低。此外,现有技术轧制扁钢的四个角部尺寸偏差在1mm-4mm,容易导致局部应力集中,增加使用断裂的风险。
发明内容
本发明旨在提供一种重载卡车变截面板簧用钢,本发明同时提供板簧用钢的生产工艺,不仅可使扁钢的脱碳层、晶粒度等指标满足标准要求,同时扁钢的硬度得到降低,四角的尺寸偏差小,可减小应力集中,丰富了重载卡车零部件的选择性。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种重载卡车变截面板簧用钢,主要由以下质量百分比的元素构成:C:0.53%-0.57%,Si:0.15%-0.25%,Mn:0.70%-0.90%,Cr:0.70%-0.90%,P≤0.020%,S≤0.010%,Ni≤0.10%,Cu≤0.10%,[H]≤0.00015%,[O]≤0.0015%,余量为Fe。
优选的,一种重载卡车变截面板簧用钢,主要由以下质量百分比的元素构成:C:0.53%-0.55%,Si:0.20%-0.25%,Mn:0.80%-0.90%,Cr:0.75%-0.85%,P≤0.015%,S≤0.010%,Ni≤0.10%,Cu≤0.10%,[H]≤0.00015%,[O]≤0.0015%,余量为Fe。
本发明的重载卡车变截面板簧用钢化学成分的限定理由如下:
C:易与基体元素Fe或其他元素形成碳化物,极大提高钢的强度、硬度和耐磨性,但碳含量过高,钢的塑性、冲击韧性会降低。对汽车板簧片来说,如果碳含量低于0.50%,强度太低不符合使用要求,如果碳含量大于0.60%,钢的脱碳倾向会增加。因此C含量的范围控制在0.53%-0.57%。
Si:固溶于铁素体和奥氏体中,用于提高钢材的强度、硬度、耐磨性和淬透性,Si能显著提高钢的屈服强度和弹性极限,但Si不易形成碳化物,使钢材表面不易氧化,增大了脱碳倾向,同时易使钢形成带状组织,导致性能各向异性。因此Si含量的范围控制在0.15%-0.25%。
Mn: 提高钢的淬透性,与Fe形成固溶体,通过强化铁素体和奥氏体提高钢的强度。Mn还可以形成碳化物,极大提高钢的硬度、耐磨性,延长使用寿命。适量的Mn有助于消除S、O的热脆影响,改善钢的热加工性能。Mn含量超过1.0%时,钢会变得脆而硬,因此Mn含量设计值为0.70%-0.90%。
Cr:与Fe形成连续固溶体和碳化物,提高钢的强度和硬度,但含量过高会对钢的韧性造成负面影响。铬有利于提高钢材的淬透性和回火稳定性,降低钢材在淬火过程中的变形和开裂率,提高钢材的可加工性。综合考虑Cr含量设计之为0.70%-0.90%。
O:在钢中是有害元素,主要以FeO、SiO2、Al2O3等夹杂物形式出现,使钢的强度和塑性降低,极大缩短钢的疲劳寿命。因此在炼钢过程控制中O含量应尽可能低,根据本发明的工艺,[O]≤0.0015%。
H:在钢中是有害元素,氢含量高时会导致偏析、氢脆、白点等缺陷,对钢的疲劳强度有严重影响,一般要求控制在0.00002%以内。根据本发明的工艺,[H]<0.00015%。
P:在钢中一般是有害元素,P会增加晶界的脆性,增加钢的裂纹敏感性。对于连铸钢坯,P含量越低越好,防止铸坯产生热裂纹。根据本发明的工艺,P<0.020%。
残余元素有Ni、Cu、S等,Ni和Cu有利于提高钢的淬透性,但Cu、S会对钢的热加工造成负面影响,Ni属于贵重合金,在板簧成分设计中不考虑添加,而Cu和S作为杂质元素需控制在设定标准。
一种重载卡车变截面板簧用钢生产工艺,包括下列步骤:
(1)冶炼连铸:采用KR铁水预处理进行深脱硫,脱硫前后均扒渣处理;在90吨顶底复吹式碱性转炉进行脱氧造渣和出钢合金化;在90吨LF精炼炉中进一步脱氧造渣、成分调整和夹杂物去除;采用RH脱气设备进行真空处理,进一步去除非金属夹杂物,提高钢水纯净度;采用R11m大弧半径弧形连铸机生产连铸钢坯,全程保护浇注,防止钢水氧化;采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌装置,实现规格200方连铸钢坯生产;
(2)加热:连铸方坯采用蓄热式步进梁式加热炉进行加热;加热总时间为120min-150min,其中在高温段时间控制≤50min,高温段炉气温度控制在1070℃-1120℃,开轧钢坯表面温度控制在960℃-1020℃;
(3)表面除鳞:利用≥20MPa高压除鳞机对加热后钢坯进行一次除鳞;
(4)轧制:使用13架连轧机组,连续轧制将连铸方坯坯料经13架平立交替连轧机,轧制扁钢成型,在精轧机前采用压力≥3.0MPa高压水进行二次除鳞,保证扁钢表面质量;通过10号机对扁钢角部进行预填充、通过12号机孔型让角部进一步充满;
(5)将轧制后的扁钢,锯切定尺后输送至冷床矫直,充分冷却后下冷床打包,再将扁钢层层“一”字码放入缓冷坑,所述缓冷坑的坑底以及码放后的扁钢最上层覆盖其他热钢材,保证均匀缓冷。
本发明进一步改进方案是,成品扁钢R角四个角部尺寸偏差≤0.5mm。
本发明进一步改进方案是,所述步骤5中的扁钢入坑温度控制在350℃-400℃的范围内。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
(1)本发明材料丰富了大规格重载卡车配套用钢系列,各项指标符合国标标准,减少贵金属使用量,同时符合板簧市场低成本的需求。
(2)本发明减少了Cr用量且不添加V,通过控制连轧过程高温段时间≤50min和960℃-980℃低温开轧,确保钢材脱碳轻、晶粒细小和表面光洁,实现替代Cr、V细化晶粒的作用。同时,精轧前采用3Mpa二次除鳞水进一步提高钢材表面质量。
(3)本发明在连轧过程通过精轧后两架机孔型控制成品扁钢角部R角为8mm圆弧角,角部均匀稳定,尺寸偏差在0.5mm以内,减小应力集中。
(4)缓冷方式采用高温坑冷,所述缓冷坑的坑底以及码放后的扁钢最上层覆盖其他热钢材,进一步降低缓冷硬度,扁钢入坑温度控制在350℃-400℃的范围内,保证大规格扁钢力学性能稳定,无残余内应力。
附图说明
图1为扁钢横断面示意图(GB/T1222-2016 弹簧钢)。
图中:b-扁钢的宽度,t-扁钢的厚度,r-扁钢的圆角半径(t≤40mm,r≈8mm)
具体实施方式
目前重载卡车配套使用的51CrV4板簧用钢执行国家标准GB/T1222-2016(弹簧钢),51CrV4板簧用钢与本发明的板簧用钢化学成分对比如表1所示。为了便于比较,以下实施例中,生产扁钢的厚度为38mm、40mm;钢的化学成分质量百分比为C0.54%,Si0.24%,Mn0.86%,Cr0.84%,其余为残余元素,余量为铁。
实施例1
本发明采用以下步骤:
(1)冶炼连铸:铁水成分S≤0.070%,采用KR铁水预处理进行深脱硫,脱硫前后均扒渣处理,确保脱硫后铁水S≤0.010%;在90吨顶底复吹式碱性转炉进行脱氧造渣和出钢合金化,控制出钢下渣,精炼到站回P量不大于0.003%;在90吨LF精炼炉中进一步脱氧造渣、成分调整和夹杂物去除,精炼前期,采用适当搅拌吹氩强度(以钢水裸露为宜),强化脱硫和均匀成分,其它保持软吹氩,精炼后期采用弱搅拌使夹杂物充分上浮,白渣时间≥20min;采用RH脱气设备进行真空处理,进一步去除非金属夹杂物,保持高真空20min,确保[H]≤0.00015%、[O]≤0.0020%,软吹时间30min;采用R11m大弧半径弧形连铸机连铸方坯,全程保护浇注,防止钢水氧化。拉速控制在1.1m-1.25m/min,过热度控制为20℃-35℃。利用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌装置,实现规格200方连铸钢坯生产;
(2)加热:连铸方坯采用蓄热式步进梁式加热炉进行加热,加热总时间125min,其中在高温段时间控制48min,高温段炉气温度控制在1030℃-1110℃,低温段炉气温度控制在790-950℃;
(3)表面除鳞:利用≥20MPa高压除鳞机对加热后钢坯进行一次除鳞;
(4)轧制:开轧钢坯表面温度控制在972℃,使用13架平立交替连轧机组,将连铸方坯坯料轧制成扁钢,终轧温度827℃;在精轧机前采用压力≥3.0MPa高压水进行二次除鳞,保证扁钢表面质量;通过两架孔型机实现扁钢R角为8mm的均匀圆弧角,角部尺寸偏差0.3mm;
(5)冷却:扁钢经移后辊道输送至热锯区进行锯切定尺,然后输送至步进式冷床,在冷床上通过矫直板和齿条自重矫直改善弯曲度,冷却至400℃-450℃后,送至收集区打包,采用行车吸盘层层“一”字码放入坑,在坑内最底层和最上层均覆盖一层其他热钢材(>350℃),扁钢入坑温度控制在354℃。
实施例2
轧制工艺:在蓄热式步进梁式加热炉加热总时间122min,其中在高温段时间控制47min,高温段炉气温度控制在1030℃-1100℃,低温段炉气温度控制在790-950℃;开轧钢坯表面温度966℃,终轧温度819℃;扁钢入坑温度控制在361℃。得到的扁钢角部尺寸偏差0.4mm。
其余实施如实施例1。
实施例3
轧制工艺:在蓄热式步进梁式加热炉加热总时间121min,其中在高温段时间控制46min,高温段炉气温度控制在1030℃-1100℃,低温段炉气温度控制在790-950℃;开轧钢坯表面温度961℃,终轧温度822℃;扁钢入坑温度控制在351℃。得到的扁钢角部尺寸偏差0.4mm。
其余实施如实施例1。
实施例4
轧制工艺:在蓄热式步进梁式加热炉加热总时间127min,其中在高温段时间控制49min,高温段炉气温度控制在1030℃-1100℃,低温段炉气温度控制在790-950℃;开轧钢坯表面温度975℃,终轧温度828℃;扁钢入坑温度控制在350℃。得到的扁钢角部尺寸偏差0.5mm。
其余实施如实施例1。
对比例1(扁钢厚度为40 mm)
加热:连铸方坯采用步进梁式加热炉进行加热,加热总时间150min,其中在高温段时间控制65min,高温段炉气温度控制在1120℃-1150℃,低温段炉气温度控制在780-960℃。
轧制:开轧钢坯表面温度1030℃,使用13架平立交替连轧机组轧制扁钢成型,终轧温度884℃;通过一架成品孔型机实现扁钢R角为8mm的圆弧角,得到的扁钢角部尺寸偏差1.4mm;
冷却:扁钢经移后辊道输送至步进式冷床缓冷,冷却至380℃后送至冷剪区进行定尺剪切,然后输送至收集区打包,采用行车吸盘层层“一”字码放入坑,扁钢入坑温度304℃。
其余实施如实施例1。
对比例2(扁钢厚度为38 mm)
加热:连铸方坯采用步进梁式加热炉进行加热,加热总时间146min,其中在高温段时间控制62min,高温段炉气温度控制在1100℃-1140℃,低温段炉气温度控制在780-960℃。
轧制:开轧钢坯表面温度1018℃,使用13架平立交替连轧机组轧制扁钢成型,终轧温度869℃;通过一架成品孔型机实现扁钢R角为8mm的圆弧角,得到的扁钢角部尺寸偏差1.2mm;
冷却:扁钢经移后辊道输送至步进式冷床缓冷,冷却至365℃后送至冷剪区进行定尺剪切,然后输送至收集区打包,采用行车吸盘层层“一”字码放入坑,扁钢入坑温度287℃。
其余实施如实施例1。
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。
本发明材料可用于制造配套重载卡车用少片式大规格钢板弹簧,经用户入厂检验,化学成分、晶粒度、脱碳层、热轧硬度等技术指标均符合标准,板簧整体经淬火、回火热处理后性能稳定,使用良好,符合板簧市场轻量化和低成本的需求。
Claims (5)
1.一种重载卡车变截面板簧用钢,其特征在于:化学成分质量百分比为:C:0.53%-0.57%,Si:0.15%-0.25%,Mn:0.70%-0.90%,Cr:0.70%-0.90%,P≤0.020%,S≤0.010%,Ni≤0.10%,Cu≤0.10%,[H]≤0.00015%,[O]≤0.0015%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种重载卡车变截面板簧用钢,其特征在于:化学成分质量百分比为:C:0.53%-0.55%,Si:0.20%-0.25%,Mn:0.80%-0.90%,Cr:0.75%-0.85%,P≤0.015%,S≤0.010%,Ni≤0.10%,Cu≤0.10%,[H]≤0.00015%,[O]≤0.0015%,余量为Fe。
3.一种重载卡车变截面板簧用钢的生产工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)冶炼连铸:采用KR铁水预处理进行深脱硫,脱硫前后均扒渣处理;在90吨顶底复吹式碱性转炉进行脱氧造渣和出钢合金化;在90吨LF精炼炉中进一步脱氧造渣、成分调整和夹杂物去除;采用RH脱气设备进行真空处理,进一步去除非金属夹杂物,提高钢水纯净度;采用R11m大弧半径弧形连铸机生产连铸钢坯,全程保护浇注,防止钢水氧化;采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌装置,实现规格200方连铸钢坯生产;
(2)加热:连铸方坯采用蓄热式步进梁式加热炉进行加热;加热总时间为120min-150min,其中在高温段时间控制≤50min,高温段炉气温度控制在1070℃-1120℃,开轧钢坯表面温度控制在960℃-1020℃;
(3)表面除鳞:利用≥20MPa高压除鳞机对加热后钢坯进行一次除鳞;
(4)轧制:使用13架连轧机组,连续轧制将连铸方坯坯料经13架平立交替连轧机,轧制扁钢成型,在精轧机前采用压力≥3.0MPa高压水进行二次除鳞,保证扁钢表面质量;通过10号机对扁钢角部进行预填充、通过12号机孔型让角部进一步充满;
(5)将轧制后的扁钢,锯切定尺后输送至冷床矫直,充分冷却后下冷床打包,再将扁钢层层“一”字码放入缓冷坑,所述缓冷坑的坑底以及码放后的扁钢最上层覆盖其他热钢材,保证均匀缓冷。
4.根据权利要求3所述的一种重载卡车变截面板簧用钢的生产工艺,其特征在于:成品扁钢R角四个角部尺寸偏差≤0.5mm。
5.根据权利要求3所述的一种重载卡车变截面板簧用钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤(5)中的扁钢入坑温度控制在350℃-400℃的范围内。
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