CN117778901A - 一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.45％、Si：0.15～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Cr：0.7～0.8％、Ta：0.01～0.03％、Ga：0.01～0.03％、Ba：0.01～0.03％、稀土元素：0.01～0.03％、纳米碲化铜：0.01～0.03％、纳米硼化铌：0.02～0.04％、纳米氮化锰：0.01～0.03％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。该汽车用减震活塞杆用钢机械力学性能佳，纯净度高，内部质量好。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法。
背景技术
减震器是汽车悬架系统中的重要组成部分，能够吸收汽车车轮与车身之间的震动，提高汽车行驶过程中的舒适性和安全性。活塞杆主要用于支持减震器活塞做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求高的运动零件，活塞杆作为核心部件其加工质量的好坏直接影响整个减震器产品的寿命和可靠性。可见，开发综合性能和性能稳定性佳的汽车用减震活塞杆显得尤为重要。
目前，用于生产汽车用减震活塞杆的钢材由于配方和生产工艺设置的不合理，使得它们或多或少存在机械力学性能不足，氧含量较高，切削性能有限，纯净度和内部质量有待进一步改善的技术缺陷。为了解决上述技术问题，授权公告号为CN107058880B的中国发明专利公开了一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法，活塞杆用钢化学成分及质量百分含量为：C：0.34～0.36％，Si：0.19～0.24％，Mn：0.67～0.73％，P≤0.030％，S：0.025～0.030％，Al：0.020～0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括：转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸、开坯、加热炉处理、轧制及冷却工序。该发明生产的减震活塞杆用钢抗拉强度≥530MPa，断后伸长率≥20％，晶粒度≥6级，钢中全氧≤0.002％，脱碳层≤1.0％D，可有效的满足汽车用减震器活塞杆用钢的需求。然而，该钢材机械力学性能有待进一步提高，纯净度和内部质量有待进一步改善。
可见，本领域仍然需要一种机械力学性能佳，纯净度高，内部质量好的汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种械力学性能佳，纯净度高，内部质量好的汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.45％、Si：0.15～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Cr：0.7～0.8％、Ta：0.01～0.03％、Ga：0.01～0.03％、Ba：0.01～0.03％、稀土元素：0.01～0.03％、纳米碲化铜：0.01～0.03％、纳米硼化铌：0.02～0.04％、纳米氮化锰：0.01～0.03％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比(1-2):1:(0.8-1.2):0.3混合形成的混合物。
优选的，所述纳米碲化铜的粒径为10-80nm；所述纳米硼化铌的粒径为20-100nm；所述纳米氮化锰的粒径为30-60nm。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0020-0.00060％，后软吹5～10min；所述LF炉精炼的温度1550～1620℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在4.0-6.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
优选的，所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为18-26min。
优选的，所述锻造的锻造比为5-8，终锻温度为850℃～960℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到120-200℃以下。
优选的，所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为840℃～940℃，保温时间为2-3小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为250℃～300℃，回火时间为1～3小时。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开的汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，工艺流程短，操作简单，控制方便，对设备依赖性低，生产效率和成品合格率高，适于连续规模化生产，具有较高的推广应用价值。
(2)本发明公开的汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.45％、Si：0.15～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Cr：0.7～0.8％、Ta：0.01～0.03％、Ga：0.01～0.03％、Ba：0.01～0.03％、稀土元素：0.01～0.03％、纳米碲化铜：0.01～0.03％、纳米硼化铌：0.02～0.04％、纳米氮化锰：0.01～0.03％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过各成分之间的相互配合共同作用，使得制成的钢材机械力学性能佳，纯净度高，内部质量好。纳米碲化铜、纳米硼化铌和纳米氮化锰的组合加入，不仅能改善机械力学性能，还有利于改善内部质量和纯净度，细化晶粒，改善强韧性。
(3)本发明公开的汽车用减震活塞杆用钢，通过生产方法中精炼、锻造和热处理工序工艺参数的合理选取，能有效提升脱碳控制水平；改善材料组织晶粒度级别和晶粒分布均匀性；提高产品纯净度，使得其内部质量更好，性能稳定性更足，使用寿命更长。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25％、Si：0.15％、Cu：0.1％、Cr：0.7％、Ta：0.01％、Ga：0.01％、Ba：0.01％、稀土元素：0.01％、纳米碲化铜：0.01％、纳米硼化铌：0.02％、纳米氮化锰：0.01％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比1:1:0.8:0.3混合形成的混合物；所述纳米碲化铜的粒径为10nm；所述纳米硼化铌的粒径为20nm；所述纳米氮化锰的粒径为30nm。
一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0020％，后软吹5min；所述LF炉精炼的温度1550℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在4.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为18min；所述锻造的锻造比为5，终锻温度为850℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到120℃以下。
所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为840℃，保温时间为2小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为250℃，回火时间为1小时。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为738MPa，断后伸长率为26.5％，晶粒度为9级，钢中全氧为0.0006％，脱碳层为0.060mm。
实施例2
一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.3％、Si：0.2％、Cu：0.15％、Cr：0.72％、Ta：0.015％、Ga：0.015％、Ba：0.015％、稀土元素：0.015％、纳米碲化铜：0.015％、纳米硼化铌：0.025％、纳米氮化锰：0.015％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比1.3:1:0.9:0.3混合形成的混合物；所述纳米碲化铜的粒径为30nm；所述纳米硼化铌的粒径为40nm；所述纳米氮化锰的粒径为40nm。
一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0014％，后软吹6min；所述LF炉精炼的温度1570℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在4.5，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为21min；所述锻造的锻造比为6，终锻温度为870℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到140℃以下。
所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为870℃，保温时间为2.3小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为270℃，回火时间为1.5小时。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为750MPa，断后伸长率为27.5％，晶粒度为9.5级，钢中全氧为0.0005％，脱碳层为0.050mm。
实施例3
一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.35％、Si：0.22％、Cu：0.2％、Cr：0.75％、Ta：0.02％、Ga：0.02％、Ba：0.02％、稀土元素：0.02％、纳米碲化铜：0.02％、纳米硼化铌：0.03％、纳米氮化锰：0.02％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比1.5:1:1:0.3混合形成的混合物；所述纳米碲化铜的粒径为50nm；所述纳米硼化铌的粒径为70nm；所述纳米氮化锰的粒径为45nm。
一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.001％，后软吹7.5min；所述LF炉精炼的温度1590℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在5.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为22min；所述锻造的锻造比为6.5，终锻温度为910℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到170℃以下；所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为900℃，保温时间为2.5小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为280℃，回火时间为2小时。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为772MPa，断后伸长率为28.5％，晶粒度为10级，钢中全氧为0.0005％，脱碳层为0.060mm。
实施例4
一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.42％、Si：0.27％、Cu：0.25％、Cr：0.78％、Ta：0.025％、Ga：0.025％、Ba：0.025％、稀土元素：0.025％、纳米碲化铜：0.025％、纳米硼化铌：0.035％、纳米氮化锰：0.025％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比1.8:1:1.1:0.3混合形成的混合物；所述纳米碲化铜的粒径为70nm；所述纳米硼化铌的粒径为90nm；所述纳米氮化锰的粒径为55nm。
一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0008％，后软吹9min；所述LF炉精炼的温度1600℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在5.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为24min；所述锻造的锻造比为7，终锻温度为940℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到190℃以下；所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为930℃，保温时间为2.8小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为290℃，回火时间为2.5小时。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为780MPa，断后伸长率为29％，晶粒度为10级，钢中全氧为0.0004％，脱碳层为0.050mm。
实施例5
一种汽车用减震活塞杆用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.45％、Si：0.30％、Cu：0.3％、Cr：0.8％、Ta：0.03％、Ga：0.03％、Ba：0.03％、稀土元素：0.03％、纳米碲化铜：0.03％、纳米硼化铌：0.04％、纳米氮化锰：0.03％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比2:1:1.2:0.3混合形成的混合物；所述纳米碲化铜的粒径为80nm；所述纳米硼化铌的粒径为100nm；所述纳米氮化锰的粒径为60nm。
一种所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0006％，后软吹10min；所述LF炉精炼的温度1620℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在6.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为26min；所述锻造的锻造比为8，终锻温度为960℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到200℃以下；所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的淬火温度为940℃，保温时间为3小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为300℃，回火时间为3小时。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为785MPa，断后伸长率为29％，晶粒度为10级，钢中全氧为0.0003％，脱碳层为0.040mm。
对比例1
一种汽车用减震活塞杆用钢，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Ta和纳米碲化铜。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为700MPa，断后伸长率为24％，晶粒度为8级，钢中全氧为0.001％，脱碳层为0.09mm。
对比例2
一种汽车用减震活塞杆用钢，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Ga和纳米硼化铌。
经检测，该汽车用减震活塞杆用钢的抗拉强度为707MPa，断后伸长率为24.5％，晶粒度为8级，钢中全氧为0.0012％，脱碳层为0.11mm。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车用减震活塞杆用钢，其特征在于，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.45％、Si：0.15～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Cr：0.7～0.8％、Ta：0.01～0.03％、Ga：0.01～0.03％、Ba：0.01～0.03％、稀土元素：0.01～0.03％、纳米碲化铜：0.01～0.03％、纳米硼化铌：0.02～0.04％、纳米氮化锰：0.01～0.03％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的汽车用减震活塞杆用钢，其特征在于，所述稀土元素为Sc、Y、Pr、La按质量比(1-2):1:(0.8-1.2):0.3混合形成的混合物。
3.如权利要求1所述的汽车用减震活塞杆用钢，其特征在于，所述纳米碲化铜的粒径为10-80nm；所述纳米硼化铌的粒径为20-100nm；所述纳米氮化锰的粒径为30-60nm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，其特征在于，包括依次进行的冶炼、精炼、锻造和热处理工序，所述精炼采用LF炉精炼+VD真空精炼；VD毕喂Ca线，控制钢水的Ca含量在0.0020-0.00060％，后软吹5～10min；所述LF炉精炼的温度1550～1620℃，采用CaO-Al2O3-SiO2三元碱性渣系脱硫，碱度控制在4.0-6.0，渣中的FeO和MnO含量小于0.8％。
5.如权利要求4所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，其特征在于，所述VD真空精炼的真空度≤100Pa，真空脱气时间为18-26min。
6.如权利要求4所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，其特征在于，所述锻造的锻造比为5-8，终锻温度为850℃～960℃；锻后直接进行空冷冷却，冷却到120-200℃以下。
7.如权利要求4所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，其特征在于，所述热处理包括淬火处理和回火处理。
8.如权利要求7所述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，其特征在于，所述淬火处理的淬火温度为840℃～940℃，保温时间为2-3小时，淬火介质为机械油；所述回火处理的回火温度为250℃～300℃，回火时间为1～3小时。
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2023
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