一种汽车转向器齿条用非调质钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种汽车转向器齿条用非调质钢，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.35％‑0.44％、Si：0.4％‑0.70％、Mn：1.2％‑1.50％、Cr：0.1％‑0.35％、V：0.03％‑0.14％、N：0.005％‑0.015％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。使用该非调质钢大大缩短了转向器齿条的加工工序，同时降低了制造成本，同时使用该非调质钢制成的转向器齿条的屈服强度和抗拉强度大，能够满足复杂路面对于转向器齿条较高力学性能的要求，同时具有良好的机械加工性能，适用于齿条类复杂结构的机械加工，而且，制成的转向器齿条的使用寿命长，能够节省使用成本。

A kind of non-quenched and tempered steel for automobile steering gear rack and its manufacturing method

The present invention provides a kind of non-quenched and tempered steel for automobile steering gear rack, which mainly contains the following steel components: C:0.35%0.44%, Si:0.4%0.70%, Mn:1.2%1.50%, Cr:0.1%0.35%, V:0.03%0.14%, N:0.005%0.015%, residual Fe and unavoidable elements and impurities. The use of the non-quenched and tempered steel greatly shortens the processing procedure of the steering rack and reduces the manufacturing cost. At the same time, the yield strength and tensile strength of the steering rack made of the non-quenched and tempered steel are high, which can meet the requirements of the complex road surface for the steering rack with higher mechanical properties, and has good machinability. It is suitable for the machining of complex rack structures. Moreover, the service life of the converter rack is long and the cost of use can be saved.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车转向器齿条用非调质钢及其制造方法
本专利技术属于非调质钢
，特别涉及一种汽车转向器齿条用非调质钢及其制造方法。
技术介绍
汽车转向器又名转向机、方向机，它是汽车转向系统中最重要的部件，它的作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。按照助力形式分类，转向器可以分为机械式(无助力)和动力式(有助力)。机械式转向器按照结构形式的不同，又可以分为齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。齿轮齿条式转向器是一种最简单的转向器，一般由转向齿轮、转向齿条、壳体和预紧力调整装置等组成，转向齿轮通过轴承支承在壳体内，转向齿轮的一端与转向轴连接，将驾驶员的转向操纵力输入，另一端与转向齿条直接啮合，形成一对传动副，并通过转向齿条传动，带动横拉杆，使转向节转动。它的优点是结构简单、紧凑，刚度大，成本低廉，转向灵敏，正、逆袭率都高，便于布置，而且特别适合于与烛式悬架和麦弗逊悬架配用，还可以直接带动横拉杆，简化转向传动机构。因此在轿车和微型、轻型货车上得到广泛的应用，目前，齿轮齿条转向器约占行业60％，其中，轿车占95％，轻微型车占30％。齿轮齿条式转向器的工作主要是靠齿轮齿条机构将方向盘的周向转动变为横向拉杆的直线运动，在使用过程中，齿面受到脉动载荷的作用，其所受的接触应力和弯曲应力均为交变应力，当齿面所受到的应力大于其自身的屈服强度极限时，则会产生较大变形，导致齿轮及齿条无法使用，因此，在使用过程中，要求齿面没有明显的磨损和缺陷，否则应予以更换。所以，转向器齿条需具有良好的抗疲劳性能和耐磨性。目前，转向器齿条主要使用的材料之一为45钢，通过对45钢调质处理后加工制造成转向器齿条，具体加工制造流程为：原材料粗车→感应淬火+感应回火处理(调质)→精车→矫直→切断→两端打中心孔→中间铣齿→齿条部位感应淬火→矫直→磨光→低温回火。上述工艺制造工序相对繁多，成品周期长，加工制造成本高。尤其调质45钢在实际使用过程中，其抗拉强度和屈服强度依然无法满足某些较高要求的转向器齿条的性能要求，导致汽车转向器的齿条损耗较快，使用寿命较短。非调质钢是指不经过调质处理就可以达到或接近调质钢力学性能水平的一类特殊质量合金结构钢，对应的国家标准为《GB/T15712-2016非调质机械结构钢》。按显微组织分可分为铁素体+珠光体型，按使用加工方法分可分为直接切削加工用钢和热压力加工用钢。因该钢不经过调质处理即可达到一般合结钢经调质处理后的性能要求，省去调质处理工序，可直接降低调质处理成本及间接产生的运输、矫直、热处理不良品等费用。同时，不经过热处理可以减少热处理过程中的废烟、废水排放，绿色环保，因此非调质钢被成为“绿色钢铁”。因我国对非调质钢的研究应用起步较晚，目前非调质钢的推广使用非常有限，主要用于制造汽车发动机系统的曲轴、连杆；转向系统的转向节、轮毂盘等，无在转向器齿条上的应用实例。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种汽车转向器齿条用非调质钢。本专利技术的另一方面提供了制造上述非调质钢的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种汽车转向器齿条用非调质钢，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.35％-0.44％、Si：0.4％-0.70％、Mn：1.2％-1.50％、Cr：0.1％-0.35％、V：0.03％-0.14％、N：0.005％-0.015％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。进一步地，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.36％-0.4％、Si：0.5％-0.60％、Mn：1.3％-1.40％、Cr：0.2％-0.3％、V：0.06％-0.1％、N：0.008％-0.01％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。进一步地，所述非调质钢在交货状态下的微观组织为均匀的铁素体和珠光体。进一步地，所述非调质钢的屈服强度≥580Mpa，抗拉强度≥820Mpa，断面延伸率≥16％，断面收缩率≥40％，常温U型冲击功≥45J，布氏硬度240-280HBW。本专利技术提供的上述汽车转向器齿条用非调质钢的制造方法，依次包括：电炉炼钢、钢包合金化、LF钢包精炼、RH真空处理、钢坯连铸、连铸坯加热、钢坯轧制以及冷却工序；其中，所述钢坯轧制工序中，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为770-850℃。进一步地，所述电炉炼钢工序中，铁水加入量≥50wt％，出钢C含量≥0.18wt％，出钢P含量≤0.015wt％，出钢温度为1630-1670℃。进一步地，所述钢包合金化工序包括：电炉出钢时随钢水加入设定量的石灰、精炼渣和铝锭，以对钢水脱氧；所述LF钢包精炼工序包括：LF炉处理时间≥45min，控制LF钢包精炼结束时的温度为1590-1630℃。进一步地，在所述钢包合金化工序中，所述石灰、精炼渣和铝锭的加入量为：每80吨钢水中加入300-500kg石灰，200-400kg精炼渣，100-200kg铝锭；优选地，所述精炼渣的主要成分为CaO、MgO、CaF。进一步地，所述RH真空处理结束之后，钢坯连铸之前，还包括：使用Ar气对钢水进行连续软吹，所述Ar气流量为50-150NL/min，处理时间≥20min。进一步地，所述钢坯连铸中，分别使用结晶器搅拌和末端电磁搅拌对钢你液进行连续搅拌，所述结晶器搅拌时，电磁搅拌频率为3-4Hz，搅拌电流为290-300A；所述末端电磁搅拌时，搅拌频率为7-8Hz，搅拌电流140-150A；所述轧制工序包括：开轧温度1050-1100℃，终轧温度770-810℃；所述冷却工序依次包括冷床冷却和堆冷，钢坯在冷床上冷却速度为1.5-2.0℃/s，堆冷温度为400℃。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：1)使用非调质钢大大缩短了转向器齿条的加工工序，同时降低了制造成本。2)使用该非调质钢制成的转向器齿条的屈服强度和抗拉强度大，能够满足复杂路面对于转向器齿条较高力学性能的要求，同时具有良好的机械加工性能，适用于齿条类复杂结构的机械加工。3)使用寿命长，节省使用成本。附图说明图1：为随机抽取的本专利技术提供的100倍的非调质钢的一个实施例的金相图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。汽车转向器用齿条要求有较高的抗疲劳性能和耐磨性，因此，本专利技术目的在于提供一种品质优于45钢的非调质钢。非调质钢通常是在中碳锰钢的基础上加入V、Ti、Ni等微合金化元素，使其在加热过程中溶于奥氏体中，因奥氏体中的钒、钛、铌的固溶度随着冷却而减小，微合金元素钒、钛、铌将以细小的碳化物的氮化物形式在先析出的铁素体和珠光体中析出。这些析出物与母相保持共格关系，使钢强化。这类钢在热轧状态、锻造状态或正火状态就可以达到所需的力学性能，而不需要后期再进行调制处理，因此，既缩短了生产周期，又节省了能源。因转向器齿条用非调质钢性能的难点主要是断面延伸率、断面收缩率、常温U型冲击功等韧性指标要求，因此钢材的C含量不能过高；而强度指标特别是屈服强度需要足够的合金元素来保证，因此在降低C元素含量的情况下需提高Si和Mn元素的含量。因转向器齿条用非调质钢的使用规格范围为20-35mm，钢材直径小，冷却速度快，在成分设计确定的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车转向器齿条用非调质钢，其特征在于，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.35％‑0.44％、Si：0.4％‑0.70％、Mn：1.2％‑1.50％、Cr：0.1％‑0.35％、V：0.03％‑0.14％、N：0.005％‑0.015％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。

【技术特征摘要】
1.一种汽车转向器齿条用非调质钢，其特征在于，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.35％-0.44％、Si：0.4％-0.70％、Mn：1.2％-1.50％、Cr：0.1％-0.35％、V：0.03％-0.14％、N：0.005％-0.015％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。2.根据权利要求1所述的非调质钢，其特征在于，主要包含下述钢成分，以质量％计含有：C：0.36％-0.4％、Si：0.5％-0.60％、Mn：1.3％-1.40％、Cr：0.2％-0.3％、V：0.06％-0.1％、N：0.008％-0.01％，余量为Fe以及不可避免的元素和杂质。3.根据权利要求1或2所述的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢在交货状态下的微观组织为均匀的铁素体和珠光体。4.根据权利要求1或2所述的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的屈服强度≥580Mpa，抗拉强度≥820Mpa，断面延伸率≥16％，断面收缩率≥40％，常温U型冲击功≥45J，布氏硬度240-280HBW。5.一种权利要求1-4任一项所述汽车转向器齿条用非调质钢的制造方法，其特征在于，依次包括：电炉炼钢、钢包合金化、LF钢包精炼、RH真空处理、钢坯连铸、连铸坯加热、钢坯轧制以及冷却工序；其中，所述钢坯轧制工序中，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为770-850℃。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述电炉炼钢工序中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文超，张念，罗时杰，
申请(专利权)人：湖北新冶钢有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42