经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢及其生产方法技术

【技术实现步骤摘要】
经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢及其生产方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种连铸-连轧生产的43MnCrMoB重载卡车转向器用齿条钢。
技术介绍
重载卡车转向器齿条是与齿轮相配合用于传动的一种机械零件。分为直齿齿条和斜齿齿条，分别与直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮配对使用。齿轮齿条传动是齿轮与齿条配合的传动方式。当齿轮主动时，可以将旋转运动变成直线运动；当齿条主动时，可以将直线运动变成旋转运动。重载卡车转向器齿条作为重要的传动零部件，传递动力，在传动过程中齿条的齿根要受到反复的弯曲、接触应力，易产生弯曲疲劳断裂、磨损、划痕擦伤、齿形剥落变形等失效。重型卡车因载重量大，转向器齿条需要承受较大的扭矩，所以常选用42CrMo、SCM440H等合金含量较高、淬透性好，能承受较大冲击载荷、高的弯曲疲劳应力的钢铁材料。但是现有齿条钢存在合金含量高，合金原料成本高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低合金的经济型齿条用钢，与重载卡车转向器齿条普遍采用的国标中的42CrMo、JIS标准中的SCM440H钢相比，本专利技术的43MnCrMoB钢大幅度减少了合金Cr、Mo的含量，在降低生产成本的同时，其重要性能指标晶粒度、淬透性等能够满足重载卡车转向器齿条的要求。属于一种经济型齿条用钢。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢，其特征在于：该钢的化学成分按质量百分比设计为C：0.37～0.47％，Si：0.08～0.32％，Mn：0.80～1.25％，Cr：0.10～0.40％，S：0.015～0.035％，P：≤0.020％，Mo：0.05～0.12％，B：0.0030～0.0060％，N：0.0080～0.0150％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Al：0.015～0.050％，Ti：≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，并且成分满足〔0.1N+0.0020≤B≤0.15N+0.0030〕。上述钢品的末端淬透性满足：J5＝54-61HRC、J9＝52-59HRC、J13＝49-57HRC，热轧圆钢金相组织为均匀的铁素体+珠光体，晶粒度。本专利技术转向器齿条用钢化学成分各元素对应的主要作用和设计依据是：C：是确保钢材淬透性的最基本元素，随着奥氏体中碳含量的增加，钢的临界冷却速度显著降低，钢材的淬透性明显增大，钢材调质后的强度也随之增大。为保证转向器齿条调质后拥有良好的强度与韧性，钢中需要添加合适的碳含量，本专利技术专利的碳含量范围控制在0.37～0.47％。Si：炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。本专利技术专利的硅含量范围控制在0.08～0.32％。Mn：在炼钢过程中具有良好的脱氧作用，而且由于锰可以与硫相结合形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。提高钢中的锰含量的可以显著提升钢材的淬透性，而且锰含量的增加对提高中碳珠光体钢的强度有显著的作用。本专利技术专利的锰含量范围控制在0.80～1.25％。Cr：在结构钢中能够显著提高钢材的强度、硬度和耐磨性，但同时随着铬含量的增加钢材的塑性与韧性也会降低。综上考虑，本专利技术将Cr含量的范围确定为0.10～0.40％。Mo：可以起到细化钢材晶粒，提高钢材的强度、硬度与热稳定性。提高钼含量可以显著提高钢材的淬透性和强度。在合金结构钢中添加少量的Mo还能起到克服热处理过程中的回火脆性以改善热处理性能。但钼合金属于贵重金属合金，含量过高会明显增加生产成本。本专利技术将Mo含量的范围确定为0.05～0.12％。S：S的加入可以提升钢的切削性能，在钢中加入一定含量的硫，S与Mn形成的硫化物分布在钢中，降低了切削抗力，割断了基体的连续性而使钢材切削易断，MnS的润滑作用降低了刀具的损耗，降低了用户的使用加工成本。本专利技术专利的S含量范围为0.015～0.035％。Al：作为强烈脱氧剂加进钢中，主要起到脱氧的作用。本专利技术专利的Al含量范围为0.015～0.050％。B：作为显著提高钢材淬透性的元素加入到钢中，这在一定程度上代替了Cr、Mo等元素。硼元素提高钢材淬透性的机制在于奥氏体转化过程中，铁素体最容易在晶界处形核，由于B吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，奥氏体稳定增加，从而提高了淬透性。并且在钢中加入B元素还能起到细化晶粒的作用。本专利技术专利的B含量范围为0.0030～0.0060％。N：作为细化钢材晶粒的元素加入到钢中。N在该钢种中的核心作用是细化晶粒来提高钢材的强度和韧性。在钢中一部分Al、B元素与N元素相结合形成AlN、BN质点,可以起到了细化晶粒的作用。在该钢种中一定含量的B元素起到提高淬透性的作用,另一部分则与N元素相结合形成BN质点，起到细化晶粒提高强度的作用。通过理论计算分析与试验研究，氮与硼的成分关系需满足〔0.1N+0.0020≤B≤0.15N+0.0030〕。同时生产过程需要配合合理的冶炼与轧制工艺，钢材才能获得本专利技术所需要的淬透性与奥氏体晶粒度。本专利技术齿条钢通过对常规用于重载变速器齿条用CrMo钢化学成分进行改良，使用较低成本的Mn合金与较少含量的B合金，并限定B和N的添加关系，使获得更细的晶粒；可降低添加高含量Cr与Mo元素的依赖。并结合C、Mn、B对淬透性的影响效果，优化设计了满足重载卡车转向器齿条用钢的淬透性要求，具有较高的市场的竞争力和推广价值。本申请提供上述经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢的生产方法，工艺流程：铁水冶炼→转炉或电炉初炼→LF炉精炼→VD或RH炉真空脱气→连铸方坯→连铸坯轧制→热轧圆钢缓冷。具体地，43MnCrMoB钢的的主要生产步骤包括(1)电炉或转炉初炼：按配比备料，将原料装入初炼炉中，通电并吹氧助熔，初炼炉终点碳含量控制在0.05～0.12％,终点磷含量控制在≤0.012％，采用挡渣出钢方式出钢，初炼炉出钢结束后立即进行扒渣处理；(2)LF精炼：精炼全过程采用底吹氧搅拌，添加加石灰、萤石材料造渣，精炼炉测温取样次数在2-5次；(3)VD或RH脱气：采用高真空脱气，真空度要求≤133Pa，高真空度保持时间≥10min，破空后对钢水取样分析并及时微调钢水至设计化学成分；(4)连铸：采用全过程保护浇铸模式，稳定控制钢液过热度20—40℃，控制拉速0.60～0.75m/min，并且采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、轻压下生产技术，连铸方坯尺寸为300×340mm及以上；(5)轧制：采用控轧控冷工艺，轧制前对冷却的连铸坯进行长时间高温扩散工艺，高温扩散温度在1100℃～1220℃，保温时间≥5小时，以提高钢材组织的均匀性，采用控轧，设置开轧温度在1000～1100℃，使在再结晶区开始轧制，终轧温度在850～950℃，是在非结晶区进行终轧，将方坯轧成圆钢，总压缩比≥4；(6)轧坯高温下线缓冷，采用入缓冷坑的方式，以有效降低钢材表面硬度，此时应控制钢材表面硬度均在245HBW以下才为合格；优选地，所述轧制步骤中，高温扩散温度为1150～1220℃，充分消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢，其特征在于：该钢的化学成分按质量百分比设计为C：0.37～0.47％，Si：0.08～0.32％，Mn：0.80～1.25％，Cr：0.10～0.40％，S：0.015～0.035％，P：≤0.020％，Mo：0.05～0.12％，B：0.0030～0.0060％，N：0.0080～0.0150％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Al：0.015～0.050％，Ti：≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，并且成分满足〔0.1N+0.0020≤B≤0.15N+0.0030〕。

【技术特征摘要】
1.一种经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢，其特征在于：该钢的化学成分按质量百分比设计为C：0.37～0.47％，Si：0.08～0.32％，Mn：0.80～1.25％，Cr：0.10～0.40％，S：0.015～0.035％，P：≤0.020％，Mo：0.05～0.12％，B：0.0030～0.0060％，N：0.0080～0.0150％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Al：0.015～0.050％，Ti：≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，并且成分满足〔0.1N+0.0020≤B≤0.15N+0.0030〕。2.根据权利要求1所述的经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢，其特征在于：该钢品的末端淬透性满足：J5＝54-61HRC、J9＝52-59HRC、J13＝49-57HRC，热轧圆钢金相组织为均匀的铁素体+珠光体，晶粒度达到8级以上。3.一种经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢的生产方法，其特征在于：工艺流程为，铁水冶炼→转炉或电炉初炼→LF炉精炼→VD或RH炉真空脱气→连铸方坯→连铸坯轧制→热轧圆钢缓冷。4.根据权利要求3所述的经济型重载卡车转向器齿条用43MnCrMoB钢的生产方法，其特征在于：主要步骤包括(1)电炉或转炉初炼：按配比备料，将原料装入初炼炉中，通电并吹氧助熔，初炼炉终点碳含量控制在0.05～0.12％,终点磷含量控制在≤0.012％，采用挡渣出钢方式出钢，初炼炉出钢结束后立即进行扒渣处理；(2)LF精炼：精炼全过程采用底吹氧搅拌，添加石灰、萤石材料造渣，精炼炉测温取样次数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学诚，曹红福，孙鸿平，卢明霞，杨高成，窦胜涛，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32