一种冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法。该热轧棒材的化学成分质量百分数为C:0.12～0.18％，Si:0.01～0.10％，Mn:0.50～0.90％，Cr:0.80～1.30％，S:≤0.010％,P:≤0.015％,Al:0.020～0.060％，N:0.009～0.025％,(Al

【技术实现步骤摘要】
一种冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及特种钢冶炼与轧制的
，具体涉及一种冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]万向节十字轴，是实现变角度动力传递的零部件，用于改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统中万向传动装置的“关节”部件。传统的万向节主要采用的是热锻成型。采用热锻方式加工万向节十字轴时，热锻后的毛坯需要预留较多的切削加工余量，十字轴毛坯加工过程中损耗较大，造成原材料大量的浪费。
[0003]本专利技术涉及一种冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法。“冷挤压”对钢材有什么要求？
[0004]冷挤压要求钢材硬度低，并且铁素体含量较高，若钢材硬度偏高，容易造成钢材冷挤压过程中变形量最大的地方首先发生开裂；其次，冷挤压要求钢材的低倍组织均匀，均匀的低倍组织有助于钢材冷挤压过程中变形的一致性，从而提高冷挤压后零件的尺寸精度；冷挤压成型后的零件表面加工余量较少，因此要求钢材表面脱碳层浅；冷挤压成型后的零件表面加工余量较少，因此要求钢材表面脱碳层浅；冷挤压过程中破坏了钢材原子间的原有平衡状态，使晶格发生扭曲，称为晶格畸变，在产生晶格畸变时，原子离开了平衡位置，引起势能增加,钢材晶粒的稳定性会有所降低，因此要求钢材全截面晶粒度拥有较高的稳定性，钢材整个横截面的奥氏体晶粒均≥6.5级。
[0005]公开号CN112853211A的专利文献涉及一种乘用车万向节叉冷锻用钢及其制造方法，钢的化学成分按质量％计含有C：0.04～0.10％，Si：0.01％～0.12％，Mn：0.40～0.60％，P：≤0.015％，S：0.020～0.035％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，Mo：≤0.02％，Al：0.020％～0.050％，N：0.007％～0.009％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；钢的组织为铁素体和珠光体，其中珠光体的球化率≥85％。生产工艺路线：铁水预处理—转炉初炼—精炼—连铸—连铸坯冷却—连铸坯加热—轧制—冷却—球化退火—车皮。以Φ20mm
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Φ40mm的棒材为例，表面硬度≤110HV30；Rp0.2≤280MPa、Rm≤360MPa、延伸率A5≥40％、断面收缩率Z≥75％、产品具有优异的塑性和低变形抗力，是一种性能理想的冷锻用钢。
[0006]现有专利需要轧后冷却后再进炉球化退火以降低钢材的硬度，并且还需要表面车皮处理去除表面的脱碳，球化退火与车皮的生产成本均很高。

技术实现思路

[0007]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冷挤压用万向节十字轴用钢及其制造方法，采用轧后控制冷却，连铸方坯出加热炉后采用火焰清理机去除方形铸坯表面的脱碳、裂纹、凹坑等缺陷的方式降低钢材表面脱碳深度，减少钢材表面裂纹。
[0008]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种冷挤压用万向节十字轴用钢，所
述钢种的化学成分重量百分比为C:0.12～0.18％，Si:0.01～0.10％，Mn:0.50～0.90％，Cr:0.80～1.30％，S:≤0.010％,P:≤0.015％,Al:0.020～0.060％，N:0.009～0.025％,(Al
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Ti)/N≥1.93，Cu:≤0.08％,Ni:≤0.05％,Mo:≤0.05％,Ti:≤0.01％余量为Fe及不可避免的杂质。
[0009]本专利技术钢各化学元素对应的主要作用及设计依据是：
[0010]C:是提高钢材淬透性的首要控制元素，在固溶体中会形成铁的碳化物Fe3C，在钢中随着含碳量的增加，钢的淬透性与强度也随之提高。但过高的碳含量会显著降低钢材的塑性，对钢材的冷挤压性能不利。因此，本专利技术中的钢材采用低碳设计，C含量选择范围为0.12～0.18％。
[0011]Si:硅元素会导致钢材在冷挤压的塑性变形过程中产生冷作硬化，同时零件在加热过程中会引起钢材的晶间氧化。因此，本专利技术采用低硅设计，Si含量的选择范围为0.01～0.10％。
[0012]Mn:钢中加入适量的锰合金，可以适度提高钢材的淬透性。但是当锰含量超过0.90％时，钢材的塑性会显著下降。因此，本专利技术中的Mn含量选择范围为0.50～0.90％。
[0013]Cr:在低碳钢中加入铬能有效提高钢材的强度，但是过高的铬会降低钢材的延展性，不利于钢材的冷挤压加工。因此，本专利技术中的Cr含量选择范围为0.80～1.30％。
[0014]S:硫在本专利技术钢中属于有害元素。硫虽能与钢中的锰元素相结合形成硫化锰，起到改善钢材切削性能的作用，但是过量的硫化锰夹杂物会显著降低钢材的疲劳寿命。而且本专利技术钢种属于冷挤压用钢，零件的机加工过程中切削量较少。因此，本专利技术S含量的选择范围为S≤0.010％。
[0015]P:磷在本专利技术钢中属于有害元素。磷元素会使钢的强度和塑性降低，并使钢冷挤压性能变差，特别是在低温时更容易发生冷脆现象。因此，本专利技术P含量的选择范围为P≤0.015％。
[0016]Al:作为脱氧剂与细化晶粒的元素加入钢中。本专利技术的Al含量选择范围为0.020～0.060％。
[0017]N:作为细化晶粒的元素加入钢中，钢中的N元素易与Ti元素相结合，形成高硬度、棱角形的非金属夹杂物TiN，钢中剩余的N元素会与Al元素相结合形成AlN质点，细小弥散的AlN质点能够有效抑制钢材晶粒长大。因此，钢中的N含量选择范围为N:0.009％～0.025％,并且需要满足(Al
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Ti)/N≥1.93。因Ti与N的结合力远超Al与N的结合力，因此一部分N元素首先会与钢中的Ti元素相结合形成棱角状的大尺寸非金属夹杂物TiN，该夹杂物起不到钉扎晶界，细化奥氏体晶粒度的作用。钢中剩余的氮元素会与Al元素相结合，形成的细小的AlN质点才能够细化钢材的奥氏体晶粒度。因Al/N＝1.93，钢中Ti元素会全部与N元素结合，为确保钢中形成足够的AlN质点，钢中必须添加足量的Al元素，因此(Al
‑
Ti)/N≥1.93。若(Al
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Ti)/N＜1.93，钢中没有足够的AlN质点细化晶粒，热轧圆钢整个横截面的奥氏体晶粒就无法达到6.5级。
[0018]Cu、Ni、Mo、Ti:属于本专利技术钢种的残余元素，降低钢中残余元素的含量有利于钢材淬透性的稳定控制。因此，本专利技术的Cu、Ni、Mo、Ti含量选择范围为Cu:≤0.08％,Ni:≤0.05％,Mo:≤0.05％,Ti:≤0.01％。
[0019]上述冷挤压用万向节十字轴用钢的制备方法包含如下工艺步骤：
[0020](1)采用KR预脱硫、转炉冶炼、精炼炉精炼、RH炉真空脱气处理，RH真空脱气处理后根据钢水中的氮含量与残余钛含量，喂入适量的铝线，以保证(Al
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Ti)/N≥1.93，钢水成分调整到位后吊装至连铸回转平台，经大包长水口、中间包、浸入式水口最终流入连铸结晶器内，最终通过方型连铸结晶器浇铸出厚度为200～300m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷挤压用万向节十字轴用钢，其特征在于所述钢种的化学成分重量百分比为C:0.12～0.18％，Si:0.01～0.10％，Mn:0.50～0.90％，Cr:0.80～1.30％，S:≤0.010％,P:≤0.015％,Al:0.020～0.060％，N:0.009～0.025％,(Al
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Ti)/N≥1.93，Cu:≤0.08％,Ni:≤0.05％,Mo:≤0.05％,Ti:≤0.01％余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种冷挤压用万向节十字轴用钢，其特征值在于：所述钢的淬透性满足J3mm＝31～39HRC,J5mm≤29HRC。3.根据权利要求1所述的一种冷挤压用万向节十字轴用钢，其特征值在于：钢材的硬度≤155HBW，组织为均匀分布的铁素体与珠光体，其中铁素体占比60％
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70％，其余组织为珠光体。4.根据权利要求1所述的一种冷挤压用万向节十字轴用钢，其特征值在于：所述钢材的低倍组织一般疏松、中心疏松与锭型偏析均≤1.0级，中心偏析≤0.5级，钢材表面无全脱碳层(全铁素体层)，表面部分脱碳层的深度≤钢材直径的0.3％，钢材整个横截面的奥氏体晶粒均≥6.5级。5.一种如权利要求1所述的冷挤压用万向节十字轴用钢的制造方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：(1)采用KR预脱硫、转炉冶炼、精炼炉精炼、RH炉真空脱气处理，RH真空脱气处理后根据钢水中的氮含量与残余钛含量，喂入适量的铝线，以保证(Al
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Ti)/N≥1.93，钢水成分调整到位后吊装至连铸回转平台，经大包长水口、中间包、浸入式水口最终流入连铸结晶器内，最终通过方型连铸结晶器浇铸出厚度为200～300mm的正方形连铸坯；(2)高温状态的连铸方坯入步进式加热炉加热，加热炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学诚，白云，吴小林，卢明霞，曹红福，孙鸿平，余道军，鲍俭，张永启，
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：