一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法，以质量百分数计，成分包括：C：0.15

【技术实现步骤摘要】
一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢材制造
，尤其是涉及一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]冷挤压成型是利用金属的塑性变形制成所需形状的零件，能大量减少切削加工，提高材料的利用率，降低零件成本。通过冷挤成型制作的零件可获得理想的表面粗糙度和尺寸精度，并具有好的机械性能。因此通过冷挤成型工艺生产汽车零部件，已经得到了广泛关注和应用。
[0003]现有技术中通过冷挤成型工艺制作零部件时，一般使用20Cr、20CrMnTi低碳合金钢，其主要化学成分为：但20Cr力学性能不足，不能满足生产重型十字轴要求；20CrMnTi钢变形抗力大，用其通过冷挤成型生产重型十字轴时，易产生开裂，开裂的位置为分模面从十字轴心部向外部扩展，直至轴径分模面处可见明显裂纹。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中重型十字轴采用20CrMnTi钢材成型难，20Cr钢材性能不足的问题，提供一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法，通过对钢材组分及制备工艺的调整，提升了材料的强度、塑性及韧性，使材料可满足重型十字轴冷挤压成型的加工要求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，以质量百分数计，成分包括：C：0.15
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0.25％，Si：0.15
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0.25％，Mn：0.40
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0.70％，Cr：0.90<br/>‑
1.40％，S：≤0.015％，P：≤0.025％，Ni：≤0.03％，Mo：≤0.15％，Cu：≤0.20％，Al：0.02
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0.05％，Ti：0.02
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0.05％，B：0.001
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0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0006]本专利技术中的高强度钢的化学成分设计依据如下：1)C含量的确定：C元素的含量直接影响钢材的强度、塑性、韧性性能；过高的C含量对钢的韧性不利，不利于冷挤压成型，本专利技术控制C含量为0.15
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0.25％，可使钢材具有较高的强度和韧性。
[0007]2)Si含量的确定：
Si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂，并以固溶强化形式提高钢的硬度和强度。但是，Si含量较高时钢材的塑性、韧性降低，不利于冷挤压成型。本专利技术控制Si含量为0.15
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0.25％，可保证钢材具有较高的强度的同时提升其塑性。
[0008]3)Mn含量的确定：Mn作为炼钢过程的脱氧和脱硫元素，是对钢的强化有益的元素，起固溶强化作用，而且Mn能提高钢的淬透性；同时Mn在钢铁冶炼中可与S形成高熔点的MnS，进而消弱和消除S的不良影响。但Mn含量高，会降低钢的韧性，增加钢材冷变形阻力，且Mn有促进晶粒长大的作用。本专利技术将Mn含量控制在0.40
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0.70％，可降低材料的变形抗力，便于冷挤压成型。
[0009]4)Cr含量的确定：Cr是强碳化物形成元素，能够显著提高钢的强度、硬度、耐磨性，在本专利技术的添加量范围内，对钢材的塑性和伸长率有一定的提高。
[0010]5)Al含量的确定：本专利技术在钢材中添加0.02
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0.05％的铝，可起到细化晶粒、固定钢中的氮的作用，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。并且在冶炼过程中加入Al可以作为脱氧剂，脱氧能力比硅、锰强得多。
[0011]6)Ti含量的确定：钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。本专利技术在钢材中添加0.02
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0.05％的钛，可提高钢材的塑性和韧性，便于冷挤压成型；并且钛固定了氮和硫并形成碳化钛，可以提高钢材的强度。
[0012]7)B含量的确定：本专利技术B含量的范围确定为0.001
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0.003％，在此范围内B能提高钢的淬透性，还能提高钢的高温强度，并且在钢中能起到强化晶界的作用。
[0013]8)P、S含量的确定：P在钢中严重引起凝固时的偏析，P溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性；S会降低钢的延展性和韧性。本专利技术将P含量的范围控制在≤0.025％，S含量的范围控制在≤0.015％，可使钢材符合冷挤压成型的使用要求。
[0014]本专利技术还提供了一种上述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢的制备方法，包括如下步骤：S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水；S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；入炉后加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，并加入造渣剂，形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；待白渣形成后在渣料表面加入扩散脱氧剂，在1550～1650℃下精炼60～90min，同时底吹氩气搅拌；然后在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼5～10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5～10min后出钢；S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到钢坯；S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；热处理工艺包括以下步骤：S51：第一次淬火：在865～895℃下保温60～90min后进行第一次淬火；S52：第二次淬火：在780～820℃下保温60～90min后进行第二次淬火；
S53：回火：在180～220℃下保温8～12h。
[0015]本专利技术的高强度钢制备过程中，在LF精炼炉中控制各元素的加入时间，并采用多种脱氧剂相结合的方式对钢水进行脱氧，可以保证钢水的纯净度，降低钢水中夹杂物的尺寸和含量，提升钢水质量。本专利技术在入炉时加入较难溶的Cu、Cr、Mo和Mn，可以保证熔化完全，在钢水中分布均匀；精炼时在钢水中加入复合脱氧剂并在渣料表面加入扩散脱氧剂，复合脱氧剂可有效去除钢水中的溶解氧，降低钢水中夹杂物的尺寸和含量；扩散脱氧剂可与炉渣中的FeO反应，破坏FeO在炉渣及钢液中的浓度平衡，使钢中FeO向渣中扩散，从而进一步降低钢水中的氧含量；在出钢前再加入Si、Ni、Al、Ti等元素，调节各元素含量至所需浓度的同时，进一步对钢水进行脱氧，脱氧效果好，钢材的成分易于控制，从而提升了钢材质量。
[0016]为了进一步提升钢材的强度，本专利技术在连铸和轧制后对钢材进行了热处理，本专利技术通过两次淬火和回火的热处理工艺，可在提升材料的强度的同时使材料具有良好的塑性和韧性，减少了材料冷挤成型时的开裂倾向。
[0017]作为优选，步骤S1中所得的钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25％；P≤0.06％；S≤0.06％。
[0018]作为优选，步骤S2中所述的造渣剂以质量分数计包括65～75％的石灰及25～35％的萤石；所述造渣剂的添加量为5～7kg/吨钢。
[0019]作为优选，步骤S2中所述的复合脱氧剂的制备方法包括如下步骤：(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，以质量百分数计，成分包括：C：0.15
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0.25%，Si：0.15
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0.25%，Mn：0.40
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0.70%，Cr：0.90
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1.40%，S：≤0.015%，P：≤0.025%，Ni：≤0.03%，Mo：≤0.15%，Cu：≤0.20%，Al：0.02
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0.05%，Ti：0.02
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0.05%，B：0.001
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0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢的制备方法，其特征是，包括如下步骤：S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水；S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；入炉后加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，并加入造渣剂，形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；待白渣形成后在渣料表面加入扩散脱氧剂，在1550~1650℃下精炼60~90min，同时底吹氩气搅拌；然后在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼5~10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5~10min后出钢；S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到钢坯；S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；热处理工艺包括以下步骤：S51：第一次淬火：在865~895℃下保温60~90min后进行第一次淬火；S52：第二次淬火：在780~820℃下保温60~90min后进行第二次淬火；S53：回火：在180~220℃下保温8~12h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤S1中所得的钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25%；P≤0.05%；S≤0.05%。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：董国强，程敏，冯泉夫，高天安，王凯，
申请(专利权)人：浙江钱富万向节有限公司，
类型：发明
国别省市：