【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车钢及其冶炼，具体涉及一种等速万向节球形壳用钢及其生产方法。
技术介绍
1、万向节是汽车传动系统的重要部件，在汽车传动系及其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。目前，轿车上常用的等速万向节是球笼式万向节，球笼式万向节的作用是将发动机的动力从变速器传递到两个前车轮，驱动轿车高速行驶。它主要有球形壳、星形套、球笼、钢珠等主要零件组成。由于等速万向节传递繁重的驱动力矩，随受负荷重，传动精度高，需求量很大，又是安全件，因此其主要零件均采用精锻件加工而成。
2、现代汽车工业的竞争日趋激烈，对汽车的动力性、操作性、舒适性及安全性有更高的要求，再加上能源及环境方法的要求，所以在设计汽车重要功能性零部件时，必须综合考虑其安全性、功能性、经济性和排放性等重要指标，因而对材料提出更高的要求，要求材料在确保性能的前提下更加轻质化，对于汽车用万向节球形壳用材料而言，部件起传动及支撑的作用，还承受交变载荷应力长期作用，因此材料必须具备足够的耐磨性、抗疲劳性及良好的韧性。
3、当前等速万向节球形壳通常选用材料为20crnimo，常用加工方式为棒材下料-热锻造成型-机加工-渗碳淬火热处理-磨加工。热锻时材料塑性好，利于成型，但加工精度低，材料利用率低，能耗高。而冷锻成型后车削量少、材料利用率高，节约能源，降低生产成本，但由于等速万向节球形壳变形率大，若采用冷锻，对材料的冷锻性能提出苛刻的要求，即要求材料具备良好的塑性和韧性，同时根据万向节球形壳的使用要求，还需具备
4、目前的20crnimo钢，其合金含量高，生产成本高，而且由于合金含量高，热轧棒材的原始组织除铁素体+珠光体外，往往还有贝氏体组织，硬度高，塑性差，不适于冷锻用途。为克服上述钢材的缺点，本专利技术提出的一种等速万向节球形壳用中碳钢，综合协调材料的淬透性和冷锻特性。该材料的热轧态原始组织为均匀且细小的铁素体与珠光体片层组织，而后经球化退火后，钢材交货状态为渗碳体以球化组织状态存在，其中球化率≥60％，满足客户冷加工需求。同时在成分设计时采用低硅钢的设计，进一步提升钢材的冷锻性能。
技术实现思路
1、本专利技术为满足万向节球形壳用钢材需求，通过对钢材化学成分进行合理设计，专利技术了一种新的万向节球形壳用钢材。
2、本专利技术所述钢材的主要技术指标如下：钢材交货状态为渗碳体以球化组织状态存在，其余为片状珠光体，其中球化率≥60％，这样的组织要求设计是基于几方面考虑，一方面球化组织是钢中最稳定的组织，便于后续加工处理，但由于该产品是低碳钢，渗碳体占比很少，不能像高碳轴承钢那实现100％的球化，所以要求球化率≥60％，另一方面，满足上述组织要求的钢材，其硬度控制较好，硬度不高(适合后续冷加工)，也不会太低(防止后续钢材冷加工时粘刀)。
3、成品圆钢试样经820℃正火后，抗拉强度≥650mpa，屈服强度≥400mpa，断后伸长率≥14％，断面收缩率≥45％。
4、钢材交货状态的硬度不超过180hbw。钢材的端淬j3在45-48hrc，j5在38-42hrc。
5、钢材非金属夹杂物按gb/t 10561a法检验，其中脆性不可变形夹杂物b细≤1.5级，b粗≤1.0级，d细≤1.0级，d粗≤0.5级，ds≤1.0级。
6、本申请钢材的元素成分重量百分含量为c：0.55～0.65％，si：≤0.08％，mn：0.60～0.90％，p:≤0.020％，s:≤0.010％，cr：≤0.20％，ni：≤0.10％，mo：≤0.10％，al：≤0.050％，b：0.0010～0.0020％，ti:0.020～0.030％，ca≤0.0010％，o：≤0.0010％，余量为fe及不可避免的杂质。
7、本申请元素成分的设置依据：
8、1)c含量的确定
9、c是确保钢材耐磨性所必须的元素，提高钢中的碳含量将会增加它的马氏体转变能力，从而提高它的硬度和强度，进而提高耐磨性。但过高的c含量对钢的韧性不利。另外，过高的c含量也会导致严重的中心c偏析从而影响钢材的芯部韧性。本专利技术控制其含量为0.55～0.65％。本专利技术钢材属于中碳钢范畴。
10、2)si含量的确定
11、si为本专利技术中的关键元素。si固溶在铁素体相中，有较强的固溶强化作用，能显著提高铁素体强度，但同时降低铁素体的塑性和韧性。si在炼钢时作为脱氧元素添加到钢材中。本专利技术钢材用于冷加工用途，要求材料具有良好的冷加工性能，也就是要求钢中铁素体优良的塑性和韧性。因此，本专利技术的钢材si含量要尽量低，目的是尽量降低铁素体中固溶的si含量，发挥铁素体的塑性极限，所以si含量的设定范围≤0.08％。
12、3)mn含量的确定
13、mn作为炼钢过程的脱氧元素，是对钢的强化有效的元素，起固溶强化作用。而且mn能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。mn能消除s(硫)的影响：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。本专利技术的mn含量控制在0.60～0.90％。
14、4)al含量的确定
15、al作为钢中脱氧元素加入，除为了降低钢水中的溶解氧之外，al与n形成弥散细小的氮化铝夹杂可以细化晶粒。但al含量过多时，钢水熔炼过程中易形成大颗粒al2o3等脆性夹杂，降低钢水纯净度，影响成品的使用寿命。本专利技术al含量的范围确定为≤0.05％。
16、5)b含量的确定
17、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，本专利技术b含量的范围确定为0.0010～0.0020％。
18、6)ti含量的确定
19、ti在钢中会形成tin夹杂物，这种夹杂物坚硬、呈棱角状，严重影响材料的疲劳寿命。但ti能与钢水中n优先反应，减少钢水中因n与b的反应导致添加b元素的失效，因此本专利技术需添加ti元素，经综合计算，本专利技术的ti含量范围确定为0.02～0.03％。
20、8)ca含量的确定
21、ca含量会增加钢中点状氧化物的数量和尺寸，同时由于点状氧化物硬度高，塑性差，在钢变形时其不变形，容易在交界面处形成空隙，使钢的性能变差。本专利技术ca含量的范围确定为≤0.001％。
22、9)o含量的确定
23、氧含量代表了氧化物夹杂总量的多少，氧化物脆性夹杂限制影响成品的使用寿命，大量试验表明，氧含量的降低对提高钢材纯净度特别是降低钢种氧化物脆性夹杂物含量显著有利。本专利技术氧含量的范围确定为≤0.0010％。
24、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材的交货状态：渗碳体以球化组织状态存在，其余为片状珠光体，其中球化率≥60％。
2.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材交货状态的硬度不超过180HBW，钢材的端淬J3在45-48HRC，J5在38-42HRC。
3.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：成品圆钢试样经820℃正火后，抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥400MPa，断后伸长率≥14％，断面收缩率≥45％。
4.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材的非金属夹杂物按GB/T 10561A法检验，其中脆性不可变形夹杂物B细≤1.5级，B粗≤1.0级，D细≤1.0级，D粗≤0.5级，Ds≤1.0级。
5.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢的元素成分重量百分为C：0.55～0.65％，Si：≤0.08％，Mn：0.60～0.90％，P:≤0.020％，S:≤0.010％，Cr：≤0.20％，Ni：≤0.10％，Mo：≤0.10％，Al：≤0.050％，
6.一种生产权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢的方法，其特征在于：包括，
7.根据权利要求6所述的等速万向节球形壳用钢的生产方法，其特征在于：步骤三中，高真空脱气处理的真空度≤133Pa，真空度保持时间≥15min。
8.根据权利要求6所述的等速万向节球形壳用钢的生产方法，其特征在于：步骤四中，连铸全过程采用保护浇铸模式即将钢水和空气完全隔离开，控制中包钢液的过热度在10-15℃；连铸过程中采用结晶器电磁搅拌MEMS+凝固末端电磁搅拌FEMS的复合电磁搅拌，并且将末端电磁搅拌与连铸轻压下进行配合以改善连铸坯中心的偏析。
9.根据权利要求6所述的等速万向节球形壳用钢的生产方法，其特征在于：步骤六中，设置开轧温度为950-1150℃，终轧温度为850-950℃。
10.根据权利要求6所述的等速万向节球形壳用钢的生产方法，其特征在于：步骤七中，将轧制完成的钢材在730℃±(0-10℃)保温7小时，随后进行水雾冷却，在3min内冷却至670℃±(0-10℃)，并保温5小时，最后随炉冷却6小时至250℃±(0-10℃)出炉。
...【技术特征摘要】
1.一种等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材的交货状态：渗碳体以球化组织状态存在，其余为片状珠光体，其中球化率≥60％。
2.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材交货状态的硬度不超过180hbw，钢材的端淬j3在45-48hrc，j5在38-42hrc。
3.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：成品圆钢试样经820℃正火后，抗拉强度≥650mpa，屈服强度≥400mpa，断后伸长率≥14％，断面收缩率≥45％。
4.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢材的非金属夹杂物按gb/t 10561a法检验，其中脆性不可变形夹杂物b细≤1.5级，b粗≤1.0级，d细≤1.0级，d粗≤0.5级，ds≤1.0级。
5.根据权利要求1所述的等速万向节球形壳用钢，其特征在于：钢的元素成分重量百分为c：0.55～0.65％，si：≤0.08％，mn：0.60～0.90％，p:≤0.020％，s:≤0.010％，cr：≤0.20％，ni：≤0.10％，mo：≤0.10％，al：≤0.050％，b：0.0010～0.0020％，ti:0.020～0.030％，c...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，吴小林，官跃辉，尹青，蔡丰伟，李文彬，刘烨，
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：
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