【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金，涉及一种工程机械半轴用圆钢及其制备方法。
技术介绍
1、随着石油、矿山等重工业行业的迅猛发展，工程机械作为这些行业中的关键设备，其性能和质量要求日益严格。作为工程机械的核心部件之一，半轴的性能直接影响到机械的整体运行效率和寿命，特别是，随着工况的复杂化和重载化，对工程机械半轴产品的耐疲劳性要求逐步提升，工程机械半轴是连接驱动桥和驱动轮的重要部件，承受着来自发动机和路面的多重应力，这些应力不仅包括静态的负载，还包括动态的振动和冲击。疲劳是指材料在循环应力或循环应变作用下，某一局部区域的性能发生变化，最终在应力远低于材料的静力强度时发生破坏的现象。对于工程机械半轴而言，疲劳破坏通常表现为表面剥落、裂纹扩展和断裂等形式。这些破坏形式不仅会导致机械性能下降，还可能引发安全事故。造成半轴疲劳的因素有很多，主要包括材料的成分、组织、结构、制造工艺以及使用环境等。其中，材料的成分和组织是影响疲劳寿命的关键因素。例如，钢材中的碳、硫、磷等元素含量过高会导致钢材的韧性和抗疲劳性能下降；而钢材的组织结构不合理，如晶粒粗大、夹杂物过多等，也会降低其抗疲劳性能。尤其是在工作过程中，工程机械半轴在工作过程中会受到工件间彼此相互应力的挤压磨损作用，长时间的工况就决定了其比较容易产生表面的剥落和破损。试样的表面出现剥落破损后，器械的噪音就会增大，同时振动增大，试样间的接触温度会逐渐的升高，破损更加严重，破损量过大时，更加剧了工件的破坏，使工件的使用寿命下降，这种现象就是工程机械半轴疲劳现象的主要表现形式。尽管工程机械半轴的重要性日益凸显，
2、综上所述，工程机械半轴作为重工业行业中的关键部件，其耐疲劳性能的提升对于提高机械整体运行效率和延长使用寿命具有重要意义。因此，加强工程机械半轴用圆钢的研发，特别是针对耐疲劳性能的优化，是推动重工业行业持续健康发展的关键。目前影响半轴疲劳寿命的因素很多，如材料的成分、组织、结构、制造工艺、使用环境等。其中，材料的成分和组织是影响疲劳寿命的关键因素。成分决定了材料的基本性能，如强度、韧性、耐磨性等；而组织则决定了材料的微观结构，进而影响到其宏观性能，可以看出，合适的材料成分可以确保半轴具有足够的强度和韧性，而合理的组织结构则有助于提高半轴的耐疲劳性。因此，开发一种耐疲劳高质量的工程机械半轴用钢极其重要，是提高半轴性能和使用寿命的重要途径。
技术实现思路
1、基于上述不足，本专利技术的目的在于，传统的工程机械半轴用钢材料往往存在着强度不足、易疲劳断裂等问题，这在一定程度上限制了工程机械的性能和使用寿命。为了解决这个问题，本专利技术提供了一种工程机械半轴用圆钢及其制备方法，本专利技术钢种通过向中低碳钢中加入cr、mn、ti元素，显著提高了钢材抗拉强度，这些合金元素的加入，不仅增强了钢材的机械性能，还赋予了其更好的耐疲劳特性。本专利技术还对制备过程的优化。通过控制冶炼、轧制、等关键工艺技术及参数，确保钢材的组织结构和性能达到最佳状态，制备的工程机械半轴用圆钢具有耐疲劳、高洁净度等特点。
2、为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、本专利技术提供一种工程机械半轴用圆钢，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分，按质量百分含量计，包括：c：0.24～0.32％、si：0.20～0.30％、mn：0.90～1.10％、cr：1.00～1.30％、ti：0.04～0.1％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.020％、s≤0.020％、o≤20×10-4％，h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素；其中，所述wsi为si的质量百分含量，wti为ti的质量百分含量，为钢的规格，所述工程机械半轴用钢的规格
4、优选地，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：c：0.27～0.30％、si：0.23～0.29％、mn：0.95～1.00％、cr：1.05～1.10％、ti：0.045～0.070％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.015％、s≤0.015％、o≤15×10-4％，h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
5、本专利技术工程机械半轴用圆钢中，各元素作用如下：
6、cr的作用：铬是碳化物形成元素，通过形成细小的且在钢基体中均匀分布的铬碳化物来提高钢的综合性能。
7、mn的作用：适量的锰元素能够使钢在热变形冷却过程中析出细小且强度较高的珠光体，增加钢中珠光体的含量；在钢的热处理过程中，锰元素可以大大增强钢的淬火性能，当锰元素与渗碳体结合后，会形成强度高、稳定性好的合金渗碳体分布于材料组织之中，进而显著提高钢的强度、耐磨性。
8、ti的作用：钛多以tic或ti(c,n)的形式存在，析出强化效果明显，进而细化奥氏体晶粒，改善材料的力学性能。
9、优选地，所述的工程机械半轴用圆钢，所述工程机械半轴用钢的规格其硬度在170～207hbw，晶粒度≥6级，带状组织≤2.0级，抗拉强度≥1470mpa，伸长率≥9％，收缩率≥30％，冲击功≥47j；非金属夹杂物等级a细≤2.0级、a粗≤1.5级、b细≤1.5级、b粗≤1.0级、c类≤0.5级、d类≤1.0级、ds≤1.0级；其静扭强度k＞1.8，进一步优选，k＝2.13，扭转疲劳达到b50≥30×104次。
10、本专利技术提供一种工程机械半轴用圆钢，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：c：0.24～0.32％、si：0.20～0.30％、mn：0.90～1.10％、cr：1.00～1.30％、ti：0.04～0.1％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.020％、s≤0.020％、o≤20×10-4％、h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
11、作为本专利技术的进一步优先，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：c：0.27～0.30％、si：0.23～0.29％、mn：0.95～1.00％、cr：1.05～1.10％、ti：0.045～0.070％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.015％、s≤0.015％、o≤15×10-4％、h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
12、作为本专利技术的进一步优先，所述
13、wsi为si的质量百分含量，wti为ti的质量百分含量，为钢的规格，所述工程机械半轴用钢的规格
14、作为本专利技术的进一步优先，所述工程机械半轴用钢硬度在170～207hbw，晶粒度≥6级，带状组织≤2.0级，抗拉强度≥1470mpa，伸长率≥9％，收缩率≥30％，冲击功≥47j；非金属夹杂物等级a细≤2.0级、a粗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种工程机械半轴用圆钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：C：0.24～0.32％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.90～1.10％、Cr：1.00～1.30％、Ti：0.04～0.1％、Cu≤0.15％、Al：0.03～0.05％、P≤0.020％、S≤0.020％、O≤20×10-4％、H≤2×10-4％，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：C：0.27～0.30％、Si：0.23～0.29％、Mn：0.95～1.00％、Cr：1.05～1.10％、Ti：0.045～0.070％、Cu≤0.15％、Al：0.03～0.05％、P≤0.015％、S≤0.015％、O≤15×10-4％、H≤2×10-4％，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，所述Cr＝1.2223+0.000109×Mφ+0.353924×WSi-0.34724×WMn+0
4.根据权利要求1或2所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，所述工程机械半轴用钢硬度在170～207HBW，晶粒度≥6级，带状组织≤2.0级，抗拉强度≥1470MPa，伸长率≥9％，收缩率≥30％，冲击功≥47J；非金属夹杂物等级A细≤2.0级、A粗≤1.5级、B细≤1.5级、B粗≤1.0级、C类≤0.5级、D类≤1.0级、Ds≤1.0级；其静扭强度K＞1.8，扭转疲劳达到B50≥30×104次。
5.一种权利要求1-4任一项所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，其特征在于，步骤2)中，矩形坯坯型320×420mm。
7.根据权利要求5所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，其特征在于，步骤2)中，拉速0.40～0.75m/min。
8.根据权利要求5所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，其特征在于，步骤2)中，冷装坯料加热制度：预热段温度为500～900℃，加热I段温度为950～1150℃，加热II段温度为1140～1260℃，均热段温度为1120～1260℃，加热时间≥2.9h。
9.根据权利要求5所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，其特征在于，步骤2)中，热装坯料加热制度：预热段温度为500～1000℃，加热I段温度为950～1150℃，加热II段温度为1140～1260℃，均热段温度为1120～1260℃，加热时间≥2.5h。
10.根据权利要求5所述的工程机械半轴用圆钢的制备方法，其特征在于，还包括步骤3)疲劳测试：扭转疲劳加载扭矩范围：1800Nm±5Nm～19860Nm±10Nm，加载波形：正弦波，加载频率：4Hz。
...【技术特征摘要】
1.一种工程机械半轴用圆钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：c：0.24～0.32％、si：0.20～0.30％、mn：0.90～1.10％、cr：1.00～1.30％、ti：0.04～0.1％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.020％、s≤0.020％、o≤20×10-4％、h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述工程机械半轴用圆钢的化学成分包括：c：0.27～0.30％、si：0.23～0.29％、mn：0.95～1.00％、cr：1.05～1.10％、ti：0.045～0.070％、cu≤0.15％、al：0.03～0.05％、p≤0.015％、s≤0.015％、o≤15×10-4％、h≤2×10-4％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，所述cr＝1.2223+0.000109×mφ+0.353924×wsi-0.34724×wmn+0.486808×wti，wsi为si的质量百分含量，wti为ti的质量百分含量，mφ为钢的规格，所述工程机械半轴用钢的规格20mm≤φ≤100mm。
4.根据权利要求1或2所述的工程机械半轴用圆钢，其特征在于，所述工程机械半轴用钢硬度在170～207hbw，晶粒度≥6级，带状组织≤2.0级，抗拉强度≥1470mpa，伸长...
【专利技术属性】
技术研发人员：李月，郝晓倩，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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