本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种车轴轴头用钢及其制备方法。
背景技术：
在工业设备领域，轴头也指轴的两端，轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件，一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径，机器中作回转运动的零件就装在轴上。而轴的两端部分通常称为轴头。轴头部分的作用通常是安装轴承，起到承载轴上设备运转的作用。
汽车车轴轴头为一种汽车保安件，对钢材的洁净度、均匀性、力学性能、焊接性能均有严格的要求，而且要求钢材的表面和内部几乎无缺陷。目前专利中对轴头的结构、连接方法等涉及较多，而涉及车轴轴头用钢及其生产方法的专利却很少。本发明针对汽车车轴轴头用钢高洁净度、高品质、高综合性能的要求，提供一种车轴轴头用钢及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种车轴轴头用钢及其制备方法，通过控制材料的化学成分和合理的生产工艺来控制钢材的洁净度、优化材料的组织和性能的均质性，使材料获得优良的力学性能、焊接性能以及高的内外部质量，使材料具有良好的综合性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种车轴轴头用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.16-0.18％、Si：0.40-0.50％、Mn：1.40-1.45％、Cr：≤0.10％、P：≤0.020％、S：≤0.008％、V：0.11-0.12％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、Mo：≤0.10％、N：0.015-0.017％、Al：0.025-0.045％、[O]≤15ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。钢材的碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，CEV≤0.47％。
本发明采用控C、Mn，提Si增N的成分设计，使钢材具有低的碳当量，同时保证钢材具有良好的焊接性能和力学性能。采用Mn、VN合金化，来提高材料的强度和疲劳寿命；窄成分设计以保证良好的质量稳定性；低P、S及低[O]含量，提高钢材洁净度，降低钢的冷脆性；以Al来细化晶粒，最终使材料获得良好的综合性能。
本发明的技术特点之一在于合理的成分设计，采用Mn、VN合金化、低P、S 及低[O]、适量Al的窄成分设计，CEV≤0.47％。
采用Mn、VN合金化，提高钢的强度和疲劳性能，设计Mn：1.40-1.45％，为了使V、N达到较理想的配比，设计V：0.11-0.12％、N:0.012-0.018％；为保证钢材高的洁净度和低的冷脆性，采用低P、S和低[O]成分设计，P：≤0.020％、S：≤0.008％、[O]≤15ppm；为细化晶粒，提高钢的综合性能，Al：0.025-0.045％；为了保证钢材的焊接性能，钢材的碳当量CEV≤0.47％，整体材料的窄成分设计保证材料的质量稳定性。
本发明的技术特点之二在于合理的生产工艺，提高钢的纯净度，保证钢的力学性能、焊接性能，使钢具有良好的综合性能。
本发明提供了一种车轴轴头用钢的制备方法，钢的化学成分设计要求如上所述，其步骤包括：
1)冶炼
采用电炉冶炼，铁水加入比例≥60％，电炉出钢终点[C]≥0.07％、[P]≤0.013％。
LF精炼，加强过程造渣、脱硫，使硫含量控制在0.008％以下。在LF精炼出钢前或在真空处理出钢前，用喂线机按4-5m/t钢加入氮化锰包芯线，对钢材进行增N处理，加入的氮化锰包芯线增锰按0.15-0.17％考虑，钢材氮的收得率可达80％以上。
为保证钢材的洁净度，钢材的真空处理时间≥20分钟，真空处理后软吹氩时间≥15分钟，以保证夹杂物充分上浮、去除。
2)浇注
采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器和末端电磁搅拌，结晶器液面波动≤±2mm，采用低碳专用连铸保护渣。控制中间包温度1529-1539℃，拉速260mm×300mm坯型按照0.50～0.55m/min，180mm×220mm坯型按照0.95～1.05m/min控制，以保证铸坯质量。
3)轧制
控制加热炉均热温度1170～1220℃，加热时间2.5～3.5小时，开轧温度1100～1140℃，终轧温度900～950℃，终轧尺寸按交货尺寸+0.5～1mm控制，轧后采用风冷，冷却速度控制在180±50℃/min，下冷床温度控制在500～600℃，下冷床后及时收集空冷，制得热轧圆钢。
4)扒皮
钢材经扒皮处理，扒皮后钢材尺寸按交货尺寸-0.5～0mm控制。
5)探伤
钢材采用全自动360°超声波探伤，探伤要求按平底孔直径Φ≤1mm控制，最终获得车轴轴头用钢。
以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：
1.采用控C、Mn，提Si增N的成分设计，设计低碳车轴轴头用钢，使钢材具有低的碳当量，同时保证钢材具有良好的焊接性能和力学性能；
2.本发明在生产过程中，通过制造工艺优化及对过程的严格控制，使P、S、[O]等有害元素控制在较低的范围内，并通过扒皮、探伤等工艺，大大的提高了钢的纯净度、内外部质量和性能的稳定性。
3.本发明在生产过程中，采用氮化锰包芯线对钢材进行增N处理，钢材氮的收得率可达80％以上，与传统的钒氮合金增氮的方法相比，钢材成分的均匀性和氮的收得率明显提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-3：
一种车轴轴头用钢。采用UHP超高功率电炉、LF精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯、轧制成材、扒皮、探伤工艺生产钢材。实施例1-3是以Φ90mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。
钢的组成按质量百分数为：
C：0.16-0.18％、Si：0.40-0.50％、Mn：1.40-1.45％、Cr：≤0.10％、P：≤0.020％、S：≤0.008％、V：0.11-0.12％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、Mo：≤0.10％、N:0.015-0.017％、Al：0.025-0.045％、[O]≤15ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。钢材的CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，CEV＝0.44-0.46％。
生产工艺如下：
1)冶炼
采用电炉冶炼，铁水加入比例60％～80％，电炉出钢终点[C]＝0.08％～0.11％、[P]≤0.013％。
LF精炼，加强过程造渣、脱硫，使硫含量控制在0.005％以下。在LF精炼出钢前或在真空处理出钢前，用喂线机按4-5m/t钢加入氮化锰包芯线，对钢材进行增N 处理，加入的氮化锰包芯线增锰按0.15-0.17％考虑，钢材氮的收得率可达80％以上。
为保证钢材的洁净度，钢材的真空处理时间20～25分钟，真空处理后软吹氩时间20～25分钟，以保证夹杂物充分上浮、去除。
2)浇注
采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器和末端电磁搅拌，结晶器液面波动≤±2mm，采用低碳专用连铸保护渣。控制中间包温度1529～1539℃，拉速按照0.50～0.55m/min控制，以保证铸坯质量。
3)轧制
控制加热炉均热温度1200～1220℃，加热时间2.5～3.5小时，开轧温度1100～1140℃，终轧温度900～950℃，终轧尺寸按Φ90mm+0.5～1mm控制，轧后采用风冷，冷却速度控制在150～200℃/min，下冷床温度控制在520～560℃，下冷床后及时收集空冷，制得热轧圆钢。
4)扒皮
钢材经扒皮处理，扒皮后钢材尺寸按Φ90mm-0.3～0mm控制。
5)探伤
钢材采用全自动360°超声波探伤，按平底孔直径Φ≤1mm控制，最终获得车轴轴头用钢。
具体的工艺参数见表1～表3所示。表1是1-3实施例车轴轴头用钢的化学成分，表2是冶炼、连铸过程关键工艺参数，表3为轧制及扒皮过程关键工艺参数。
表1 车轴轴头用钢实施例化学成分(重量，％)
表2 冶炼、连铸过程关键工艺参数
表3 轧制及扒皮过程关键工艺参数
实施例1-3每炉钢材成品的性能检验结果如表4、表5所示。
表4 低倍、非金属夹杂物检验结果
表5 热轧态力学性能
从实施例1-3可以看出，该车轴轴头用钢成分控制稳定，钢材的洁净度较高，可达到DIN50602标准中M法不大于3级，K3法均不大于15。钢材组织均匀，屈服强度可达到500MPa以上。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。