一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法与流程

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法。

背景技术：

汽车用减震器其实是一个振动阻尼器，而活塞杆主要用于支持减震器活塞做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求高的运动零件，活塞杆作为核心部件其加工质量的好坏直接影响整个减震器产品的寿命和可靠性。减震器活塞杆加工要求高，其表面粗糙度要求为ra:0.4～0.8um，对同轴度、耐磨性要求严格，同时其基本特征是细长轴加工，加工难度大，要求具备良好的可切削性。

因此汽车用减震器活塞杆对原料钢材也有着严格的要求，首先要求钢铁材料具有良好的表面质量、较高的力学性能和良好的机械加工性能，避免有凹坑、麻点、裂纹等表面缺陷；同时炼钢过程要减少非金属夹杂物数量，提高材料的疲劳强度；另外要降低表面气孔数量，防止表面磨削后暴露，后续造成废品。因此汽车用减震器活塞杆用钢要求具备高强度、低氧含量、良好的切削性能等特点。

为了保证材料用途，首先钢材需要采用方坯-线材或棒材工艺进行生产，其次设计材料成分时需要保证控制钢中al元素含量，降低钢种氧含量、夹杂物数量；需添加改善易切削性的s元素，保证后续车削质量良好；同时需要材料母材具有良好的表面质量。而若al元素和s元素共存时，极易产生高熔点的氧化物、硫化物，而这些夹杂物会在方坯水口处粘附而引起严重絮流现象，因此连铸生产此类钢种存在难点。

下游用户对该类型钢种需求强烈，急需国内钢厂开发该钢种满足其需要。同时用户根据钢种终端用途提出材料要求，盘条母材性能需满足：抗拉强度≥530mpa，断后伸长率≥20%，晶粒度≥6级，钢中全氧≤0.002%，脱碳层≤1.0%d。

专利号为cn201610647365.2公开了针对“一种活塞杆用盘条及其生产方法”的发明专利，该专利采用了小方坯生产、一火成材生产，增加cr成分改善表面淬火硬度和钢材的淬透性能，与本专利创新点不同。

专利号为201210415179.8公开了针对“减震器活塞杆及其制备方法”的发明专利，公开了一种利用粉末冶金方法制备减震器活塞杆，相比传统的炼钢、轧制/锻造生产的活塞杆具有更高的密度和尺寸精度，对于防止活塞杆运行过程中的漏油现象有一定作用，但是生产效率极低，不利于批量生产。

专利号为201210529706.8公开了针对“一种活塞杆用钢”，具有良好的切削加工性能、耐磨耐损耗性和抗腐蚀性能，但需要cr，ni，cu达到一定的含量水平，另外其成型工艺为采用模锻方式生产，与本专利创新点不同。

专利号201410173691.5的专利文献，公开了“一种含硼活塞杆用钢及其生产方法”；专利号201410335277.x的专利文献，公开了“一种易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法”，但两项专利涉及的钢种含有一定量b成分，改善切削性，但高b含量会引起钢材组织中“b相”的生成，对后续产品表面质量及使用效果不利。

专利号201410173691.5的专利文献，公开了“一种汽车用活塞杆盘条的生产工艺”，但专利仅仅有轧制工艺而没有涉及钢种成分要求，与本专利创新点不同。

技术实现要素：

本发明提供了一种汽车用减震活塞杆用钢及其生产方法，利用现有设备和工艺生产减震活塞杆用钢盘条，具备较高的抗拉强度，良好的切削性能、表面质量、塑性，满足用户对减震活塞杆用钢需求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：一种汽车用减震活塞杆用钢，所述活塞杆用钢化学成分及质量百分含量为：c：0.34～0.36%，si：0.19～0.24%，mn：0.67～0.73%，p≤0.030%，s：0.025～0.030%，al：0.020～0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢种指标为：抗拉强度≥530mpa，断后伸长率≥20%，晶粒度≥6级，钢中全氧≤0.002%，脱碳层≤1.0%d，所述d为线材直径。

本发明的另一目的在于提供一种上述汽车用减震活塞杆用钢的生产方法，所述生产方法包括：转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉精炼、连铸、开坯、加热炉处理、轧制及冷却工序；所述rh炉精炼工序，脱气完成后进行钙处理，然后加入硫线增硫。

本发明所述转炉冶炼工序，终点成分及其质量百分含量为：c：0.04～0.15％，s≤0.035％，p≤0.025％。

本发明所述lf炉精炼工序，升温至1570～1600℃，白渣脱氧操作，保持白渣效果良好，颜色以白色或灰白色为主；同时进行c、mn合金微调，渣中保证sio2≤5.0%，炉渣曼内斯曼指数mi≥0.4。

本发明所述rh炉精炼工序，钢水进入rh炉真空处理，真空度≤100pa，真空脱气时间≥12min；脱气完成后进行钙处理，控制ca≤20ppm；钙处理后软吹5～10min，加入硫线增硫，控制s：0.025-0.030%，继续软吹≥10min。

本发明所述连铸工序，钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm；所述开坯工序，大方坯进入加热炉升温至1120±10℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m米的小方坯，炉内残氧量≤5%。

本发明所述加热炉处理工序，小方坯进入加热炉，升温至1120±10℃，加热总时间≤120min，炉内氧含量≤5%。

本发明所述轧制工序，出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ10～32mm；精轧温度为900±15℃，吐丝温度为900±10℃。

本发明所述冷却工序，进入斯太尔摩冷却线，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.0～1.2℃/s。

本发明采用的生产方法原理如下：

1、减震器活塞杆用钢需要良好的表面性能，下游工序一般采用车削的方法进行光亮杆的加工，需要材料具备良好的可切削性。因此钢种加入部分s元素，可形成大量的硫化物夹杂，同时在切削过程中快速旋转的刀具与材料之间产生大量的热量，钢中熔点较低的硫化物夹杂产生熔化，促进切削屑从材料机体剥离，从而达到较好的切削性能。

2、减震器活塞杆由于工作环境复杂、运动频繁，因此需要保证使用效果不能因内部质量问题而发生断裂或变形，因此需要对钢中的全氧进行控制，避免生成大量有害的氧化物夹杂。在lf炉进行白渣处理，为进一步去除夹杂物，引入曼内斯曼指数mi，如公式（1）所示。

（1）

该指数综合考虑了al2o3对炉渣流动能力和对吸收al2o3夹杂物的影响，一般经验，钢种脱硫最佳考虑控制mi在0.25～0.35，因此考虑保硫、去除夹杂物效果mi值≥0.4，良好的流动性顶渣对钢水夹杂物吸附有利，钢种全氧含量可降至最低。钢中全氧含量水平代表了钢中氧化物夹杂物的总量。

3、采用rh炉可进一步利用钢水循环工艺降低钢种氧化物含量。同时为了达到去除夹杂物的效果，需要lf炉白渣脱氧，钢中al的脱氧产物需要在rh炉进行变性，rh炉后期采用ca处理，而若钢中有硫元素也会形成cas夹杂而引发连铸絮流。本发明利用工艺时间差，在ca与al形成7al2o3-12cao的反应充分完全后，再进行s元素合金化，极大的降低了cas的形成数量（后续夹杂物检验中没有发现cas类夹杂物），因此可根本上改善该钢种的浇铸性能。

4、减震器活塞杆还需要稳定的力学性能，保证活塞杆的强度，因此将成分控制范围缩窄，这样力学性能的稳定性得到保证。同时为保证钢水浇注性能，对钢中的al、s、ca元素也需要精确控制。

5、为进一步改善盘条的强度和韧性，在高速轧机上采用控轧控冷，达到进一步细化晶粒的目的，其机理为：较低加热温度下，降低原始奥氏体晶粒含量，避免混晶；另外，在低精轧温度及冷却初始温度下，控制材料在奥氏体未再结晶区精轧，达到弥散析出、细化晶粒。同时在加热炉控制残氧的含量水平，避免进一步的脱碳降低表面质量。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明工艺上采取通过lf炉精确控制c、si、mn、al成分，在lf炉形成流动性较强的白渣，依靠白渣达到良好的脱氧效果并吸附钢中夹杂物。2、同时利用rh炉循环脱气去除钢水夹杂物，达到对s、ca成分的控制，结合先钙处理后增硫的工艺降低了方坯连铸的絮流风险，保证了产品的表面质量。3、在轧制冷却环节采用调整轧线控轧控冷工艺实现原材料的晶粒细化，提高盘条强度同时也改善了塑性。4、本发明生产的减震活塞杆用钢盘条，具备较高的抗拉强度，良好的切削性能、表面质量、塑性，可有效的满足用户汽车用减震器活塞杆用钢的需求。5、本发明生产的减震活塞杆用钢盘条，可达到的热轧态盘条指标：抗拉强度≥530mpa，断后伸长率≥20%，晶粒度≥6级，钢中全氧≤0.002%，脱碳层≤1.0%d。6、该钢种盈利水平较高，可为企业带来可观的经济效益。

附图说明

图1为实施例1产品的金相组织图；

图2为实施例4产品的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.36%，si：0.22%，mn：0.69%，p：0.020%，s：0.029%，al：0.038%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.08％、s：0.025％、p：0.018％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1588℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色灰白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.2%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.45。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度89pa，真空脱气时间12min；脱气完成后进行钙处理，ca：16ppm；钙处理后软吹8min，加入硫线增硫，控制s：0.027%，继续软吹15min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1118℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.3%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1121℃，加热总时间为110min，炉内氧含量4.4%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ14mm。精轧温度为915℃，吐丝温度为895℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.1℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度584mpa，断后伸长率26%，晶粒度8级，钢中全氧0.0005%，脱碳层0.060mm。金相组织图见图1。

实施例2

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.34%，si：0.22%，mn：0.69%，p：0.021%，s：0.028%，al：0.033%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.09％、s：0.22％、p：0.019％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1585℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.5%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.42。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度82pa，真空脱气时间15min；脱气完成后进行钙处理，ca：17ppm；钙处理后软吹9min，加入硫线增硫，控制s：0.029%，继续软吹15min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1113℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.5%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1115℃，加热总时间为113min，炉内氧含量4.3%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ18mm。精轧温度为905℃，吐丝温度为892℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.15℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度611mpa，断后伸长率28.5%，晶粒度8.5级，钢中全氧0.0008%，脱碳层0.080mm。金相组织图省略。

实施例3

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.35%，si：0.23%，mn：0.70%，p：0.18%，s：0.028%，al：0.029%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.07％、s：0.021％、p：0.017％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1586℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色灰白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.6%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.45。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度80pa，真空脱气时间17min；脱气完成后进行钙处理，ca：15ppm；钙处理后软吹7min，加入硫线增硫，控制s：0.028%，继续软吹11min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1123℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.6%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1118℃，加热总时间为112min，炉内氧含量4.4%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ20mm。精轧温度为905℃，吐丝温度为898℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.2℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度586mpa，断后伸长率28%，晶粒度7.2级，钢中全氧0.0006%，脱碳层0.090mm。金相组织图省略。

实施例4

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.34%，si：0.22%，mn：0.71%，p：0.023%，s：0.029%，al：0.036%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.10％、s：0.024％、p：0.022％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1590℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.26%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.44。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度78pa，真空脱气时间13min；脱气完成后进行钙处理，ca：16ppm；钙处理后软吹8min，加入硫线增硫，控制s：0.027%，继续软吹15min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1112℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.3%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1120℃，加热总时间为110min，炉内氧含量4.4%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ22mm。精轧温度为908℃，吐丝温度为901℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.19℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度570mpa，断后伸长率26%，晶粒度6.5级，钢中全氧0.0008%，脱碳层0.060mm。金相组织图见图2。

实施例5

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.35%，si：0.23%，mn：0.72%，p：0.024%，s：0.029%，al：0.037%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.11％、s：0.020％、p：0.022％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1590℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.3%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.42。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度77pa，真空脱气时间14min；脱气完成后进行钙处理，ca：18ppm；钙处理后软吹9min，加入硫线增硫，控制s：0.026%，继续软吹13min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1112℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.7%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1121℃，加热总时间为115min，炉内氧含量4.2%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ28mm。精轧温度为910℃，吐丝温度为900℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.17℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度566mpa，断后伸长率25%，晶粒度7.5级，钢中全氧0.0006%，脱碳层0.060mm。金相组织图省略。

实施例6

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.35%，si：0.19%，mn：0.67%，p：0.030%，s：0.025%，al：0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.04％、s：0.018％、p：0.025％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1570℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色灰白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：5.0%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.4。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度65pa，真空脱气时间12min；脱气完成后进行钙处理，ca：20ppm；钙处理后软吹10min，加入硫线增硫，控制s：0.025%，继续软吹10min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1110℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量5.0%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1110℃，加热总时间为120min，炉内氧含量4.8%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ10mm。精轧温度为885℃，吐丝温度为890℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.0℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度576mpa，断后伸长率29%，晶粒度8级，钢中全氧0.0007%，脱碳层0.080mm。金相组织图省略。

实施例7

汽车用减震活塞杆用钢的化学成分及质量百分含量如下：c：0.36%，si：0.24%，mn：0.73%，p：0.025%，s：0.030%，al：0.020%，余量为fe和不可避免的杂质。

汽车用减震活塞杆用钢的生产方法包括：转炉冶炼－lf炉精炼－rh炉精炼－连铸－开坯－加热炉处理－轧制－冷却工序，具体步骤如下：

（1）转炉冶炼工序：高炉铁水兑入转炉进行冶炼，终点成分及其质量百分含量为：c：0.15％、s：0.025％、p：0.021％。

（2）lf炉精炼工序：转炉冶炼钢水进lf炉升温至1600℃，进行白渣脱氧操作，顶渣颜色灰白色；同时进行c、mn合金微调，渣中sio2：4.1%，炉渣曼内斯曼指数mi为0.47。

（3）rh炉精炼工序：lf炉精炼钢水进入rh炉精炼，真空度100pa，真空脱气时间15min；脱气完成后进行钙处理，ca：20ppm；钙处理后软吹5min，加入硫线增硫，控制s：0.030%，继续软吹12min。

（4）连铸工序：将rh炉精炼钢水吊至连铸机浇铸，连铸大方坯断面为325mm×280mm。

（5）开坯工序：大方坯进入加热炉升温至1130℃，开坯为断面160mm×160mm，长度11.7m的小方坯，残氧量4.2%。

（6）加热炉处理工序：小方坯再次进入加热炉，升温至1130℃，加热总时间为105min，炉内氧含量5.0%。

（7）轧制工序：出炉钢坯经高压水除磷，进入高速轧机轧制，轧制规格为φ32mm。精轧温度为915℃，吐丝温度为910℃。

（8）冷却工序：轧制后进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率1.2℃/s。

采用上述方法生产的汽车用减震活塞杆用钢盘条指标为：抗拉强度532mpa，断后伸长率20%，晶粒度6级，钢中全氧0.0019%，脱碳层0.009mm。金相组织图省略。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。