一种易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法
【专利摘要】一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及wt%为：C:0.35～0.47%、Si:0.10～0.40%、Mn:0.5～0.8%、P≦0.035%、S≦0.035%、B:0.0010～0.0030%、N:0.002～0.005%、Al:0.010～0.035%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯自然堆垛冷却至室温；对铸坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温待用。本发明无需调质处理就可达到用户所需的力学性能，且由于BN的析出在切削时起到润滑作用，故改善了切削性能。
【专利说明】一种易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低合金活塞杆用钢及其生产方法，具体属于一种易切削型低合金 活塞杆用钢其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着竞争的日益加剧，活塞杆生产制造朝着高效率、低成本、短流程方向发展。当 减震器活塞杆需要承受较大冲击力、重载荷传动时，一般用40Cr钢制造，其强度高耐磨性 好，但机械加工性能一般，且价格偏贵；选择使用45钢制造，强度适中，加工性能尚可，但 使用45钢时为了提高材料的工作强度和改善机械加工性能需要调质热处理，不仅加工周 期长且污染大自然环境。目前常见的活塞杆用钢均存在着一定的不足。根据活塞杆加工 直径、抗拉强度、断面收缩率，结合适当的拉拔工艺，使之在材料表面形成一层冷作硬化层， 提高材料强度和表面耐磨性，同时避免因切削加工时引起的烧伤。在此背景下，开发出 抗拉强度55(T610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0. 3mm的低合金活塞杆用 钢，采用此钢可生产出工艺简单、操作简易、加工性能优良、强度高而生产成本低廉的活塞 杆。中国专利申请号为CN201210585823的专利文献，公开了一种应用于推土机油缸活塞 杆的非调质钢，其特征在于由如下重量百分比的组分组成，碳〇. 33%，硅0. 36%，锰1. 17%， 矾0. 1%，硫0.027%，磷彡0.0165%，钥彡0.011%，余量为铁和少量不可避免的杂质。其缺 点是成分单一，操作难度大，同时切削性能比45钢还差，晶粒粗大，不利于切削。日本专 利申请号为JP1991167131A的专利文献，公开了一种冲压用活塞杆用钢，包括如下化学成 分：C 0· 22-0. 32%，Si 彡 0· 15%，Μη 彡 0· 60%，P 彡 0· 020%，S 彡 0· 020%，Ni 3. 25-4. 20%，Cr 1. 25-2. 00%，Mo 0. 20-0. 60%，V < 0. 17%，其余为铁和不可避免杂质；相比传统的活塞杆材 料SNCM439和SCM440具有更好的使用寿命和冲击性能。其均能满足抗拉强度在55(Γ610 MPa，断面收缩率不小于30%，脱碳层不超过0. 3mm的要求，但是该钢切削性能没有得到改 进，与45钢切削性能相比，相差无几。
【发明内容】
[0003] 本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证其力学性能的前提下，具 有优良的切削性能，并且晶粒> 10级的易切削型低合金活塞杆用钢及生产方法。
[0004] 本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元 素及工艺进行了深入的研究其结果，为了即使在保证基本性能的前提下，还能实现具有优 良的切削性能，及晶粒> 10级的目的，因此提出了在成分方面主要是采用了添加微量的B 元素，使其与钢中的氮原子形成细小的发挥BN的析出强化作用，这些氮化物在奥氏体转化 为铁素体和珠光体的过程中和转变后逐渐析出，起到细化室温组织的作用，并阻碍晶格中 的位错运动，产生沉淀强化的作用，最终达到改进钢的强韧性，同时BN的析出物在切削时 能够在刀具口上起到润滑；工艺方面主要是采取了低温轧制，即：粗轧开轧温度在：1000? 1KKTC，精轧终轧温度不高于880°C的措施。低温轧制是将钢坯加热到低于常规加热温 度。如果轧制温度太低，一是使微合金化元素固溶不彻底而需要延长加热时间，二是轧制 时轧机需要更大轧制力而降低设备的服役时间；如其温度太高，则达不到低温的轧制目的； 终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了 的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化、性能得到改善，所以终轧温度不高于880°C。
[0005] 实现上述目的的措施： 一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及重量百分比含量为：C: 0.35?0.47%、 Si :0. 10 ?0. 40%、Μη: 0. 5 ?0. 8%、P 3 0. 035%、S 3 0. 035%、B: 0. 0010 ?0. 0030%、N :0· 002 ?0· 005%、Α1:0· 010 ?0· 035%，其余为 Fe 和杂质元素。
[0006] 优选地：当钢筋的直径为大于Φ25_至Φ40_规格时，C:0. 40?0. 47%、Si : 0. 25 ?0. 40%、Μη :0. 65 ?0. 8%、B :0. 0018 ?0. 0030%、N :0. 003 ?0. 005%。
[0007] 生产一种易切削型低合金活塞杆用钢的方法，其步骤： 1) 常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660?1690°C，铸坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温； 3) 对铸坯加热，控制均热段温度为：1050?1150°C，加热时间在10(Tl20min ; 4) 进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000?1KKTC ; 5) 进行精轧，控制其终轧温度不超过880°C，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直 径成负相关关系； 6) 自然空冷至室温待用。
[0008] 本发明中各元素及主要工序的作用 C :C是提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0. 35%时，会导致力学性能不足 而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高〇. 47%，会产生塑性和韧性下降，因此， 本发明C选择在0. 35?0. 47%。
[0009] Si :是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，故Si含量不宜过高，所 以选择Si的范围在0. 1?0. 4% Μη:主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一 定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时会使 晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时会使钢产生白点，所以选择Μη的范围在0. 5? 0. 8% ； P、S :作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材 的延展性和韧性，因此含量越低越好，所以选择S的范围在S 0. 035% ;P易在晶界偏析，增加 钢的脆性，使冲击性能大幅下降，因此含量越低越好，所以选择P的范围在S 〇. 035%。
[0010] B :钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂， 提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，提高材料的韧性；B与N形成BN的析出增加钢 的强度，同时BN的析出物在切削时能够在刀具起到润滑作用；加硼还可以有利于减少铸坯 的化学成分不均匀性、细化柱状晶体，减轻时效硬化作用。因此，为了尽量减少加入的硼对 工艺的影响，硼的控制量在〇. 0010?〇. 0030%范围。
[0011] A1 :是作为炼钢时的脱氧定氮剂，A1与钢中的N形成细小难溶A1N质点，起到阻 抑作用，进而细化铁素体晶粒，A1含量过低，细化作用不明显，A1含量过高，降低了钢液的 流动性，形成大量的A1 203会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择A1的范围在0.010? 0. 035%, N:作为BN析出必需的元素，为了保证一定的析出量，所以选择N的范围在0. 003? 0.005%。
[0012] 之所以采用低温轧制即粗轧开轧温度在：1000?1KKTC，精轧终轧温度不高于 880°C的措施制减少铸坯烧损，降低成本，减少脱碳层，提高成品的表面质量，晶粒细化，改 善产品性能等作用。
[0013] 本发明与现有技术相比，无需调质处理就可达到用户所需的力学性能，且由于BN 的析出在切削时起到润滑作用，故改善了切削性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图为本发明的金相组织图； 本发明铁素体晶粒度10-10. 5级，说明BN的析出强化起到很好的细化晶粒作用。
【具体实施方式】
[0015] 下面对本发明予以详细描述： 对实施例1的铸坯尺寸为280 X 320mm外，均采用200 X 200mm的方坯； 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表； 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例及对比例性能监测情况列表。
[0016] 本发明各实施例按照以下步骤生产： 1) 常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660?1690°C，铸坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温； 3) 对铸坯加热，控制均热段温度为：1050?1150°C，加热时间在10(Tl20min ; 4) 进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000?1KKTC ; 5) 进行精轧，控制其终轧温度不超过880°C，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直 径成负相关关系； 6) 自然空冷至室温待用。
[0017] 表1 本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%)
【权利要求】
1. 一种易切削型低合金活塞杆用钢，其组分及重量百分比含量为：c: 0.35?0.47%、 Si :0. 10 ?0. 40%、Μη: 0. 5 ?0. 8%、P 3 0. 035%、S 3 0. 035%、B: 0. 0010 ?0. 0030%、N :0· 002?0· 005%、Α1:0· 010?0· 035%其余为Fe和杂质元素。
2. 如权利要求1所述的一种易切削型低合金活塞杆用钢，其特征在于：当钢筋的直径 大于 Φ28ι?πι 至 Φ40ι?πι 规格时，C :0· 40 ?0· 47%、Si :0· 25 ?0· 40%、Μη :0· 65 ?0· 8%、B : 0· 0018 ?0· 0030%、Ν :0· 003 ?0· 005%。
3. 生产一种易切削型低合金活塞杆用钢的方法，其步骤： 1) 常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660?1690°C，铸坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温； 3) 对铸坯加热，控制均热段温度为：1050?1150°C，加热时间在10(Tl20min ; 4) 进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000?1KKTC ; 5) 进行精轧，控制其终轧温度不超过880°C，总的压缩比不低于31，且压缩比与圆钢直 径成负相关关系； 6) 自然空冷至室温待用。
【文档编号】C22C33/04GK104087825SQ201410335277
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】徐志东, 范植金, 丁礼权, 吴杰, 周新龙, 徐志, 何琴琴 申请人:武汉钢铁(集团)公司