一种前轴用CrMo圆钢的制作方法

本发明属于冶金，涉及一种耐疲劳前轴用cr、mo圆钢。

背景技术：

1、圆钢是一种常见的钢材，广泛应用于各种机械和建筑领域。特别是在制造前轴等关键部件中具有重要作用。前轴是工程机械的核心零部件之一，对于其性能要求非常高，对工程机械的作用至关重要，由于其使用的工作环境和失效情况，因此要求前轴材料要具备优良的力学性能、硬度、耐疲劳性以及完好的表面质量。然而，当前市场上的前轴材料往往存在强度不足、韧性不足、耐磨性差等问题，影响了工程机械的性能和使用寿命。

2、在现有的技术中，对于前轴用圆钢的化学成分含量以及力学性能指标有着不同的研究和应用。例如，中国专利cn 106702099 b公开了“风电增速箱外主轴用大规格42crmo4调质钢制造工艺”，该专利涉及一种通过调质处理提高钢的力学性能的工艺方法，但未涉及钢的化学成分的设计。中国专利申请cn 112077247 a公开了“一种高性能42crmo齿轮的制作方法”，该专利涉及一种通过控制热处理和表面处理提高齿轮的力学性能和耐磨性的方法，但同样未涉及钢的化学成分的设计。中国专利申请cn 112301281 a公开了“一种42crmo4nic高性能钢及其环锻件的制备方法”，该专利涉及一种通过添加合金元素提高钢的力学性能和耐腐蚀性的方法，但仍然未涉及钢的化学成分的设计。中国专利申请cn112410514 a公开了“风电用42crmo花键轴锻件的生产方法”，该专利涉及一种通过控制锻造工艺提高锻件质量的方法，但仍然未涉及钢的化学成分的设计。中国专利申请cn112575146 a公开了“一种42crmo4钢的冶炼工艺及其应用”，该专利涉及一种通过控制热处理工艺和冷却速度降低钢的硬度的工艺方法，但同样未涉及钢的化学成分的设计。中国专利申请cn 114160571 a公开了“一种低硬度42crmo钢的生产方法”，也未涉及钢的化学成分的设计。

3、综上所述，现有技术通过改进材料成分和制备工艺来提高前轴材料的性能。通过调整钢材的化学成分来改善其力学性能和耐疲劳性能。然而，这些并未充分考虑到元素含量对材料性能的综合影响，且缺乏对钢材成分与力学性能之间精准数量关系的深入研究。合理控制钢中含硫量和含氧量是提高疲劳寿命的有效手段。

4、因此，现有的技术中虽然对于前轴用圆钢的制作方法和性能有一定的研究和应用，但是仍然存在一些不足之处。上述专利都涉及了42crmo钢的制造或处理工艺，但它们都没有涉及前轴用42crmo钢中的中关于cr、mo元素含量和s、o元素含量的设计方法，未深入探讨cr元素、mo元素、s元素、o元素与其他元素之间的精准数量关系，以及这种关系对材料性能的综合影响。不能合理的控制cr元素、mo元素、s元素、o元素的含量。

技术实现思路

1、基于上述不足，本发明的目的在于，提供了一种前轴用圆钢的化学成分元素含量的设计方法，给出了crmo元素与si、mn元素，s元素与o元素的精准数量关系。该方法不仅考虑了单个元素对材料性能的影响，还考虑了元素之间的相互作用对材料性能的综合影响。通过这种方法，本发明设计出的钢种相对成本低、具有较高的强度、较好的韧性和耐磨性、良好的组织和较长的寿命。合理控制钢中含硫量和含氧量是提高疲劳寿命的有效手段。

2、为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、本发明提供一种前轴用crmo圆钢，所述钢种的化学成分，按质量百分含量计，包括：c：0.38～0.43％、si：0.17～0.37％、mn：0.60～0.90％、p：≤0.015％、s：0.012～0.020％、cr：1.00～1.20％、mo：0.16～0.25％、ni：≤0.20％、cu：≤0.15％、alt：0.020～0.045％、sn：≤0.03％、cu+sn：≤0.5％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素；

4、作为本发明的进一步改进，所述的前轴用crmo圆钢的cr、mo元素含量间存在如下关系：

5、cr＝7.5069×si4.7298+0.9058×mn0.6313+0.3051。

6、mo＝0.0214×cr4.1658-2.1555×si4.5129-0.0749×mn4.7747+0.1587。

7、作为本发明的进一步改进，合理控制钢中含氧量是提高疲劳寿命的有效手段，所述的前轴用crmo圆钢的s、o元素含量间存在如下关系：

8、0.21[o]0.5-0.008≤[s]≤0.21[o]0.5+0.002

9、[o]≤0.0015

10、作为本发明的进一步改进，所述前轴用crmo圆钢的屈服强度≥1072mpa，抗拉强度≥1146mpa，延伸率≥12％，断面收缩率≥53％，冲击功≥73.8j，晶粒度≥6.5级，淬透性j1.5：56.1～57.6(mm/hrc)，j5：54.8～56.3(mm/hrc)，j25：36.5～40.9(mm/hrc)，硬度180～274hbw，脱碳层深度≤1％d，疲劳极限大于430mpa。

11、淬透性：淬透性表示钢材在淬火时获得的淬硬层深度的大小；

12、晶粒度g：晶粒度对钢的力学性能、工艺性能、物理性能、化学性能及热处理行为有着重要的影响，是表现钢性能的重要数据；

13、脱碳层d：脱碳会影响工件的表面质量，硬度、力学性能和疲劳强度等，严重影响到钢材的使用；

14、硬度：硬度是比较各种材料软硬的指标；

15、作为本发明的进一步改进，所述前轴用crmo圆钢的脱碳层深度≤1％d，其中，d为钢材直径，达到提高钢材耐疲劳的效果，疲劳极限由400mpa提至430mpa以上，

16、本发明给出的cr、mo元素含量与其他微合金化元素的精准数量关系带来的技术效果是可以在降低该钢种成本的情况下，使其具有较高的强度、较好的韧性和耐磨性、良好的组织和较长的寿命。

17、本发明给出的前轴用crmo圆钢中的s和o元素含量的精准数量关系，可以合理控制钢中含硫量和含氧量，进而提高本技术钢种的疲劳寿命。

18、因此，本发明以除了cr、mo的其他微合金化元素为输入，通过建立产品实物成分中cr、mo元素含量与其他微合金化元素之间需满足的公式方程；通过建立产品实物化学成分中s和o的含量关系，达到提高产品疲劳寿命的目的。

19、通过该方程反推所需要一定性能参数的钢的化学成分，对化学成分进行设计，更有利于预测钢材的力学性能，钢材的疲劳强度、耐磨性、均匀性、组织和使用寿命都得到大幅度的提高。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1)本发明运用上述合理成分设计，可以使前轴用圆钢的屈服强度≥1072mpa，抗拉强度≥1146mpa，延伸率≥12％，断面收缩率≥53％，纵向冲击功≥73.8j。本发明制备的钢材疲劳强度、耐磨性、组织均匀性和使用寿命都得到大幅度的提高。

22、2)本发明提供了圆钢的成分、淬透性、晶粒度g、硬度等数值，证实了本技术的钢种能很好地适应了使用在车辆核心零部件前轴需要长期循环负重工作的需求，为开发相对成本低、具有较高的强度、较好的韧性和耐磨性、良好的组织和较长的寿命的前轴用钢提供了技术支撑。