一种新型轮毂单元外圈用钢及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及合金钢技术领域，尤其是一种新型轮毂单元外圈用钢及其生产工艺。


背景技术：

2.随着人们消费水平的不断提高，对汽车的需求越来越大；轮毂单元作为关键部位为满足使用要求，不断地往简单、高效、低成本的方向发展。
3.第一代轮毂单元由一个外圈和两个内圈组成，第二代轮毂单元在第一代的基础上整合了万向轴，第三代轮毂单元在第二代的基础上整合了轮毂、abs传感器和轴承套圈，第四代轮毂单元将等速万向节与第三代轮毂单元制成整体化。
4.随着轮毂单元整合的零部件越来越多，对其塑性要求越来越高。轮毂单元外圈经过表面高频淬火后，目前材料不能完全满足其强度、韧性的要求，因此必须对材料成分进行优化设计，提高材料强韧性，满足汽车轻量化要求。


技术实现要素：

5.为了克服现有的不足，本发明提供了一种新型轮毂单元外圈用钢及其生产工艺。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型轮毂单元外圈用钢，其特征是，所述轮毂单元外圈用钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：c 为0.50-0.54%，si为0.15-0.35%，mn为0.60-0.80%，cr为0.20-0.30%，al为0.010-0.040%，ti为0.010-0.060%，v 为0.030-0.090%，s≤0.010%，p≤0.020%，cu≤0.20%，[o]≤0.0015%，[n]≤0.0060%，余量为fe。
[0007]
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，c为0.51-0.53%，si为0.18-0.30%，mn为0.65-0.75%，cr为0.22-0.28%，al为0.020-0.030%，ti为0.015-0.050%，v为0.035-0.080%，s≤0.010%，p≤0.020%，cu≤0.20%，[o]≤0.0015%，[n]≤0.0060%，余量为fe。
[0008]
一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其特征是，包括以下步骤：a、冶炼连铸：通过100吨顶底复吹式转炉进行吹炼、出钢合金化，然后在100吨lf炉中进行钢水深脱氧、成分微调、去夹杂，最后采用r10.9m半径弧形连铸机生产165mm
×
225mm矩形坯；b、轧制钢坯加热：方坯使用步进梁式加热炉加热；c、轧制坯料除鳞：利用≥13mpa高压除鳞机对加热后钢坯进行除鳞；d、圆钢锯切：圆钢经辊道送至热锯区进行锯切定尺；e、冷却：锯切结束后圆钢输送至步进式冷床，在冷床出口横移链条处收集，采用夹具夹持层层“一”字码放入坑。
[0009]
上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤a中结合结晶器电磁搅拌技术、二冷电磁搅拌技术和末端电磁搅拌技术全程保护浇注，实现165mm
×
225mm矩形坯生产。
[0010]
上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤b中加热总时间为
2-3小时，均热段时间为1.5-2小时。
[0011]
上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤b中高温段炉气温度控制为1130
±
20℃，开轧钢坯表面温度控制为1040
±
30℃。
[0012]
上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤e中圆钢入坑温度为350-400℃。
[0013]
本发明的有益效果是，通过合理设计化学成分，在轮毂单元外圈性能要求提高的情况下，表面经过高频淬火后，轮毂单元外圈力学性能得到了提高，满足汽车轻量化使用要求；使用165mm
×
225mm矩形坯，采用大压下量保证芯部充分变形，粉碎铸态组织，细化晶粒，同时提高材料强度、韧性；通过连轧保证外形尺寸、表面质量；通过冷床的自动矫直功能及控制冷却的设计，可以结局大规格轮毂单元外圈用钢易出现弯曲、扭转等问题；冷床增加保温罩，避免了冷床四周空气对流大，保证了冷床四周温度均匀，避免大规格轮毂单元外圈用钢出现侧弯、扭转的问题。
具体实施方式
[0014]
一种新型轮毂单元外圈用钢，其特征是，所述轮毂单元外圈用钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：c 为0.50-0.54%，si为0.15-0.35%，mn为0.60-0.80%，cr为0.20-0.30%，al为0.010-0.040%，ti为0.010-0.060%，v为0.030-0.090%，s≤0.010%，p≤0.020%，cu≤0.20%，[o]≤0.015%，[n]≤0.0060%，余量为fe。
[0015]
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，c为0.51-0.53%，si为0.18-0.30%，mn 为0.65-0.75%，cr为0.22-0.28%，al为0.020-0.030%，ti为0.015-0.050%，v为0.035-0.080%，s≤0.010%，p≤0.020%，cu≤0.20%，[o]≤0.0015%，[n]≤0.0060%，余量为fe。
[0016]
具体而言，c能与多种元素一起形成不同的碳化物，并显著提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑韧性恶化。c是提高钢的强度最廉价元素，如果c含量低于0.50%，强度达不到客户使用要求。如果c含量高于0.54%，材料的韧性降低，因此取c含量控制在0.50-0.54%。 si在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于p，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性，si易使钢呈带状组织，因而使钢材的横向性能低于纵向性能，si虽然也提高钢的淬透性，但由于si含量高了，易于产生石墨化现象和增加表面的脱碳倾向；石墨化的出现，降低了钢的塑性和耐冲击性能及淬硬性，因此仅用si提高共析钢和亚共析钢淬透性的办法没有实际的意义；所以si主要用于脱氧，取值范围为：0.15-0.35%。mn和fe形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。mn在钢中由于降低钢的临界转变温度，能起到细化珠光体的作用，也间接起到提高珠光体强度的作用；扩大奧氏体相区，提高奧氏体组织稳定性，强烈的增加钢的淬透性：当mn含量低于0.60%时，材料的力学性能很难达到轮毂单元外圈用钢使用要求，当mn含量高于0.80%时，加大了工件淬火后的变形趋势，对热处理工艺十分不利，综合考虑mn含量确定为0.60-0.80%。cr和铁能形成连续固溶体，和多种碳化物，能显著提高材料的淬透性，同时能提高钢的抗腐蚀和耐磨性，但cr亦增加钢的回火脆性。少量cr能缩小珠光体片层间距，提高塑性；但cr＞0.30%，时明显降低塑性和韧性。同时，cr可以与mn起到相互激发的作用，充分发挥mn的作用，更能大大降低临界冷却速度，而使钢的淬透性显
著提高，考虑到钢的使用性能及成本，所以确定cr含量为0.20-0.30%。ti与[n]的结合，tin可以抑制晶粒长大，细化晶粒从而提高钢的强度和韧性；能使钢的内部组织致密，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能：ti能与s作用，降低钢的热脆作用：ti也是铁素体形成元素，所以其含量较多就易生成铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。所以ti含量控制在ti：0.010-0.060%。 cu和c不能互溶，也不生成碳化物，因此在钢中所有的cu将在铁素体中溶解或沉淀，产生轻微的强化作用；同时，cu熔点低，易形成钢的皲裂缺陷，所以cu含量控制在0.20%以内。v是强碳化物形成元素，与碳的结合力极强，形成稳定的vc，是典型的高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，是强烈提高耐磨性的元素，v能克服p在钢中引起的冷脆和严重恶化的焊接性能，所以v含量控制在0.03-0.09%。p增加钢的脆性，尤其是低温胞性，对钢材低温冲击功影响较大，且p为易偏析元素，造成钢严重偏析，对本钢种的使用来说，应该控制越低越好，根据生产保障能力，控制p≤0.020%。 [o]在室温时对钢的强度影响不大，但使钢的伸长率和面缩率显著的降低，在较低温度和[o]含量极低时，材料的强度和塑性均随[o]含量的增加而急剧降低；冲击性能方面，随着[o]含量的增加冲击的最大值逐渐降低，脆性转变温度缺快速升高，脆性转变温度的范围也随着变宽。同时，随着[o]含量的增加，材料的氧化夹杂物几率大大增加，从而降低材料的寿命，本发明及生产工艺将[o]含量控制在0.0015%以内。
[0017]
一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其特征是，包括以下步骤：a、冶炼连铸：通过100吨顶底复吹式转炉进行吹炼、出钢合金化，然后在100吨lf炉中进行钢水深脱氧、成分微调、去夹杂，最后采用r10.9m半径弧形连铸机生产165mm
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225mm矩形坯；b、轧制钢坯加热：方坯使用步进梁式加热炉加热；c、轧制坯料除鳞：利用≥13mpa高压除鳞机对加热后钢坯进行除鳞；d、圆钢锯切：圆钢经辊道送至热锯区进行锯切定尺；e、冷却：锯切结束后圆钢输送至步进式冷床，在冷床出口横移链条处收集，采用夹具夹持层层“一”字码放入坑。
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上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤a中结合结晶器电磁搅拌技术、二冷电磁搅拌技术、末端电磁搅拌技术和全程保护浇注，实现165mm
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225mm矩形坯生产。
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上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤b中加热总时间为2-3小时，均热段时间为1.5-2小时。
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上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤b中高温段炉气温度控制为1130
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20℃，开轧钢坯表面温度控制为1040
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30℃。
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上述的一种新型轮毂单元外圈用钢的生产工艺，其中：所述步骤e中圆钢入坑温度为350-400℃。
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表1 本发明制备的新型轮毂单元外圈用钢与现有技术使用的轮毂单元外圈用钢的化学成分对比（wt%）：
表2 实施例1-3制备的新型轮毂单元外圈用钢的化学成分（wt%）：表3 实施例1-3轮毂单元外圈力学性能数据：具体而言，本发明钢种与现有技术使用的轮毂单元外圈用钢相比，其强度、塑性、韧性、硬度等性能更佳，可用于制造高强韧性轮毂单元外圈用钢，应用于汽车工业，性能优，稳定性高，轮毂单元外圈寿命显著延长。
[0023]
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。